基于学科核心素养的高中生物学单元教学设计

秦伟强

摘 要 以“细胞的基本结构”单元为例，通过确定单元主题、解构单元教学概念、确立核心素养目标、创设单元真实情境问题、创建“任务——情境——问题——活动——评价”为主线的学习任务群，阐述基于学科核心素养的单元教学设计具体实践路径。

关键词 单元教学设计 学科核心素养 生物学重要概念 多元评价 细胞的基本结构

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》 （以下简称为《课程标准》）中指出，生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，其培养应贯穿于教材编写、课堂教学及考试评价中。单元教学倡导将教学内容置于单元整体论视域下去把控，更多地关注教学内容的本质、蕴涵的思想以及学生素养的培养，凸显知识的整体性、系统性和结构性。因此，开展基于学科核心素养的高中生物学单元教学设计研究，对于落实立德树人根本任务，促进核心素养在实际教学场域中落地生根具有重要意义。

1 单元教学设计流程

基于学科核心素养的单元教学设计的组织，首先要确定单元教学主题，并对单元教学主题下三级概念体系进行解构，确定单元教学重要概念；其次，根据重要概念分析确定核心素养目标，并将核心素养渗透在学习目标中；接着，根据单元核心素养目标创设真实情境的单元核心问题，并创建基于解决核心问题的学习任务群，通过学习任务群的完成，目的指向解决核心问题；最后，以单元核心素养目标为指向，解决核心问题为中心，设计“任务——情境——问题——活动——评价”的任务群，通过情境讨论、分析论证、模型建构、实验探究及绘制图表等一系列活动开展基于核心素养的教学，并及时进行多元评价，进而培养学生的核心素养（图1）。

2 单元教学设计实践

以新人教版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》模块中“细胞的基本结构”教学为例，下文对基于生物学学科核心素养开展的单元教学实践进行具体介绍。

2.1 确定单元教学主题

“细胞的基本结构”单元内容是《课程标准》中“必修1·分子与细胞”模块中大概念1“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”下的重要概念1.2“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”中的内容。通过该部分内容的学习，学生能够在结构与功能观角度深刻理解细胞结构与功能的统一性。因此，可将“细胞的基本结构”作为一个单元来整体进行教学设计。

2.2 解构单元教学概念

“细胞的基本结构”聚焦重要概念“1.2 细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”，其下包含4个次位概念。该重要概念与另外两个重要概念1.1和1.3共同支撑该模块大概念1（图2）。通过本单元重要概念的学习，学生要在结构与功能观角度深刻理解细胞结构与功能的统一性；并进一步运用系统思维理解细胞结构的基础，尝试从系统的视角认识自然和社会。同时，教师应通过渗透一定的思政元素培养学生爱国、报国、强国的信念，引导学生树立强烈的民族自豪感，坚定文化自信，形成严谨求实的科学精神和健康的生命观念。

2.3 确立单元核心素养目标

（1）开展观察、感受鸡蛋卵黄膜的实验，并学习用台盼蓝染液鉴别动物细胞是否死亡实验，阐明细胞膜作为系统边界的功能，树立生命观念和科学精神。

（2）尝试利用生活废旧物品制作生物膜流动镶嵌模型，理解生物膜结构和功能，形成科学思维、科学精神和生态文明的可持续发展观。

（3）通过制作细胞器模型、绘图、列表比较等方法，理解细胞器的形态和功能，形成结构与功能相适应的科学观点，树立严谨求实的科学精神。

（4）通过制作叶肉细胞临时装片，并观察叶绿体形态及分布情况，掌握叶绿体形态结构和功能；观察细胞质的流动现象，理解细胞质的流动是一种复杂的生命现象，树立理解生命、尊重生命的观念。

（5）通过讨论胰岛素的合成和运输等活动，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成统一的有机整体，从而完成细胞水平的复杂生命活动，形成生命的系统观。

（6）通过教材四个“探究细胞核功能”实验的学习，阐明细胞核的功能，绘图或制作细胞核结构模型，认同细胞核是系统的控制中心和遗传信息库，树立具有政治认同、家国情怀、文化自信、科学精神、生命观念和全球视野的品格。

（7）尝试利用生活中安全的废旧材料制作真核细胞三维结构模型，形成对细胞整体结构与功能的认识，建立结构与功能观、局部与整体观的科学思维，树立可持续发展观和健康发展观，形成公民责任意识。

2.4 开展基于“任务——情境——问题——活动——评价”的单元教学

单元核心问题：世界上临床应用的胰岛素是通过细胞来大量生产的，为什么细胞能够高效生产胰岛素呢？细胞中是不是有一条条“生产线”呢？细胞的各种基本结构是怎样相互紧密配合，从而精确高效地合成胰岛素的？

2.4.1 任务1：探究细胞膜的结构和功能

情境：教师播放陈红军烈士生前和其战友戍守边疆的照片，同时播放《祖国不会忘记》 《昆仑卫士》歌曲，让学生学习英雄陈红军事迹。并提问：① 祖国有大量守卫国家领土完整及安全的战士，那么人体细胞的“战士”是什么？② 细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？③ 细胞膜的功能是由其成分和结构决定的，那么细胞膜有怎样的成分和结构呢？

活动1：学生以小组为单位开展观察、触摸鸡蛋卵黄膜实验，并思考卵黄膜的作用；学习用台盼蓝染液鉴别死细胞和活细胞实验，讨论该染色原理；开展胰岛素信息分子、精子和卵细胞膜、植物胞间连丝等传递信息方式的讨论活动，得出细胞膜的功能。

活动2：教师引導学生学习细胞膜成分的探究史，知悉细胞膜的主要组成成分，并理解细胞膜功能的复杂程度与蛋白质的种类与数量有关，从而领悟科学理论的建立需要严谨的科学探索精神、科学思维和科学技术。

活动3：通过观察“细胞膜结构的电镜照片”、 “荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验示意图”和“细胞膜的结构模型示意图”，教师引导学生开展细胞膜结构的探究史的学习，并认可科学理论体系的形成是一个科学精神、科学思维和技术手段相互结合不断修正完善的过程。

活动4：学生利用生活中废旧材料制作生物膜流动镶嵌模型，并讨论生物膜的功能特点和结构特点，加深对生物膜结构和功能的理解。

评价：针对生活中的真实情境，学生提出问题并思考细胞膜的功能，通过分析资料获取信息，掌握相关概念；能够熟练运用科学思维方法对细胞膜成分和结构的探究史中相关内容进行探讨和论证，并阐释生物膜的功能特点和结构特点；能够科学规范地制作细胞膜流动镶嵌模型；能运用结构与功能相适应的观点阐释细胞膜的结构和功能之间的关系。达到学业质量标准中生命观念、科学思维和科学探究的四级水平。

2.4.2 任務2：阐释细胞器之间的分工合作

情境：学生观看纪录片《起飞，中国》：我国C919大型客机研制的报道。

问题：① 若缺少其中的某个部门，该飞机还能制造成功吗？② 细胞中是否也含有很多不同的部门，并进行系统的合作分工吗？③ 运用转基因技术让细胞来大量生产胰岛素，那么细胞中是不是有一条条“生产线”呢？

活动1：学生通过制作细胞器模型、绘图、列表比较等方法，理解常见细胞器的形态结构和功能，形成结构与功能相适应的观点。

活动2：开展“用光学高倍显微镜观察菠菜叶肉细胞叶绿体和细胞质的流动”实验，指导学生完成菠菜叶肉细胞临时装片的制作，并学会使用显微镜观察叶绿体的形态及分布，加深对植物细胞叶绿体形态结构和功能的深刻理解；并观察细胞质的流动现象，理解细胞质的流动是一种复杂的生命现象。

活动3：小组以胰岛素的合成和C919飞机的研制过程为例，讨论分泌蛋白的合成和运输相关问题，阐述细胞水平的各项生命活动需要细胞各部分结构相互协作，从而树立生命观念、科学精神和文化自信。

活动4：教师介绍人工合成的膜材料应用于疾病的治疗，如透析性人工肾，从而灌输科学技术的实用价值，培养学生的社会责任素养。

评价：通过制作模型、绘图、列表等形式，说明细胞器的形态结构和功能特点；能正确徒手制作菠菜叶片临时装片，规范操作高倍显微镜；运用结构与功能观，说明分泌蛋白形成过程中各部分结构与功能之间的相互联系；以生命观念和科学精神为核心，说明人工肾运用的生物学原理及其生物技术与社会之间的关系。达到学业质量标准中生命观念、科学思维和社会责任的三级水平。

2.4.3 任务3：构建细胞核的结构和功能

情境：学生观看世界上首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”在我国诞生的新闻报道。

问题：①“中中”和“华华”性状与提供细胞核的亲本猕猴几乎是一模一样的，这说明了什么？② 根据“中中”和“华华”的实例，你认为生物体性状的遗传与细胞核有什么关系？③ 你认为细胞核具有什么功能？

活动1：教师引导学生通过观察思考并讨论克隆牛性状与细胞核的关系，初步得出克隆牛性状的表现与细胞核有关。学生以小组为单位用卡纸模拟“细胞核有什么功能”中四个实验，并讨论得出对应实验结论。通过以上丰富的科学事实证据的展现，让学生思考讨论并得出：细胞核控制着细胞的代谢和遗传这一重要概念，从而培养和发展学生的科学思维。

活动2：组织学生绘制细胞核结构模型，并阐述其结构。教师利用回形针和细线展示染色质和染色体的关系，并阐明染色体（或染色质）承载着遗传信息，而其存在于细胞核中，因此细胞核作为遗传信息库。同时，小组讨论细胞核控制合成胰岛素过程，得出细胞核是胰岛素合成的控制中心。

活动3：学生以小组为单位，利用生活中废旧材料制作真核细胞三维结构模型。教师对制作过程进行指导，并对小组作品的科学性、规范性及艺术性等进行评价。从而使学生加深对细胞整体结构与功能的认识，建立结构与功能观、局部与整体观的科学思维。

评价：能基于事实和证据，采用讨论分析、归纳概括及建模等方式正确阐释细胞核控制着细胞的代谢和遗传这一重要概念（四级水平）；能够正确绘制细胞核结构，并阐述其结构特点，理解细胞核是系统的控制中心（三级水平）；通过观察染色质和染色体关系的模型，能够正确阐明染色体（或染色质）承载着遗传信息，而其存在于细胞核中，因此细胞核作为遗传信息库（四级水平）；正确制作真核细胞三维结构模型，从而建立结构与功能观、局部与整体观（三级水平）。达到学业质量标准中生命观念、科学思维和科学探究的三、四级水平。

3 反思与总结

本次教学以“任务——情境——问题——活动——评价”为设计主线，开展了单元设计与实践，并将核心素养目标分解在学习任务和活动中，通过情境讨论、分析论证、模型建构、实验探究、绘制图表等丰富的学习活动，给学生创设了各种学习情景，充分调动了学生的学习积极性，并及时进行了多元评价，从而有效培养了学生的生物学学科核心素养，同时合理渗透思政元素，将课程与思政进行有机融合，从而达到润物无声的育人作用。因此，本教学设计在培养学生学科核心素养、体现学科育人价值的同时，也进一步落实了普通高中生物学课程培根铸魂、立德树人的根本任务，凸显了学科育人使命。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部. 普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］. 北京：人民教育出版社，2020：4-5.

［2］ 周初霞，赵文浪，周丽婷. 高中生物学校本课程单元整体开发的实践研究——以利用“新冠肺炎”为主题开发“传染病与防控”课程为例［J］. 天津师范大学学报（基础教育版），2020，21 （4）：82.