高中生物學(xué)大單元學(xué)歷案設(shè)計

王珊珊

［摘 要］《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對高中生物學(xué)課程的設(shè)計和實施提出了新要求，強調(diào)知識點從理解到應(yīng)用，重視知識點之間的聯(lián)結(jié)與應(yīng)用。教師應(yīng)重視大單元教學(xué)，同時注意學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷的評價。以學(xué)歷案為載體的大單元教學(xué)能夠落實新課標(biāo)的要求。文章以“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”為例具體闡述高中生物學(xué)大單元學(xué)歷案的設(shè)計。

［關(guān)鍵詞］大單元；學(xué)歷案；細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）08-0089-04

關(guān)于大單元教學(xué)，流傳最廣的是崔允漷教授的觀點。他認(rèn)為一個單元就是一個學(xué)習(xí)事件，一個完整的學(xué)習(xí)故事。因此，一個單元就是一個微課程。一個學(xué)習(xí)單元由素養(yǎng)目標(biāo)、課時、情境、任務(wù)、知識點等組成，單元就是將這些要素按照某種需求和規(guī)范組織起來，形成一個有結(jié)構(gòu)的整體［1］。林潔認(rèn)為，大單元教學(xué)的核心在于“大”，是介于傳統(tǒng)課程規(guī)劃和課時設(shè)計之間的一種中觀層面教學(xué)，強調(diào)對課本中的分散內(nèi)容進(jìn)行有機整合與概括，在橫向和縱向上不斷拓展課堂［2］。

“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”是人教版高中生物學(xué)必修1 第3章的內(nèi)容。該章內(nèi)容作為一個大單元學(xué)習(xí)單位，在必修1中有著重要的地位和作用（如圖1），在這一單元中將學(xué)習(xí)細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與功能。前面所學(xué)的細(xì)胞的分子組成，如蛋白質(zhì)的合成等，是學(xué)習(xí)本單元的前備知識。學(xué)習(xí)本單元，有助于學(xué)生理解細(xì)胞的功能和生命活動，可讓學(xué)生了解生命系統(tǒng)的物質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性和統(tǒng)一性，理解細(xì)胞是由多種獨立的細(xì)胞結(jié)構(gòu)構(gòu)成的統(tǒng)一體，認(rèn)識到細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的適配性，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

從識記到理解，從掌握到應(yīng)用。在大觀念、大任務(wù)、大項目、大問題的統(tǒng)攝下，大單元學(xué)歷案追求的是深度學(xué)習(xí)，強調(diào)的是真實情境中的問題解決能力［3］；以真實情境為背景，以任務(wù)驅(qū)動為動力，通過問題串實現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。本文具體闡述“細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)”大單元學(xué)歷案的設(shè)計。

一、確定單元大情境、大任務(wù)

研究教材發(fā)現(xiàn)，必修1教材中多次出現(xiàn)胰島素的相關(guān)知識，如第2章第4節(jié)第33頁“生物科學(xué)史話”欄目介紹了世界上第一個人工合成蛋白質(zhì)的誕生；第3章第1節(jié)第41頁圖3-2“細(xì)胞間信息交流的方式舉例”中說明了內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的激素（如胰島素），隨血液到達(dá)全身各處；第3章第2節(jié)第51頁“思考·討論”欄目介紹了分泌蛋白的合成和運輸。因此，本單元可以胰島素和糖尿病的關(guān)系作為大情境，以胰島素的合成和分泌作為子情境一來學(xué)習(xí)細(xì)胞器的內(nèi)容，以胰島素的作用依靠細(xì)胞膜作為子情境二來學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的內(nèi)容，以胰島素的合成依據(jù)遺傳信息來學(xué)習(xí)細(xì)胞核的內(nèi)容。

單元大任務(wù)是在學(xué)完本單元后，在達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)和提升核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上能夠完成的任務(wù)。本單元的大任務(wù)設(shè)置為“假如你是科研人員，請為大規(guī)模生產(chǎn)可以口服的胰島素藥物提供研發(fā)思路”。

二、做好單元課時安排

圍繞大任務(wù)安排各個課時的內(nèi)容及素養(yǎng)目標(biāo)等（見表1）。

三、設(shè)計大單元學(xué)歷案內(nèi)容

（一）單元大情境的導(dǎo)入

通過播放糖尿病科普短視頻，讓學(xué)生認(rèn)識胰島素與糖尿病的關(guān)系，闡明胰島素的來源和作用，進(jìn)而比較胰島B細(xì)胞（動物細(xì)胞）和植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)異同。

（二）課時內(nèi)容的安排

課時1：細(xì)胞器之間的分工與合作

1. 制定課時學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）闡明細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成，舉例說明幾種主要細(xì)胞器的功能；（2）通過舉例認(rèn)識細(xì)胞器彼此之間既是相對獨立的，又是相互聯(lián)系的；（3）簡述生物膜系統(tǒng)的組成和功能；（4）選擇合適的材料觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動。

2. 確定檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)的評價任務(wù)

任務(wù)1：閱讀課本第47頁，補充完整課本第60頁的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能概念圖。［指向目標(biāo)（1）］

問題1：大多數(shù)細(xì)胞中都有眾多復(fù)雜的細(xì)胞器，如何對其進(jìn)行分離？

任務(wù)2：結(jié)合課本第48頁的圖3-6，說出幾種主要細(xì)胞器的功能。［指向目標(biāo)（1）］

問題2-1：胰島素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，從基本單位氨基酸到蛋白質(zhì)大致有哪些結(jié)構(gòu)層次？

問題2-2：蛋白質(zhì)的合成過程是發(fā)生在細(xì)胞的哪個結(jié)構(gòu)中？

問題2-3：多肽鏈盤曲、折疊，形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，這一“加工”過程發(fā)生在細(xì)胞的哪個結(jié)構(gòu)中？

問題2-4：若胰島細(xì)胞中的某些細(xì)胞器衰老或損傷，細(xì)胞就會通過自噬對其進(jìn)行消化和降解，請你推測該過程主要依賴于哪種細(xì)胞器？

問題2-5：胰島素是一種分泌到細(xì)胞外起作用的蛋白質(zhì)，叫作分泌蛋白。請推測從合成胰島素、加工胰島素、胰島素分泌到細(xì)胞外的過程中依次經(jīng)歷了哪些細(xì)胞結(jié)構(gòu)？如何驗證你的推測是正確的？

任務(wù)3：結(jié)合課本第51頁的“思考·討論”和“科學(xué)方法”欄目，闡明細(xì)胞器在分泌蛋白合成和運輸過程中的分工與合作。［指向目標(biāo)（2）］

問題3-1：如何對分泌蛋白進(jìn)行物質(zhì)追蹤？

問題3-2：如何標(biāo)記分泌蛋白？

問題3-3：觀看動畫，闡述分泌蛋白從合成到分泌到細(xì)胞外經(jīng)歷的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

問題3-4：仔細(xì)觀察課本第52頁的圖3-8，閱讀第1自然段和第2自然段，說出分泌蛋白運到細(xì)胞外的過程中所涉及的細(xì)胞器的作用。對問題2-3的回答進(jìn)行完善。

問題3-5：經(jīng)高爾基體加工后的蛋白質(zhì)的去向是什么？是細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞膜上還是細(xì)胞外？高爾基體有什么作用？

問題3-6：觀看動畫，思考為什么由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體產(chǎn)生的包裹著蛋白質(zhì)的囊泡可以定向移動。

問題3-7：在胰島素合成與運輸?shù)倪^程中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞膜的面積有什么變化？

任務(wù)4：認(rèn)識生物膜系統(tǒng)的組成和聯(lián)系。［指向目標(biāo)（3）］

問題4-1：結(jié)合課本第52頁的圖3-8和圖3-9，歸納哪些生物膜直接相連，哪些生物膜間接相連。

問題4-2：舉例說明生物膜具有的功能。

設(shè)計意圖：通過回憶蛋白質(zhì)的合成、盤曲、折疊形成一定的空間結(jié)構(gòu)，認(rèn)識到蛋白質(zhì)的合成場所是核糖體，加工場所是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，將新知與舊知建立聯(lián)系。圍繞分泌蛋白的合成、加工和運輸過程，著重講解相關(guān)細(xì)胞器，解釋細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)通過分工合作，共同執(zhí)行細(xì)胞的各項生命活動。

【留疑】胰島細(xì)胞合成的胰島素最終通過細(xì)胞膜分泌到細(xì)胞外發(fā)揮作用，而有些蛋白質(zhì)卻不能運出細(xì)胞外而留在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，這體現(xiàn)出細(xì)胞膜的什么作用呢？

設(shè)計意圖：通過提出問題，引出細(xì)胞膜的作用，作為“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”的導(dǎo)入部分。

課時2：細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能

1. 制定課時學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）分析資料，闡明細(xì)胞膜的功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系；（2）通過對科學(xué)史進(jìn)行分析歸納，說出細(xì)胞膜的成分；（3）嘗試提出生物膜結(jié)構(gòu)假說，并進(jìn)一步設(shè)計實驗進(jìn)行驗證；（4）說出細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型，嘗試制作細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型；（5）關(guān)注細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)進(jìn)展，參與人工膜應(yīng)用的討論。

2. 確定檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)的評價任務(wù)

任務(wù)1：分析資料，歸納細(xì)胞膜的功能。［指向目標(biāo)（1）］

資料1：胰島B細(xì)胞能夠合成并分泌胰島素（信息分子），胰島素隨血液運輸并作用于靶細(xì)胞，加快靶細(xì)胞攝入和利用葡萄糖。

資料2：鑒別動物細(xì)胞是否死亡常用臺盼藍(lán)染液，用它染色時，死細(xì)胞會被染成藍(lán)色，而活細(xì)胞不會著色。

資料3：用顯微注射器將色素伊紅注入變形蟲體內(nèi)，伊紅很快擴(kuò)散到整個細(xì)胞，卻不能逸出細(xì)胞。

問題1：以上資料說明細(xì)胞膜具有哪些功能？

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生對實例進(jìn)行分析，使學(xué)生觀察現(xiàn)象，得出細(xì)胞膜的功能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

任務(wù)2：回顧科學(xué)史，探索細(xì)胞膜的成分。［指向目標(biāo)（2）］

資料1：1895年，歐文頓用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行了上萬次實驗，發(fā)現(xiàn)溶于脂質(zhì)的物質(zhì)容易穿過細(xì)胞膜，不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)不容易穿過細(xì)胞膜。（推論）

資料2：科學(xué)家利用哺乳動物的紅細(xì)胞，通過一定的方法制備出純凈的細(xì)胞膜，進(jìn)行化學(xué)分析，得知細(xì)胞膜的脂質(zhì)有磷脂和膽固醇，其中磷脂含量最多。（實證）

資料3：1935年，丹尼利和戴維森發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表面張力明顯低于油—水界面的表面張力，由于人們已發(fā)現(xiàn)油脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力會降低，因此他們推測細(xì)胞膜除含脂質(zhì)分子外。可能還附有蛋白質(zhì)。（推論）

資料4：20世紀(jì)初，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜會被蛋白酶分解。（實證）

資料5：科學(xué)家之后測定了不同細(xì)胞的生物膜化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)人的紅細(xì)胞膜中糖類含量為8％，大鼠肝細(xì)胞核膜中的糖類含量為2.9％，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體內(nèi)膜和外膜的糖類含量極少。

問題2-1：據(jù)資料1推測細(xì)胞的成分有什么。

問題2-2：資料2中為什么選擇哺乳動物的紅細(xì)胞來制備細(xì)胞膜？資料2的內(nèi)容證實了什么？

問題2-3：如何證實資料3中的推測，即細(xì)胞膜上有蛋白質(zhì)？

問題2-4：結(jié)合以上資料，你認(rèn)為細(xì)胞膜的成分有哪些？

設(shè)計意圖：跟隨科學(xué)家的腳步，回顧探索細(xì)胞膜成分的歷程；通過科學(xué)史推出的結(jié)論需要進(jìn)一步的實驗證實，借此滲透“提出假說”這一科學(xué)方法；了解科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

任務(wù)3：分析資料，構(gòu)建細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型。［指向目標(biāo)（1）、（3）］

資料1：1917年，科學(xué)家朗繆爾把溶有膜脂的揮發(fā)性溶劑傾倒在水面上，溶劑揮發(fā)掉，而脂類分子可在水面上鋪開成一層，并且測出脂分子的極性一端被吸附在水分子上，而非極性一端直立在水面上。

問題3-1：根據(jù)磷脂分子的特點解釋為什么磷脂在空氣—水界面上鋪展成單分子層。

問題3-2：細(xì)胞是生活在水環(huán)境中，細(xì)胞內(nèi)也是以水為基礎(chǔ)的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。多個磷脂分子在水中會形成怎樣的一種相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)呢？請用磷脂分子模型擺出排列方式。

資料2：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單層分子的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。

資料3：1959年，羅伯特森在電鏡下看到了細(xì)胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)（如課本第43頁的圖3-3），他大膽提出假說：所有的細(xì)胞膜都由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。

問題3-3：資料3中提到的結(jié)構(gòu)模型有什么不足？

資料4：1970年，科學(xué)家用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，用發(fā)紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合。

問題3-4：資料4中的實驗表明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)有什么特點？

資料5：20世紀(jì)70年代初，一種使細(xì)胞膜表面可視化的技術(shù)——冷凍斷裂電子顯微鏡技術(shù)應(yīng)用于對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究。用掃描電子顯微鏡觀察，能看到冷凍后的細(xì)胞膜斷層表面的圖像。電鏡結(jié)果顯示脂質(zhì)雙分子層的內(nèi)表面布滿了“坑”和“丘”。研究人員將這些結(jié)構(gòu)解釋為膜蛋白的位置。“丘”代表附著在脂質(zhì)雙分子層一側(cè)的蛋白質(zhì)，“坑”則是它們留下的孔。

問題3-5：蛋白質(zhì)在磷脂雙分子層中的排布是怎樣的？請修正資料3中的模型。

問題3-6：細(xì)胞膜內(nèi)部是疏水的，為什么水分子可通過細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞？

設(shè)計意圖：通過在構(gòu)建細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的過程中不斷補充和修正，認(rèn)識科學(xué)理論的形成是逐步完善的，經(jīng)過科學(xué)觀察而提出的假設(shè)是經(jīng)得起后續(xù)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)事實的證實的。

任務(wù)4：閱讀課本第44頁和第45頁，說出流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容，回答下列問題。［指向目標(biāo)（4）］

問題4：細(xì)胞膜的基本支架是什么？蛋白質(zhì)和糖在細(xì)胞膜中的分布是怎樣的？糖被的作用是什么？細(xì)胞膜為什么有流動性？胰島B細(xì)胞分泌胰島素的過程，體現(xiàn)出細(xì)胞膜的哪些功能？胰島素作用于靶細(xì)胞，依靠哪些結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了細(xì)胞膜的哪些功能？

設(shè)計意圖：通過閱讀科學(xué)史和進(jìn)行模型建構(gòu)，使學(xué)生初步建立細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型，即正確擺出磷脂雙分子層和蛋白質(zhì)的鑲嵌和貫穿分布。同時，引出科學(xué)家在前人的研究基礎(chǔ)上提出的流動鑲嵌模型，通過閱讀課本內(nèi)容，將模型與知識進(jìn)行聯(lián)系，讓學(xué)生對相關(guān)知識有更深刻的理解。

【留疑】為什么植物細(xì)胞和細(xì)菌等微生物不能合成胰島素？

設(shè)計意圖：提出這個問題，引導(dǎo)學(xué)生從進(jìn)化和遺傳信息的角度進(jìn)行分析，進(jìn)而引出“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”的學(xué)習(xí)。

課時3：細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能

1. 制定課時學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過資料分析，認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞生命活動的控制中心；（2）觀察模型，闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能；（3）根據(jù)對細(xì)胞整體和局部的認(rèn)識，嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。

2. 確定檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)的評價任務(wù)

任務(wù)1：分析課本第54頁“思考·討論”中的四個資料，歸納細(xì)胞核的功能。［指向目標(biāo)（1）］

問題1：各小組按照信封上的要求，用卡片模擬相應(yīng)實驗，得出結(jié)論。

任務(wù)2：觀察模型，闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系。［指向目標(biāo)（1）、（2）］

問題2-1：觀察課本第56頁的圖3-10，從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度分析細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能。

問題2-2：閱讀課本第56頁第2、3自然段，分析染色質(zhì)、染色體、DNA、遺傳信息的關(guān)系是怎樣的。

問題2-3：以胰島素合成過程為例，如何理解細(xì)胞核的功能？

任務(wù)3：利用廢舊材料制作細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)模型。［指向目標(biāo)（3）］

設(shè)計意圖：通過課本上的四個資料，分析歸納細(xì)胞核的功能，認(rèn)識到細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心，同時結(jié)合胰島素的合成，認(rèn)識到細(xì)胞核是遺傳信息庫。

課時4：單元小結(jié)與拓展學(xué)習(xí)

任務(wù)1：請在筆記本上構(gòu)建本單元的思維導(dǎo)圖；結(jié)合任務(wù)評價和目標(biāo)檢測的結(jié)果，自查是否達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

任務(wù)2：請結(jié)合本單元的學(xué)習(xí)，完成單元大任務(wù)。

任務(wù)3：請查閱文獻(xiàn)資料了解關(guān)于胰島素藥物研發(fā)的最新進(jìn)展，并進(jìn)行分享。

設(shè)計意圖：對單元知識進(jìn)行總結(jié)和應(yīng)用，完成單元大任務(wù)，即為大規(guī)模生產(chǎn)口服的胰島素藥物提供研發(fā)思路。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析研發(fā)過程中面臨的幾個困難，一是如何大規(guī)模生產(chǎn)口服的胰島素，二是如何避免胰島素藥物口服后被消化道分解。學(xué)生在課上各抒己見，課后查閱相關(guān)資料并分享，了解胰島素藥物的研發(fā)進(jìn)展，由此培養(yǎng)了社會責(zé)任意識。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 崔允漷.如何開展指向?qū)W科核心素養(yǎng)的大單元設(shè)計［J］.北京教育（普教版），2019（2）：11-15.

［2］? 林潔.基于高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計探討［J］.當(dāng)代教研論叢，2020（1）：73-74.

［3］? 盧明.教案的革命2.0：普通高中大單元學(xué)歷案設(shè)計［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2021.

（責(zé)任編輯 黃春香）