基于生物学核心素养的单元作业设计

闫白洋 王颖 唐梦芸

摘    要：单元作业设计是发展学生生物学核心素养单元教学设计的重要组成部分。基于生物学核心素养的单元作业设计策略有分析课程标准和单元内容确定单元作业目标，强调真实情境、实际问题作为测试切入点，由“重知识、技能”向“重能力、素养”测评转变，强调试题的探究性和试题类型的多样性等，全方位测评学生生物学核心素养水平。

关键词：生物学;核心素养;单元作业设计;生物工程

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出了生物学核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，并明确指出高中生物学科教学要以发展学生的核心素养为宗旨[1]。生物学核心素养的发展不是靠几节课一蹴而就的，而是一个长期的循序渐进的过程，需要跨课时甚至跨学期、跨年级来实现。因此，需要教师系统化地思考并开展整体性、结构化的单元教学设计。单元作业设计是单元教学设计中的重要组成部分，单元作业设计具有系统性、及时反馈性等特点，对发展学生核心素养有着重要的价值。当前，多数论文都围绕着课堂教学中发展学生核心素养的策略进行了研究，而对核心素养导向下的单元作业设计研究很少。基于此，本文以“生物工程”单元为例，探索基于生物学核心素养的高中生物单元作业设计，为核心素养的评价和发展提供参考。

一、“生物工程”单元内容分析与目标设计

“生物工程”单元的作业和试卷设计以《普通高中生物学课程标准（2017年版）》和《上海市高中生命科学学科教学基本要求（试验本）》为依据。新课程标准将生物学知识分为大概念、重要概念和次位概念。此次案例主要是选择性必修“生物技术与工程”模块，涉及的大概念有“概念4 细胞工程通过细胞水平上的操作，获得有用的生物体或其产品”“概念5 基因工程赋予生物新的遗传特性”“概念6  生物技术在造福人类社会的同时也可能会带来安全與伦理问题”等内容。基于此，我们在作业设计时，以概念4、概念5和概念6为载体，测评学生生命观念、科学探究、科学思维和社会责任不同水平的行为表现。

生物工程是指人类应用生命科学原理，采用先进的工程技术手段，按照预先设计的蓝图，大规模地生产人类所需要的物质和产品的技术。本作业设计以生物工程单元分为6个课时：动植物组织和细胞培养、干细胞技术、细胞融合、细胞核移植、酶工程和基因工程。各课时作业包括简答题、选择题、填空题、判断题等多种题型。作业设计的目的是通过情境锻炼学生将已有的知识和题干信息相结合来解决实际问题，在认知中探索知识的深层含义，从知识本位转向能力和素养本位，达到知识、情感、素养和能力的综合提升。各课时作业之间相辅相成、逐步递进，对学生认知与能力的要求逐渐提高。前一课时的作业为后续课时的学习打下基础，后一课时会包含前一课时的内容。基于上述分析，结合《普通高中生物课程标准（2017年版）》和《上海市高中生命科学学科教学基本要求（试验本）》，设计了“生物工程”单元作业目标，如表1所示。单元作业目标不宜过多，不仅要有知识技能，而且要有能力和态度等。

表1   “生物工程”单元作业目标

[单元目标 目标描述 目标维度 1 说出动物组织和细胞培养技术概念、原理和所需条件 知道 2 列举动物组织和细胞培养技术在实际生产生活中的应用 知道 3 解释干细胞的概念、类型 理解 4 列举干细胞的应用及应用前景 理解 5 概述植物细胞融合的原理及过程 理解 6 概述单克隆抗体概念、生产过程及应用价值 理解 7 说出细胞核移植概念、所用工具及原理 知道 8 说出细胞核移植的过程 知道 9 说出酶生产、分离提纯的流程及应用 知道 10 概述酶固定技术方法及应用 理解 11 说明基因工程的原理及其基本过程 理解 12 列举转基因技术的应用 知道 13 认识生物工程技术安全性 态度 14 初步学会搜集、处理信息和获取新知识的能力，归纳与概括、演绎与推理能力 能力 ]

二、作业试题以真实情境、实际问题作为测试切入点

基于生物学核心素养的命题融入了真实、有意义的测试情境，让学生在情境中表现自己的真实水平，情境越真实越能反映学生的核心素养水平。将生物学概念运用到情境中去，在一定的情境中解决问题是核心素养测评的重要特征之一。为了测评学生的生物学核心素养，在基于核心素养的命题中，提供给学生必要的引导材料，如以数据、图表等作为题目的情境，考察学生对知识的分析、理解和应用的能力。注重情境的试题编制不仅可以引导学生从生物学的维度观察社会生产、生活，还可以培养学生运用生物学概念解决实际问题的能力，激发学生的好奇心与求知欲，使学生认识到生物学对人类社会生活的重要性，增强他们适应社会、终生学习的能力。

例如：2017年11月27日，世界上首只体细胞克隆猴“中中”在中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台诞生;12月5日第二只克隆猴“华华”诞生，正式宣布我国在国际上首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆，据下图思考克隆猴的产生过程。

（1）克隆猴“华华”的诞生证明了什么？依次使用的技术有哪些？

（2）克隆猴“中中”“华华”的诞生正式宣布我国在国际上首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆，阐明克隆对人类发展的利与弊。

（3）设计问卷调查人们对克隆技术的了解情况，以及对克隆技术的态度。

在此作业试题中，情境选择2017年底真实的新闻事件。此事件与生物学课程中的细胞核移植内容密切相关，而且是我国首次实现了非人灵长类动物的体细胞克隆。通过情境和问题的解答，可以引导学生对克隆技术过程的深入理解，增加民族自豪感。可以引导学生在面对克隆技术的利与弊中，通过逻辑推理阐明个人立场，在设计问卷调查的过程中，培养学生的科学探究能力。

三、作业试题由“重知识、技能”向“重能力、素养”测评转变。

素养是学生将所学知识遗忘后剩余的东西，而测评学生学习后遗留的东西需要依靠以素养立意而不是传统的以知识立意的试题来测评，生物学知识仅作为测评素养的载体。核心素养立意的试题编制弱化学生对知识的机械记忆，强化学生灵活运用知识、技能解决实际问题的能力。因此，试题的设问以生物学核心素养为指向，依据生物学核心素养的评价框架，直接测评学生具备生命观念、科学思维、科学探究和社会责任的水平。并要关注核心素养的区分度，设问的层次渐进性，保持由易到难的梯度， 从而使不同素养水平的学生能获得有区分度的成绩。除此之外，针对核心素养的测评增加了答案的开放性，答案根据核心素养划分的表现水平制定，可以更加客观地反映学生的核心素养水平。

例如：近日，一则关于“中国富豪为年轻30岁，花费400万”的消息在各大网络平台上引起热议。四位中国客人远赴乌克兰，在一家号称全球唯一可以注射胚胎干细胞治疗的诊所开启他们的续命计划，据说这个计划是花400万打几针液体胚胎干细胞，就可以年轻30岁，这种治疗方式开销巨大，一针将近60万。胚胎干细胞治疗真有那么神奇吗？

（1）胚胎干细胞的功能是（   ）

A.具有全能性       B.可以去分化

C.无限增殖              D.可以逆转录

（2）注射胚胎干细胞在医学上的确能治疗多种疾病，但真如报道中所说的可以年轻续命吗？通过查阅资料，说出你的看法和理由。

（3）虽然人胚胎干细胞研究具有巨大的应用前景，但胚胎干细胞大多取自人工流产的早期胚胎或是体外受精中剩余的胚胎，早期胚胎究竟算不算生命，因此胚胎干细胞研究在国际上引起了很大的争议。目前对于这个问题的回答，随着不同宗教、文化背景和对生命的不同看法而有所不同。那么，我们应该怎样看待用于治疗的胚胎干细胞研究？

此作业试题围绕着注射胚胎干细胞年轻30岁的社会热点，让学生能够关注并参与社会热点中的生物学议题的讨论。问题设计由易到难，循序渐进，在讨论时，学生必须明确胚胎干细胞的生物学概念，并采用适当的科学思维方法揭示胚胎干细胞的结构和功能特点，从而辨别并揭穿伪科学。

四、强调试题的探究性，测评学生的科学思维与科学探究水平

试题的探究性是侧重设计学生通过科学思维或科学探究才能解决的真实问题。学生通过探究解决问题的过程，既需要运用生物学知识和技能，要用到归纳综合、推理演绎、模型与建模等科学思维，也要经历生物科学探究过程。强调题目的探究性对测评学生科学思维和科学探究水平来说至关重要。因此，在题目设计时，命制一些学生在平时学习中未接触过的材料试题，包括科学发展史中的某些素材、探究性问题的情境等。学生通过阅读、理解、分析试题所提供的信息或情境，结合生物学基础知识和基本技能，模拟科学研究方法，提出问题与假设，设计实验方案，分析实验数据，得出实验结论，解释或评价生命现象、预测发展趋势等问题。让学生沿着科学家进行科学研究的思维过程去解答问题，从中感悟科学精神，学习科学方法，进行测评学生的科学探究能力、科学思想和科学态度。

例如：癌细胞是一种变异的细胞，与正常细胞不同，有无限增殖、可转化和易转移三大特点，能够无限增殖并破坏正常的细胞组织。现发现某装修涂料中有甲、乙两种化学物质，可能会导致细胞癌变。如何利用动物细胞培养技术设计实验鉴定并比较甲、乙物质的致癌作用的强弱呢？

[实验材料]：小白鼠细胞。

[药品用具]：胰蛋白酶液、动物细胞培养液、动物细胞固定液、适宜浓度的龙胆紫溶液、滴管、培养皿、剪刀、锥形瓶、细胞培养箱、载玻片、盖玻片、光学显微镜、小白鼠正常体细胞有丝分裂高倍显微镜照片、装修材料甲、乙物质。

[实验步骤]：制备细胞悬液：把小白鼠胚胎放在培养皿中剪碎，转入锥形瓶中，加入胰蛋白酶液处理，使胚胎组织离散成单个细胞，再加入动物细胞培养液，制成细胞悬液。取A、B、C三个洁净的培养瓶，分别加入等量的细胞悬液。

（1）写出A、B、C三个培养瓶的实验变量处理。

[实验结果]

（2）查阅文献发现甲、乙物质会导致分裂细胞染色体畸变，从而引起细胞癌变。如何比较甲、乙物质的致癌作用强弱，写出相应的实验过程。

（3）动物细胞培养技术除了研究化学物质的致癌作用外，在实际生产生活中还有哪些用途，请列举例子。

该作业试题主要是培养学生的科学探究能力，要求学生在完成作业时，能够基于给定的条件，设计并实施探究实验方案或工程学实践方案，用多种方法如实记录和分析实验结果。并且要求学生关注生物学技术在日常生活中的应用。

五、 创新试题类型，全方位测评学生生物学核心素养水平

试题类型的创新对全方位测评学生的核心素养水平至关重要。目前生物学试题多以单选题、填空题为主。生物学核心素养要求用生命观念和科学思维来解释与分析社会、生产和生活中所遇到的生物学問题，用科学探究的方式来解决这些问题，正确分析自己所需要承担的社会责任并勇于实践。单选题和填空题等碎片化的知识与能力测评形式限制了学生思维水平的发挥，也无法真实准确地测评学生的核心素养水平。因此，在命题中可以增加多选题和论述题等表现形式，内容上可以增加推演型、开发型、开放型等试题，让学生充分地表达自己的思维状况和逻辑推理水平，进而测评学生核心素养水平。

例如：苏云金芽孢杆菌生长到一定阶段，会释放出芽孢和伴孢晶体，当昆虫吞食伴孢晶体后，能使小肠上皮细胞萎缩退化，导致昆虫死亡。科学家如何利用基因工程技术，使棉花也能具有这种抗虫性呢？

（1）以抗虫棉花为例，阐明利用基因工程技术生产抗虫棉花的流程，并写出在此过程中所利用的工具酶         、          。

（2）利用基因工程的方法生产抗虫棉花植株，成功的标志是              。（多选）

A.棉花植株叶肉细胞中有抗虫基因

B.棉花植株叶肉中有抗虫基因的mRNA

C.棉花植株叶肉中有抗虫蛋白质

D.棉花植物叶片虫洞数目远远少于普通棉花植物叶片

（3）举例说明基因工程技术在人类生活中的应用有哪些？

（4）大面积种植抗虫棉对该地区生态平衡会造成怎样的影响？

该作业试题围绕基因工程主题设计，有多种题型，如填空题、选择题、论述题、开放性题目等。不同题型考查不同的核心素养类型，题型的多样化可以多方面地培养学生核心素养，让学生充分地去思考、表达。

在核心素养理念的指导下，高中生物单元教学设计受到学生、教师、家长乃至社会的普遍重视。单元作业设计是高中生物教学中的一个必不可少的环节，是学生知识巩固和能力素养提升的重要途径，教师在单元作业设计的过程中渗透对学生核心素养的培养显得尤为重要。但是，当前单元作业设计相关研究较少，还需要不断地去探索。

参考文献：

[1]刘恩山，刘晟.核心素养作引领，注重实践少而精——《普通高中生物学课程标准》修订思路与特色[J].生物学通报，2017，52（8）：8-11.