高中生物学单元教学设计实践与研究

吴一非 陈 欣

（1.厦门双十中学，福建 厦门 361009；2.福建教育学院，福建 福州 350025）

随着基础教育课程改革的深入推进，单元教学成为高中生物学教学实践与研究的热点。目前，学界普遍认为单元教学有利于知识的结构化，体现学科思想、观念和方法，是落实学科核心素养的有效路径。［1］单元教学备课时应根据学情整合教学资源，以单元为课程单位，使得教学活动时间具有灵活性，并增进学习内容的综合性和整体性，促进学生主动参与高阶思维活动，在鲜活的问题情境中获得对知识的整体认知，既看到“树木”也看到“森林”。［2］本文尝试以“细胞生存需要营养物质和能量”单元教学设计为例，探讨单元教学设计策略。

一、单元教学设计及其理论基础概述

长期以来，高中生物学教师习惯于按节设计课时三维教学目标、撰写并实施教学设计，一定程度上使得生物学知识“碎片化”，不利于学生发展生物学学科核心素养。单元教学是以某一知识章节或核心概念为主题，结合本学科或相关学科知识，合理实施教学策略，促进学生达到预期学习目标的相对完整的教学过程。［3］单元教学设计的基本要素包括指向学科核心素养的单元教学目标与单元学习评价，以及“提出问题—创设学习情境—开展探究活动”为主线的单元教学方案。［4］

情境学习理论认为学习发生在情境之中，知识的建构、理解及迁移应用是与知识生成的情境正相关的。［5］基于真实情境的学习有利于调动学习者的主动性，并且在“发现问题——思考问题——解决问题——发现新问题”的螺旋发展过程中进行深度学习。单元教学设计时，基于真实的问题情境设计与实施学习任务及学习活动，有助于提升学生学习的参与感和获得感，发展生物学学科核心素养。

二、单元教学设计策略例析

单元教学设计时，首先要深入分析单元教学内容，确定指向核心素养的单元教学目标。其次创设真实的学习情境、提出学习任务、设计单元教学方案，促进学生深入地开展探究与实践，在探究与实践过程中进一步发现新问题、解决新问题。并根据单元教学目标设计单元学习评价方案，及时评价、反馈教学目标达成与否或达成程度。

1.单元教学内容聚焦生物学大概念

根据高中生物学课程的基本理念之一“内容聚焦大概念”，单元教学设计时应深入分析课程标准的内容要求，绘制单元教学内容概念体系示意图，使得单元教学内容聚焦生物学大概念。

例如，根据《普通高中生物学课程准（2017 年版）》（下文简称“课程标准”）内容要求，分析“细胞生存需要营养物质和能量”单元教学内容中的大概念、重要概念、次位概念、一般概念及其相互关系，绘制单元教学概念体系示意图（如图1），以便划分课时数与课时教学内容，提供丰富的、感性的事实性知识，设计恰当的学习情境，帮助学生建立、理解与应用生物学大概念“细胞的生存需要能量和营养物质”，逐步形成结构与功能观、物质与能量观。［6］

2.确立发展生物学学科核心素养的单元教学目标

单元教学的出发点与落脚点是发展学生的生物学核心素养，以此确立可操作、可评价的单元教学目标，有助于设计与实施单元教学方案及单元学习评价方案。

根据课程准的内容要求、学业要求及教学提示，结合学生的学情与教学资源，设计“细胞的生存需要能量和营养物质”单元学习目标是：

（1）运用结构与功能观，阐明质膜具有选择透过性；举例说明某些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要提供能量；某些物质则是逆浓度梯度进出细胞，需要能量和载体蛋白；举例说明大分子物质可以通过胞吞胞吐进出细胞。

图1 “细胞的生存需要营养物质和能量”单元教学概念体系

（2）运用物质与能量观，说明绝大多数酶是一类催化生化反应的蛋白质；酶活性受到环境因素（pH 和温度）的影响；解释ATP 是驱动细胞生命活动的直接能量来源。

（3）比较分析物质出入细胞方式、有氧呼吸和无氧呼吸方式，提升分析能力；构建生物膜结构与功能、细胞呼吸与ATP 的概念模型，提升归纳能力与建模能力。

（4）通过小组合作探究植物细胞的吸水和失水过程、探究酵母菌的呼吸方式，体验科学探究的一般过程，学习科学探究的基本思路和方法，提高实践能力与合作能力。

（5）分析发酵过程出现的问题，体验酿酒方法及过程，结合细胞吸水失水、适度施肥、中耕松土等生产实践案例，运用所学的生物学知识解决生产生活中的实际问题。探讨适度饮酒、有氧运动的意义，养成健康的生活习惯。

单元学习目标聚焦高中生物学的大概念，充分考虑学生的学习需求，以便以此设计课时学习目标，创设探究性学习情境，帮助学生习得生物学知识的同时，逐步形成“细胞生命活动中物质和能量变化相统一”“细胞结构与功能相统一”的生命观念，提高科学思维能力与科学探究能力。

3.以“提出问题—创设学习情境—开展探究活动”为主线制定单元教学方案

根据单元教学目标，制定单元教学方案，选择适当的学习资源，基于真实的问题，创设单元学习情境及单元学习核心任务，以任务驱动学生开展合作探究活动，促进学生基于对生物学重要概念的正确认识，建构概念体系，发展生物学学科核心素养。

“细胞的生存需要能量和营养物质”单元学习的核心任务是“探究酵母菌生存需要营养物质”和“探究酵母菌生存需要能量”，指导学生开展果酒酿制实验、探究植物细胞的吸水和失水实验、探究酵母菌的呼吸方式实验，以及阅读教科书、查阅相关资料及小组讨论交流等探究性学习活动，完成生物膜结构与功能、细胞呼吸与ATP 概念图、探究植物细胞的吸水和失水实验报告、探究酵母菌在有氧和无氧条件下的呼吸产物实验报告、交流汇报等。

围绕单元学习的核心任务，设计课时学习任务、课时学习内容、课时数及课下安排等单元教学方案（如表1）。基于学生有的果酒制作经验及“酵母菌发酵需要营养物质例如葡萄糖”的认知，以“酵母菌所需的葡萄糖等营养物质如何进入细胞”开展“细胞的物质输入与输出”的学习。以“营养物质进入细胞后如何为细胞提供能量”开展“ATP—细胞的能量货币”的学习，以“细胞中ATP 的主要来源是什么”引入“细胞呼吸”的学习，引导学生在分子水平探究酵母菌的生命活动本质。再以“培养条件氧气的改变对于细胞呼吸有何影响”开展“探究酵母菌的呼吸方式”的学习。此节课教学可以针对学生学习水平，布置差异化的探究性学习任务，如A 小组探究酵母菌在有氧和无氧条件下呼吸产物的差异，B 小组探究温度对于酵母菌有氧呼吸的影响，C 小组验证酵母菌在无氧条件下发酵产生酒精和二氧化碳。这样就使得不同水平的学生皆有获得感与成就感。

表1 “细胞的生存需要营养物质和能量”单元教学实施方案

实际教学中，可根据学情，进行必要的课时学习内容调整，但原则上应在单元内部调整，以确保本单元主体教学内容的完成度，又不影响其他单元内容的学习。

4.创设探究性学习情境，引导学生深度学习

根据单元教学目标及课时教学具体目标，利用现行人教版高中生物学教科书提供的教学资源，如“资料分析”“思考与讨论”“与社会的联系”创设基于真实问题的探究性学习情境。学习情境应是学生熟悉的、感兴趣的，并应与学生的认知水平及生活经验相符合。

“细胞生存需要营养物质和能量”单元教学设计时，由于学生已知酵母菌可以通过呼吸产生二氧化碳和水、通过发酵产生酒精，初步了解酿酒的原理，且大多数学生有制作果酒的学习经历或生活经验。此外，酿酒实验所需材料、条件简易，甚至可以利用废弃的矿泉水瓶作为培养瓶。故可以利用“酿酒”创设探究性学习情境，并贯穿于整个单元学习整个过程。如以“探究酵母菌在不同条件下的呼吸产物”创设问题情境，导入本单元的学习。单元学习过程中，根据学校的教学条件设备、教学实际情况，围绕“探究酵母菌细胞生存需要营养物质”及“探究酵母菌细胞生存需要能量”等学习任务，以初中生物学“果酒制作”为基础，指导学生从“探究酵母菌发酵产生酒精”的实验入手，开展“温度对酵母菌发酵的影响”“酵母菌发酵产生酒精是否需要氧气”“无机盐离子对酵母菌发酵的影响”等探究实验，并及时分析、解决实验过程出现的新问题。单元学习后，还可以将“探究酵母菌在不同条件下的呼吸产物”作为作业或研究性学习的内容，进行探究性拓展实验。

创设一系列扎根于日常生活和自然生命现象的鲜活学习情境，有利于激发学生主动地参与探究性实验及学习活动，进行深度学习，帮助学生逐步建立、理解与应用生物学大概念“细胞生存需要能量和营养物质”，提高科学探究能力与合作能力。

5.设计发展生物学学科核心素养的单元学习评价方式

根据逆向教学设计原则，单元教学目标制定后，应根据单元教学目标设计单元学习评价方式，以便教师围绕教学重难点安排学习任务、设计问题情境与学习活动，促进师生及时反馈、调整教与学，以利学生发展生物学学科核心素养。

“细胞的生存需要能量和营养物质”单元学习评价方式有检核表、概念图及单元小测等。“果酒制作”“探究细胞的吸水和失水”“探究酵母菌的呼吸方式”等实验评价方式以实验检核表为主，主要评价学生的观察能力、操作能力及分析能力等。“细胞的物质输入和输出”“ATP——细胞的能量货币”及“细胞呼吸”等概念教学的评价方式主要是绘制概念图以及展示、互评及修正，以概念图可视化表征学生是否正确理解所学的生物学概念，是否正确建立概念之间的相互关系，使得教师直观、精准地了解学生思维方式及特点，实施针对性的精讲和教学拓展。单元教学结束时，教师编制难度适宜的单元小测试题，帮助学生及时发现单元学习存在的问题，及时“补缺补漏”，巩固单元学习成果，为下一单元学习奠定基础。

综上，单元教学设计并非简单地将与考点相关的生物学知识整合为一个单元，应深入研读课程标准，深刻领会高中生物学课程基本理念，聚焦生物学大概念分析、选择单元教学内容，设计发展学生生物学学科核心素养的单元教学目标及单元学习评价方式，制定“提出问题—创设学习情境—开展探究活动”为主线的单元教学方案，引导学生在深度学习中习得生物学知识，提高分析问题、解决问题的能力，有效落实高中生物学课程核心任务。