素養(yǎng)導(dǎo)向的高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計例析

梁悅　陳剛

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中生物學(xué)；單元教學(xué)設(shè)計

文章編號：1003-7586（2024）01-0029-04 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》基于“少而精”的原則篩選了10個生物學(xué)大概念來統(tǒng)領(lǐng)全部必修和選擇性必修的課程內(nèi)容。基于大概念，以單元教學(xué)為教學(xué)設(shè)計的基本單位，能有效指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。本單元教學(xué)設(shè)計案例分析以大概念2為基礎(chǔ)，主要闡釋了細(xì)胞為了更好地生活和增殖，需要具備的物質(zhì)和能量基礎(chǔ)。

1內(nèi)容分析

復(fù)習(xí)課的教學(xué)圍繞重要概念——“物質(zhì)通過被動運輸、主動運輸?shù)确绞竭M(jìn)出細(xì)胞，以維持細(xì)胞的正常代謝活動”進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握細(xì)胞為了進(jìn)行正常的生命活動，所需要的物質(zhì)和不需要的物質(zhì)是如何進(jìn)入或排出細(xì)胞的。基于此重要概念，教師從中提煉出本單元的主題——“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”。在此重要概念下有三個次位概念，可以總結(jié)概括為：細(xì)胞膜的功能特點和具體體現(xiàn)。通過對不同物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞方式的比較，對細(xì)胞膜功能特性進(jìn)行具體闡述。

復(fù)習(xí)課教學(xué)中，教師不宜采取傳統(tǒng)的講授法，學(xué)生對知識點的掌握也不應(yīng)停留于教師對知識點的詳細(xì)講解。教師可以通過創(chuàng)造情境來引出一系列問題，讓學(xué)生自己進(jìn)行活動探究分析，小組合作得出結(jié)論。深刻體現(xiàn)教師是活動的引導(dǎo)者，學(xué)生是活動的主體，這更加貼合如今高考選拔人才的標(biāo)準(zhǔn)。

2學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過對滲透作用的實驗探究和實驗結(jié)果的分析，學(xué)生能夠根據(jù)已有條件，自己動手設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的能力。

（2）通過對不同物質(zhì)跨膜運輸?shù)牟煌绞降谋容^，學(xué)生能夠總結(jié)概括出細(xì)胞膜的功能特性，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點。

（3）通過對同一物質(zhì)跨膜運輸?shù)牟煌绞降谋容^，學(xué)生能夠推測出影響物質(zhì)運輸速率的因素，以及是如何影響的，培養(yǎng)學(xué)生的演繹與推理能力。

3設(shè)計思路

本單元教學(xué)設(shè)計案例圍繞大概念2下的重要概念1進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，共需學(xué)習(xí)3個次位概念，其中次位概念2和3都是對次位概念1的具體闡釋。高中生物學(xué)的特點就是概念多、知識點碎片化，傳統(tǒng)的“講授式”教學(xué)雖然能完成教學(xué)任務(wù)，但是學(xué)生容易出現(xiàn)對基礎(chǔ)概念不理解、無法將所學(xué)知識應(yīng)用于真實情境等問題，因此本單元以“情境—問題—活動”為教學(xué)主線，通過一系列教學(xué)活動來幫助學(xué)生掌握“細(xì)胞膜具有選擇透過性”這一功能特性。本單元教學(xué)共分為3個課時，第一課時主要介紹植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離實驗和動物細(xì)胞的滲透現(xiàn)象，構(gòu)建滲透裝置模型；第二課時主要探究水分如何進(jìn)出細(xì)胞；第三課時主要探究蔗糖和一些大分子如何進(jìn)出細(xì)胞，單元教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4學(xué)習(xí)過程

4.1創(chuàng)設(shè)情境

上述每個課時對應(yīng)1個情境，具體如下所示。

情境1：教師播放江蘇揚州醬菜宣傳片。揚州醬菜至今已有一千多年的歷史，“三和四美”作為揚州醬菜的金字招牌，更是紅遍大江南北，“四美”的含義為鮮甜脆嫩。視頻具體介紹了醬菜的制作過程。教師進(jìn)一步出示“三和糖醋蒜”的配料表，成分為蒜頭、飲用水、白砂糖、食醋、食鹽、檸檬酸、味精。

設(shè)計意圖：以“三和四美”醬菜作為情境導(dǎo)入，更加貼合真實生活。學(xué)生在日常生活中，對腌制醬菜的過程已有部分了解，更易獲得學(xué)生對本地傳統(tǒng)美食的認(rèn)可，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

情境2：教師展示資料：清代袁枚在《隨園食單》中詳細(xì)記載了泡菜的制作工藝，“腌冬菜黃芽菜，淡則味鮮，咸則味惡。然欲久放，則非鹽不可。常腌一大壇，三伏時開之……香美異常，色白如玉”。

設(shè)計意圖：從現(xiàn)代泡菜工藝開始講解到古代的泡菜制作過程，能夠了解中國文化的源遠(yuǎn)流長和深厚底蘊，建立學(xué)生的家國情懷，同時與上一個情境形成整體教學(xué)。

情境3：教師展示資料：植物組織培養(yǎng)中MS培養(yǎng)基配料表，其中蔗糖濃度為30 g/L。

設(shè)計意圖：由于本節(jié)是復(fù)習(xí)課，學(xué)生在選擇性必修3中已學(xué)過植物組織培養(yǎng)，教師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)MS培養(yǎng)基中的相關(guān)知識，從而完成知識的遷移與整合。

4.2明確問題

情境1的核心問題為：在醬菜腌制的過程中，可以明顯發(fā)現(xiàn)食物的體積變小，說明細(xì)胞失水，那么失水的過程有什么條件呢？

問題設(shè)計意圖：學(xué)生從以往經(jīng)驗很容易得出植物通過滲透作用失水，但是對具體過程可能還存在疑問，從而引出植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的探究實驗。

情境2的核心問題為：泡菜制作過程通過加鹽使泡菜失水，那么水分子通過什么方式進(jìn)出細(xì)胞呢？

問題設(shè)計意圖：通過情境1學(xué)生對滲透現(xiàn)象有了具體的了解，從而進(jìn)入到核心問題：物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞健?/p>

情境3的核心問題為：植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是什么呢？蔗糖難道真的不能進(jìn)入細(xì)胞嗎？

問題設(shè)計意圖：通過情境1和2的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠明確，蔗糖是不能進(jìn)入植物細(xì)胞被吸收利用的，但是在植物組織培養(yǎng)中卻選擇蔗糖作為能源物質(zhì)，引發(fā)學(xué)生思考，有利于學(xué)生科學(xué)思維中的批判性思維的發(fā)展。

4.3探究活動

活動1：教師展示成熟的植物細(xì)胞模式圖，學(xué)生首先明確原生質(zhì)層的概念，然后播放具體實驗操作的視頻，學(xué)生仔細(xì)觀看，制作有關(guān)質(zhì)壁分離與復(fù)原的學(xué)習(xí)資料卡，其中內(nèi)容包括選材、選材特點。當(dāng)外界溶液分別為蔗糖溶液和清水時，中央液泡大小、原生質(zhì)層的位置和細(xì)胞大小的比較。在完成學(xué)習(xí)資料卡的制作后，教師為學(xué)生準(zhǔn)備燒杯、漏斗、清水、不同濃度的蔗糖溶液、玻璃紙、紗布，同時講解所需制作的滲透裝置：在燒杯中裝有清水，漏斗中裝有蔗糖溶液，漏斗口用玻璃紙或紗布密封。要求學(xué)生小組合作，設(shè)計探究不同條件下燒杯和漏斗的液面升降的實驗。經(jīng)過小組實驗合作探究，共同繪制并完成表1。

學(xué)生通過實驗探究和不同小組間結(jié)論的比較，可以得出結(jié)論：當(dāng)以玻璃紙密封時，漏斗液面會上升并且上升的高度與蔗糖濃度成正比；當(dāng)以紗布密封時，燒杯和漏斗液面高低不會有變化。教師補充玻璃紙是一種半透膜，只允許特定的物質(zhì)通過，從而引出滲透的概念。教師從而進(jìn)一步提問：①玻璃紙相當(dāng)于原生質(zhì)層的哪個成分？發(fā)生滲透作用的條件是什么？②既然活的大蒜細(xì)胞不能吸收蔗糖分子，那么用食醋和蔗糖將鮮蒜腌制成糖醋蒜的原理是什么？通過動手實驗，大部分學(xué)生能夠回答出答案，如若不全，則需教師補充。

設(shè)計意圖：先讓學(xué)生觀看植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的實驗視頻，教師從實驗材料、實驗操作、實驗結(jié)論等方面進(jìn)行講解，學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)資料卡的制作，鍛煉獨立解決問題的能力。在學(xué)生對滲透作用有簡單的了解后，學(xué)生自己設(shè)計實驗，從實驗裝置的組裝開始，到得出實驗結(jié)論，都由學(xué)生獨立完成。讓學(xué)生掌握實驗的具體操作過程，鍛煉了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生對知識點的掌握也更加全面深刻。學(xué)生在明確蔗糖分子不能進(jìn)入細(xì)胞后，教師進(jìn)一步提問糖醋蒜的腌制原理。學(xué)生通過滲透裝置的實驗可以得出：高濃度的蔗糖溶液會使細(xì)胞失水。所以如果蔗糖的濃度過高，就會使細(xì)胞滲透失水過多而死亡。同時醋酸也能殺死細(xì)胞。蒜細(xì)胞死亡后，細(xì)胞膜就失去了選擇透過性，和細(xì)胞壁一樣變成全透性，那么醋酸和蔗糖分子就可以穿過細(xì)胞膜和液泡膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，從而將鮮蒜腌制成糖醋蒜。這也證明了細(xì)胞膜具有選擇透過性是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的基礎(chǔ)。

活動2：教師展示資料：《隨園食單》中詳細(xì)記載了泡菜的制作過程，而鹽的作用就是讓細(xì)胞失水。教師明確被動運輸?shù)母拍睿合袼肿舆@樣以擴散進(jìn)細(xì)胞的方式進(jìn)出細(xì)胞，不消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量的方式叫做被動運輸細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的。教師展示資料：自1988年美國科學(xué)家阿格雷，成功地將水通道蛋白分離出來，并因此榮獲2003年的諾貝爾化學(xué)獎后，人們才了解到水進(jìn)出細(xì)胞的方式有兩種，且大部分水通過水通道蛋白運輸。基于此，學(xué)生比較兩種運輸方式的異同及影響因素。

設(shè)計意圖：教師明確被動運輸?shù)母拍睿瑢W(xué)生能夠明確物質(zhì)進(jìn)出離不開細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型，部分水分子進(jìn)出需要膜上蛋白質(zhì)的參與，從而歸納出自由擴散與協(xié)助擴散的區(qū)別及影響因素。從概念中可以得到物質(zhì)濃度與擴散速率成正比，學(xué)生通過分析膜上蛋白質(zhì)的特性，進(jìn)一步得出擴散速率會受到膜轉(zhuǎn)運蛋白數(shù)量的限制，提高學(xué)生比較與分類、歸納與演繹的科學(xué)思維能力。

活動3：在探究植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的實驗時，選用0.3 g/mL的蔗糖溶液。由于蔗糖是二糖不能進(jìn)入細(xì)胞，所以質(zhì)壁分離后不會復(fù)原，而在植物組織培養(yǎng)中卻要加入蔗糖。學(xué)生通過回憶可以想到加入蔗糖的目的是提供碳源和能源，并且可以維持滲透壓。學(xué)生提出問題：既然蔗糖能作為碳源提供能量，難道植物可以吸收蔗糖？教師展示資料：植物細(xì)胞可以通過圖2所示的蔗糖-H+同向運輸器吸收蔗糖分子，并提出問題：蔗糖分子由細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的運輸方式為什么？判斷依據(jù)是什么？學(xué)生通過圖片可以分析出：細(xì)胞外蔗糖濃度低，細(xì)胞內(nèi)蔗糖濃度高，蔗糖由低濃度向高濃度運輸，即逆濃度梯度，同時需要膜上載體蛋白的參與，所以一定是主動運輸。

教師進(jìn)一步提問：驅(qū)動蔗糖進(jìn)入細(xì)胞的能量來自什么？一部分學(xué)生能夠回答出消耗的是H+提供的電化學(xué)勢能。教師帶領(lǐng)學(xué)生分析比較質(zhì)壁分離的蔗糖濃度和培養(yǎng)基的蔗糖濃度，發(fā)現(xiàn)植物組織培養(yǎng)基中的蔗糖濃度一般為3%，質(zhì)壁分離中選用的濃度達(dá)到30%，幾乎是植物組織培養(yǎng)的10倍，所以雖然植物細(xì)胞能夠吸收蔗糖，但吸收速度較慢，故短時間內(nèi)仍表現(xiàn)為質(zhì)壁分離的現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：通過活動1學(xué)生能明確蔗糖不能透過細(xì)胞膜，此時教師提問MS培養(yǎng)基中蔗糖的作用，引起學(xué)生思考，有利于學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)。教師進(jìn)一步講解蔗糖進(jìn)入細(xì)胞的示意圖，學(xué)生能夠明確主動運輸需要消耗能量，但是提到能量，學(xué)生就默認(rèn)是ATP，這就是教師需要糾正的一個前科學(xué)概念。如圖2所示，H+逆濃度梯度出細(xì)胞依靠的是ATP供能，而蔗糖進(jìn)細(xì)胞是依靠細(xì)胞內(nèi)外H+濃度差形成的電化學(xué)勢能。這樣學(xué)生可以總結(jié)概括出主動運輸共分為兩類：一種是ATP直接供能的主動運輸，另一種是ATP間接供能的主動運輸。從而提升了學(xué)生的歸納與概括的能力。

教師最后補充說明：轉(zhuǎn)運蛋白雖然能夠幫助許多離子和小的分子通過細(xì)胞膜，但是對于像蛋白質(zhì)和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力，所以在細(xì)胞的生命歷程中，還形成了一種方式——胞吞、胞吐。在物質(zhì)運輸?shù)倪^程中，胞吞、胞吐是普遍存在的現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：在學(xué)生掌握被動運輸和主動運輸后，教師及時進(jìn)行補充說明，由于生物結(jié)構(gòu)的多樣性，所以物質(zhì)運輸方式也具有多樣性，這樣形成了一個完整的知識體系。

4.4達(dá)成評價

經(jīng)過一系列的活動，單一零散的知識點被整合成連貫且有邏輯的知識結(jié)構(gòu)體系，學(xué)生在活動中逐步掌握了次位概念。最后教師通過分發(fā)如表2的單元教學(xué)評價量表對學(xué)生在本單元中的活動進(jìn)行評價。通過從“學(xué)習(xí)態(tài)度、參與情況、自主探究、合作交流”四個維度來判斷學(xué)生在本單元教學(xué)過程中的參與情況，以分析學(xué)生對知識點的掌握情況，從而有利于教師對掌握程度差的學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步輔導(dǎo)。

5教學(xué)反思

高三年級的復(fù)習(xí)課需要凸顯知識結(jié)構(gòu)整體性，強調(diào)思維進(jìn)階性，增強學(xué)習(xí)有效性，因此可設(shè)置一個大主題情境以有效達(dá)到教學(xué)目的。本單元教學(xué)設(shè)計基于大概念，從真實的情境出發(fā)，構(gòu)建一系列活動和問題串，將被動運輸與主動運輸聯(lián)系起來進(jìn)行教學(xué)，打破碎片化學(xué)習(xí)，更注重知識之間的聯(lián)系。整體進(jìn)行教學(xué)更有利于學(xué)生整合知識，構(gòu)建知識的整體框架，同時情境設(shè)置貼近真實生活，問題有效驅(qū)動教學(xué)活動展開，多種活動培養(yǎng)科學(xué)思維，評價目標(biāo)貼合生活實際，都能達(dá)成提高學(xué)生的核心素養(yǎng)的單元教學(xué)目標(biāo)。由于課堂教學(xué)聯(lián)系緊密，需要學(xué)生對上一個知識點充分掌握才能對下一活動進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以教師需要掌握好教學(xué)進(jìn)度，既要留有充分時間供學(xué)生思考合作探究，也要按時完成課時任務(wù)。