指向生物學核心素養的單元教學設計與實施

摘? ?要： 文章以“遺傳的分子基礎”單元為例，設計貫穿單元的大情境，結合教學內容和教學目標，將情境拆分并設計每堂課的學習任務和課堂活動。3位教師、286位學生分別參與傳統的課時教學和單元教學。通過分析學生的測試結果和師生訪談，總結出單元教學對發展學生核心素養有促進作用。研究還提出：單元教學需要設計合適的情境，增加提問的有效性，評價方式應多樣化。

關鍵詞： 高中生物；核心素養；單元教學；教學實踐

一、研究背景

教育部頒布的《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出：本課程是以提高學生生物學學科核心素養為宗旨的學科課程，是樹立社會主義核心價值觀、落實“立德樹人”根本任務的重要載體。1 生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任是生物學科的核心素養，是學生在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的價值觀念、必備品格與關鍵能力，是知識、能力、情感態度價值觀的綜合表現，是高中生物學課程的整體性、終極性的目標。這就要求學生主動地參與學習，在經歷獲取信息、自主學習等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及實踐創新能力。其培養是一個長期的、循序漸進的過程，這就需要教師對教學內容進行綜合設計。單元教學是整體性、結構化的設計，避免了課時教學的隨意性和碎片化。指向生物學核心素養的單元教學設計基于課程標準對教學單元進行綜合布局，兼顧學生的認知規律與學科知識的內在邏輯，可以更好地發展學生核心素養。

在“雙新”的背景下，單元教學成為研究熱點，但調查結果反映了無論是核心素養還是單元教學設計，教學中的實踐應用和理論學習之間還存在較大的距離。基于生物學核心素養的單元教學設計與實踐現有的相關資料和案例不多，且可操作性還不夠強，故為教師提供可借鑒的成果迫在眉睫。2 指向生物學核心素養的單元教學應該如何設計？其真實地運用于教學后的效果究竟如何？這值得我們去研究。

二、單元教學設計

1.確定研究單元

在以往的教學中，學生普遍認為必修二第一章“遺傳的分子基礎”學習難度較高，主要原因有該章節專有名詞多、生命過程抽象、專業性強等。該章節的學習內容屬于分子水平，且概念之間聯系復雜，若采用傳統的以課時為單位進行教學設計后實施教學活動的模式，學習內容比較碎片化，學生可能記住了一些概念，但難以厘清概念之間的邏輯關系。從章節內容與概念的邏輯關系來看，該章節正好可以成為一個完整的、相對獨立的單元，因此，確定以該內容進行單元教學設計并實施教學活動。

2.單元教學內容

《課程標準》關于本單元的教學內容是大概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”中的重要概念3.1“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”。結合教材內容及《課程標準》要求的次位概念整理的教學內容，如表1所示。

通過本單元學習，學生從分子水平認識基因的本質，能更好地理解基因在生命活動中的重要作用，更好地理解遺傳信息從親代傳遞到子代的意義。從遺傳信息傳遞和表達的角度，探討基因對生物體性狀的控制，遺傳信息控制生物性狀并代代相傳的重要概念，能使學生更加深入地理解遺傳現象的本質，認同生命是物質、能量和信息的統一體，同時為后續章節的學習奠定基礎。

3.單元教學目標

筆者對《課程標準》中次位概念及單元承載的核心素養維度進行分析，制定單元目標如下：

（1）通過相關科學史的學習對遺傳物質有本質的認識，從分子水平概述遺傳現象的本質，使學生進一步樹立結構與功能觀，認同生命是物質、能量和信息的統一體。（生命觀念）

（2）通過遺傳物質發現史、遺傳信息傳遞過程及其規律、遺傳信息調控的學習，培養學生歸納、推理演繹的思維方法；通過DNA雙螺旋結構發現史的資料收集，培養學生模型與建模的思維方法。（科學思維）

（3）通過史料收集與分析，使學生進一步掌握科學探究過程，通過制作DNA分子雙螺旋結構分子模型，提高動手實踐、觀察分析和小組合作等科學探究能力。（科學探究）

（4）通過基因表達調控、病毒遺傳信息傳遞等內容的學習，感悟健康生活和保護環境的重要性，關注公共衛生與健康問題，選擇健康的生活方式，關愛遺傳病患者，了解遺傳病的分子治療方案。（社會責任）

4.單元教學設計思路

本單元的邏輯線索為“DNA是主要遺傳物質→遺傳信息的復制→遺傳信息的表達→遺傳信息的調控”。基于核心素養的單元教學設計要依據新課程標準中的大教學觀念和主題，以真實的問題情境為教學起點，經過系列的探究活動過程解決問題并進行遷移和應用。1 筆者結合上述邏輯線索，以“天使的微笑”——天使綜合征作為串聯整個單元的大情境，情境內容如下：

他們是一群表面看起來面帶微笑、溫和親切的孩子，但實際上這群孩子的笑容背后，伴隨著一系列神經發育問題，包括智力障礙、語言缺失、癲癇發作及異常的腦電發放、運動障礙、睡眠及喂養問題，有特殊的面容及特異的行為。他們是一種特殊的遺傳病——天使綜合征的患者。天使綜合征的原因之一是患者細胞核中源自母親的15號染色體上UBE3A基因的堿基序列改變。堿基的改變為什么會導致得病？有沒有治療的方法？這個單元我們來一起做一個項目，通過項目探索他們得病的原因以及幫助他們獲得更好的生活的方法。

筆者結合教學內容和課時安排，兼顧學生的認知規律與學科知識的內在邏輯對大情境進行拆分，將單元目標拆分成落實到每堂課的課時目標，設置課堂學習任務，設計課堂活動，提升學生的課堂參與度。學生通過課堂活動逐步建構知識，在解決情境中的問題中發展核心素養。每堂課的學習解決情境中的部分問題，最后通過整個單元的教學，讓學生真正明白所學內容是在解決生活中的實際問題。本單元教學設計思路2，如圖1所示。

5.單元教學評價

本單元的評價方式主要分為過程性評價、試題評價和訪談評價。DNA雙螺旋結構模型的搭建采用過程性評價，其余內容采用設計測試題的評價方式。測試題皆有情境，主要考查學生的科學思維、科學探究的水平，學生需要通過分析題干、圖片信息完成試題。最后對教師與學生進行訪談。

三、實施單元教學

為了驗證單元教學對發展學生核心素養的有效性，先通過“前測”篩選出理論知識、核心素養發展情況相近的班級，然后一半班級實施單元教學，一半班級實施傳統的課時教學，之后再通過“后測”的結果檢驗單元教學的成果。

1.通過前測確定教學實踐班級

在“遺傳的分子基礎”單元授課前進行試題測試。前測的知識內容為生物學必修一“分子與細胞”的全部內容。每個測試題設置真實的情境，學生需要通過讀圖分析、邏輯推理、并組織語言完成試題。通過不同試題考查學生的知識掌握程度，同時，考察了學生的科學思維、科學探究的水平，部分試題兼考查了學生生命觀念的發展情況。前測結果以分數的形式呈現，在一定程度上可以反映學生核心素養（主要是科學思維、科學探究）的水平。通過前測結果，挑選出人數、理論知識、核心素養發展情況相近的班級，最終確定了3位教師以及她們任教的上海市進才中學4個班級（共159人）、上海市復旦附中浦東分校2個班級（共65人）、上海師范大學附屬中學2個班級（共62人）。

2.設置實驗班與對照班

隨機把每所學校的一半班級設置成實驗班，另一半班級設置成對照班。每所學校都是由各自的教師執教所有班級，實驗班與對照班前測的均分、標準差相近，且進行差異顯著性測驗（t測驗）無顯著差異。

3.根據前測成績劃分組類

3所學校所有的學生合在一起按前測成績降序進行排名，按比例分“高分組”“中間組”“低分組”。參考3所學校歷年等級考A+比例劃分高分組，即取測試成績的前20%設為“高分組”，后20%設為“低分組”，其余60%設為“中間組”。對設置的組別分別進行t測驗，三個組別之間的測試成績均存在顯著差異。教學過程中不做組別區分，組別僅用于數據分析。

4.其他實施細則

本單元一共有理論知識7課時及作業講解1課時。實驗班按上述單元教學設計進行教學，對照班采用以課時為單位進行教學設計的傳統教學模式。對照班的教學設計中也有教學情境與對應的教學活動，區別是這些情境和活動根據該課時的教學目標來設計，并沒有在單元的整體視角下進行統籌安排，教師在課堂上著重于知識講解、重難點的突破以及作業評講。為了能客觀、真實地反映不同教學方法對教學效果的影響，整個單元內實驗班和對照班的教材、總課時皆相同。實驗班的單元教學對教材內容進行了重組，因此，每次的課后作業與對照班略有不同，但整個單元內完成的試題內容和數量相同。單元教學的實施過程中，3位參加單元教學實踐的教師分別錄制了一節展示課作為后續研究的素材。

四、單元教學評價與分析

整個單元的教學結束后，3所學校實驗班與對照班的所有學生都參加后測，后測內容僅為“遺傳的分子基礎”單元的內容。后測試題依舊考察學生的核心素養，需要學生分析題干、圖片信息。3位教師將每個小題的分數錄入EXCEL進行數據分析。筆者分別計算出對照班和實驗班在前測、后測中的平均分，統計“高分組”“中間組”“低分組”的學生在生命觀念試題、科學思維、科學探究試題的得分和得分率，進行差異顯著性測驗，并對3位授課教師、部分實驗組的學生進行訪談。

1.后測結果與分析

（1）單元教學對發展學生生物學核心素養的總體影響

參加前測的實驗班與對照班學生測試均分僅有0.1分差異，從一定程度上可以說明他們的知識水平和學科素養水平非常接近。實驗班后測均分比對照班高了2.5分，說明其在單元教學中，知識水平和核心素養都得到了一定程度的提高。但后測的差異顯著性測驗p值>0.05，表明在統計學上沒有顯著差異。

（2）單元教學對于發展不同層次的學生生物學核心素養的影響

經過單元教學后，實驗班的每個組別在均分上都比對照班高。其中，“高分組”“低分組”的后測均分實驗班比對照班分別高2.9分和5.5分，且“低分組”的p值<0.05，表明在統計學上存在顯著差異。

由于前測、后測難度不同，無法直接用分值變化說明單元教學的效果，因此，采用得分率來比較學科素養水平的發展情況。實驗班的得分率相較于對照班都有所提升，特別是“低分組”的提升十分明顯。筆者認為，這不僅是因為單元教學起到了培養能力和發展學生核心素養的作用，同時也是因為“低分組”學生本身就有足夠大的上升空間。實驗班與對照班的“生命觀念”試題得分率相近。筆者又將不同組別的學生按照不同的性別加以分組后再做數據分析，發現男生和女生的得分率接近，說明本單元教學對不同性別的學生發展生物學核心素養影響不大。

總的來說，單元教學對發展學生的科學思維和科學探究素養有一定的作用，但對發展學生的“生命觀念”素養的作用不明顯。筆者認為可能是后測中“生命觀念”的試題綜合性強有關，這些試題滲透了結構與功能觀、生命的物質觀和信息觀的同時，還檢測了科學思維和基礎知識。

2.訪談結果與分析

有較多的學生認為，“天使綜合征”貫穿整個單元學習的這種形式很新鮮，每堂課都在解決一些小問題，有種一步一步過關的成就感。最后通過整個單元的學習，了解了“天使綜合征”的發病機制，推測出用于治療的手段，明確了所學知識的實際應用，這反過來又對知識之間的邏輯關系有一定的梳理作用。“低分組”有一些學生認為，以前的學習方法主要是死記硬背，沒有真正去理解所學知識的實際應用；本次學習后，每堂課在解決什么問題十分明確，明白知識的邏輯關系后，記憶起來更加方便了。有學生發自內心地同情患病兒童并認為自己有責任關心遺傳病患者；也有學生認為自己應該更加努力學習，將來盡己所能改善遺傳病患者的生活。可見，大情境的應用對發展學生的社會責任有較好的促進作用。也有“中間組”和部分“低分組”的學生表示單元教學中的活動很豐富，但復習和記憶基礎知識的總體時間減少，還不太適應這種學習方式。

授課教師認為，單元教學的課堂重心放在了發展學生的核心素養上，豐富的課堂活動可以提升學生的讀圖能力、邏輯推理能力、語言表達能力等，有助于對整個單元內知識的梳理和整體把握。對比后測卷可以發現，對于一些有難度的分析題，對照班的有些學生一字沒寫，但這種情況在實驗班幾乎沒有發生。經過一個單元的情境分析和課堂活動，實驗班的學生在課堂上鍛煉了分析情境、獲取題干信息、讀圖論述等能力，這也是后測中得分更優于對照班的原因之一。另外，教師也是第一次實踐指向核心素養的單元教學，對課堂風格的轉變也有些不太適應。

總的來說，通過實施單元教學，對于發展學生的生物學核心素養具有促進作用，特別是學生的科學思維和科學探究素養水平得到了較好發展，也有效提高了學生的社會責任感。單元教學對“生命觀念”素養的發展還需要進一步研究。

五、單元教學的反思與展望

1.設計合適的情境，串聯學習內容

教師需要提升單元教學的情境設計能力。好的情境可以有效提升學生的學習興趣以及培養學生的觀察能力、分析能力等，更利于發展學生的核心素養。但不是每個單元教學都能用一個情境貫穿，也沒有必要都設計過于復雜、綜合性過高的情境。筆者總結了設計單元教學時遇到的問題，有些單元中的知識是一個遞進關系：根據生活中發現的現象提出疑問，然后經過科學家不斷研究，最后解釋了這個生命現象，如“遺傳的分子基礎”“細胞的生命進程”，這類單元可以貫穿一個大情境，根據每堂課的教學目標把大情境進行拆分，配合課堂活動逐步解決情境中的問題；而有些單元中的知識是并列關系，如“細胞的分子組成”“細胞的代謝”，這些單元難以設計大情境，可以依據每堂課的教學目標設計相對簡單的情境，再結合情境設計課堂活動。總之，學生是學習的主體，教師創設情境是為了驅動學生的自主探究，情境的設計可以從學生原有的知識結構、興趣出發，讓學生帶著問題進行探究活動，最終要落實到培養學生的能力，著眼于發展學生的核心素養。

2.增加提問的有效性，提高學生的課堂參與度

要發展學生的核心素養，將所學知識用于解決生活中的實際問題，首先要讓學生從被動接受知識的模式里解放出來，要讓學生敢想敢說。筆者在課堂實踐中發現，如果課堂提問太難，學生一開始就會失去思考的動力，想要發展學生能力就無從談起。而從簡單的問題開始，逐步提升問題難度，或是用問題串的方式引導學生逐步解決一些疑問，最后讓學生總結問題，則容易被學生接受。只有學生習慣了思考，會發現問題并思考解決問題的策略，才能有效發展核心素養。教師可以依據學生的實際情況，不斷地調整問題的梯度和難度，使問題具有明確的指向性，引導學生逐步解決問題、理順思路、掌握學習的方法和策略，發展核心素養。

3.評價方式多樣化，更科學地檢測核心素養落實情況

以試題檢測核心素養的發展情況確實具有客觀性，但試題難度、學生對基礎知識的掌握情況等都會影響衡量核心素養發展的準確性，不能以試題的得分作為唯一的衡量標準。筆者認為，教學評價應該有多種形式，除了訪談、問卷的形式以外，還可以學生自評、小組互評、教師評價相結合，或是增加一些開放性的評價方式，如設計實驗方案、搭建模型等方式。同時，不僅要注重學生學習的結果性評價，還要注重學生學習的過程性評價，如設計并制作學習過程評價量表等。

Design and Implementation of Unit Teaching to Biology Core Literacy

JIN Xiaofei

（High School Attached to Shanghai Normal University，Shanghai，200124）

Abstract： Taking the unit of “Molecular Basis of Heredity” as example， this research has combined the teaching content and teaching objectives， broken up the teaching situation and designed the learning tasks and classroom activities for each class in order to create a big situation for the whole unit teaching. Totally 3 teachers and 286 students were engaged in traditional teaching and unit teaching respectively. From the students test results and interviews of teachers and students， this research concludes that unit teaching can help develop students core literacy and it also suggests that unit teaching should need the design of appropriate situations， increase the effectiveness of questioning and have various forms of evaluation.

Key words： high school biology，core literacy，unit teaching，teaching practice

作者簡介：金曉斐，上海師范大學附屬中學二級教師，碩士，主要從事高中生物教學研究。

1? 中華人民共和國教育部：《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》，人民教育出版社2020年版，第1-2頁。

2? 蔣金珍，劉亞中：《基于核心素養的單元教學設計的認知與實踐現狀調查分析——以上海市中學生物學教師為例》，《生物學教學》2020年第5期，第25-28頁。

1? 趙云龍，周忠良：《生物學教學參考必修1分子與細胞》，上海科學技術出版社2021年版，第1頁。

1? 孫重陽，魏愛民：《大觀念、大主題、大過程——指向化學核心素養的單元教學設計與實踐》，《中學化學教學參考》2018年第21期，第6-9頁。

2? 趙玥：《“人體的免疫調節”單元教學設計》，《生物學教學》2020年第8期，第31-33頁。