素养导向的高中生物学单元教学设计例析

梁悦　陈刚

关键词：核心素养；高中生物学；单元教学设计

文章编号：1003-7586（2024）01-0029-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》基于“少而精”的原则筛选了10个生物学大概念来统领全部必修和选择性必修的课程内容。基于大概念，以单元教学为教学设计的基本单位，能有效指向生物学学科核心素养的发展。本单元教学设计案例分析以大概念2为基础，主要阐释了细胞为了更好地生活和增殖，需要具备的物质和能量基础。

1内容分析

复习课的教学围绕重要概念——“物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”进行学习，学生需要掌握细胞为了进行正常的生命活动，所需要的物质和不需要的物质是如何进入或排出细胞的。基于此重要概念，教师从中提炼出本单元的主题——“物质进出细胞的方式”。在此重要概念下有三个次位概念，可以总结概括为：细胞膜的功能特点和具体体现。通过对不同物质进出细胞方式的比较，对细胞膜功能特性进行具体阐述。

复习课教学中，教师不宜采取传统的讲授法，学生对知识点的掌握也不应停留于教师对知识点的详细讲解。教师可以通过创造情境来引出一系列问题，让学生自己进行活动探究分析，小组合作得出结论。深刻体现教师是活动的引导者，学生是活动的主体，这更加贴合如今高考选拔人才的标准。

2学习目标

（1）通过对渗透作用的实验探究和实验结果的分析，学生能够根据已有条件，自己动手设计实验，培养学生的科学探究的能力。

（2）通过对不同物质跨膜运输的不同方式的比较，学生能够总结概括出细胞膜的功能特性，建立结构与功能相适应的观点。

（3）通过对同一物质跨膜运输的不同方式的比较，学生能够推测出影响物质运输速率的因素，以及是如何影响的，培养学生的演绎与推理能力。

3设计思路

本单元教学设计案例围绕大概念2下的重要概念1进行教学设计，共需学习3个次位概念，其中次位概念2和3都是对次位概念1的具体阐释。高中生物学的特点就是概念多、知识点碎片化，传统的“讲授式”教学虽然能完成教学任务，但是学生容易出现对基础概念不理解、无法将所学知识应用于真实情境等问题，因此本单元以“情境—问题—活动”为教学主线，通过一系列教学活动来帮助学生掌握“细胞膜具有选择透过性”这一功能特性。本单元教学共分为3个课时，第一课时主要介绍植物细胞的质壁分离实验和动物细胞的渗透现象，构建渗透装置模型；第二课时主要探究水分如何进出细胞；第三课时主要探究蔗糖和一些大分子如何进出细胞，单元教学结构如图1所示。

4学习过程

4.1创设情境

上述每个课时对应1个情境，具体如下所示。

情境1：教师播放江苏扬州酱菜宣传片。扬州酱菜至今已有一千多年的历史，“三和四美”作为扬州酱菜的金字招牌，更是红遍大江南北，“四美”的含义为鲜甜脆嫩。视频具体介绍了酱菜的制作过程。教师进一步出示“三和糖醋蒜”的配料表，成分为蒜头、饮用水、白砂糖、食醋、食盐、檸檬酸、味精。

设计意图：以“三和四美”酱菜作为情境导入，更加贴合真实生活。学生在日常生活中，对腌制酱菜的过程已有部分了解，更易获得学生对本地传统美食的认可，激发学习兴趣。

情境2：教师展示资料：清代袁枚在《随园食单》中详细记载了泡菜的制作工艺，“腌冬菜黄芽菜，淡则味鲜，咸则味恶。然欲久放，则非盐不可。常腌一大坛，三伏时开之……香美异常，色白如玉”。

设计意图：从现代泡菜工艺开始讲解到古代的泡菜制作过程，能够了解中国文化的源远流长和深厚底蕴，建立学生的家国情怀，同时与上一个情境形成整体教学。

情境3：教师展示资料：植物组织培养中MS培养基配料表，其中蔗糖浓度为30 g/L。

设计意图：由于本节是复习课，学生在选择性必修3中已学过植物组织培养，教师带领学生复习MS培养基中的相关知识，从而完成知识的迁移与整合。

4.2明确问题

情境1的核心问题为：在酱菜腌制的过程中，可以明显发现食物的体积变小，说明细胞失水，那么失水的过程有什么条件呢？

问题设计意图：学生从以往经验很容易得出植物通过渗透作用失水，但是对具体过程可能还存在疑问，从而引出植物细胞质壁分离与复原的探究实验。

情境2的核心问题为：泡菜制作过程通过加盐使泡菜失水，那么水分子通过什么方式进出细胞呢？

问题设计意图：通过情境1学生对渗透现象有了具体的了解，从而进入到核心问题：物质跨膜运输的方式。

情境3的核心问题为：植物组织培养培养基中添加蔗糖的目的是什么呢？蔗糖难道真的不能进入细胞吗？

问题设计意图：通过情境1和2的学习，学生能够明确，蔗糖是不能进入植物细胞被吸收利用的，但是在植物组织培养中却选择蔗糖作为能源物质，引发学生思考，有利于学生科学思维中的批判性思维的发展。

4.3探究活动

活动1：教师展示成熟的植物细胞模式图，学生首先明确原生质层的概念，然后播放具体实验操作的视频，学生仔细观看，制作有关质壁分离与复原的学习资料卡，其中内容包括选材、选材特点。当外界溶液分别为蔗糖溶液和清水时，中央液泡大小、原生质层的位置和细胞大小的比较。在完成学习资料卡的制作后，教师为学生准备烧杯、漏斗、清水、不同浓度的蔗糖溶液、玻璃纸、纱布，同时讲解所需制作的渗透装置：在烧杯中装有清水，漏斗中装有蔗糖溶液，漏斗口用玻璃纸或纱布密封。要求学生小组合作，设计探究不同条件下烧杯和漏斗的液面升降的实验。经过小组实验合作探究，共同绘制并完成表1。

学生通过实验探究和不同小组间结论的比较，可以得出结论：当以玻璃纸密封时，漏斗液面会上升并且上升的高度与蔗糖浓度成正比；当以纱布密封时，烧杯和漏斗液面高低不会有变化。教师补充玻璃纸是一种半透膜，只允许特定的物质通过，从而引出渗透的概念。教师从而进一步提问：①玻璃纸相当于原生质层的哪个成分？发生渗透作用的条件是什么？②既然活的大蒜细胞不能吸收蔗糖分子，那么用食醋和蔗糖将鲜蒜腌制成糖醋蒜的原理是什么？通过动手实验，大部分学生能够回答出答案，如若不全，则需教师补充。

设计意图：先让学生观看植物细胞质壁分离与复原的实验视频，教师从实验材料、实验操作、实验结论等方面进行讲解，学生自主完成学习资料卡的制作，锻炼独立解决问题的能力。在学生对渗透作用有简单的了解后，学生自己设计实验，从实验装置的组装开始，到得出实验结论，都由学生独立完成。让学生掌握实验的具体操作过程，锻炼了学生的主观能动性，学生对知识点的掌握也更加全面深刻。学生在明确蔗糖分子不能进入细胞后，教师进一步提问糖醋蒜的腌制原理。学生通过渗透装置的实验可以得出：高浓度的蔗糖溶液会使细胞失水。所以如果蔗糖的浓度过高，就会使细胞渗透失水过多而死亡。同时醋酸也能杀死细胞。蒜细胞死亡后，细胞膜就失去了选择透过性，和细胞壁一样变成全透性，那么醋酸和蔗糖分子就可以穿过细胞膜和液泡膜进入细胞内，从而将鲜蒜腌制成糖醋蒜。这也证明了细胞膜具有选择透过性是物质进出细胞的基础。

活动2：教师展示资料：《随园食单》中详细记载了泡菜的制作过程，而盐的作用就是让细胞失水。教师明确被动运输的概念：像水分子这样以扩散进细胞的方式进出细胞，不消耗细胞内化学反应所释放的能量的方式叫做被动运输细胞内化学反应所释放的。教师展示资料：自1988年美国科学家阿格雷，成功地将水通道蛋白分离出来，并因此荣获2003年的诺贝尔化学奖后，人们才了解到水进出细胞的方式有两种，且大部分水通过水通道蛋白运输。基于此，学生比较两种运输方式的异同及影响因素。

设计意图：教师明确被动运输的概念，学生能够明确物质进出离不开细胞膜的流动镶嵌模型，部分水分子进出需要膜上蛋白质的参与，从而归纳出自由扩散与协助扩散的区别及影响因素。从概念中可以得到物质浓度与扩散速率成正比，学生通过分析膜上蛋白质的特性，进一步得出扩散速率会受到膜转运蛋白数量的限制，提高学生比较与分类、归纳与演绎的科学思维能力。

活动3：在探究植物细胞质壁分离的实验时，选用0.3 g/mL的蔗糖溶液。由于蔗糖是二糖不能进入细胞，所以质壁分离后不会复原，而在植物组织培养中却要加入蔗糖。学生通过回忆可以想到加入蔗糖的目的是提供碳源和能源，并且可以维持渗透压。学生提出问题：既然蔗糖能作为碳源提供能量，难道植物可以吸收蔗糖？教师展示资料：植物细胞可以通过图2所示的蔗糖-H+同向运输器吸收蔗糖分子，并提出问题：蔗糖分子由细胞外进入细胞内的运输方式为什么？判断依据是什么？学生通过图片可以分析出：细胞外蔗糖浓度低，细胞内蔗糖浓度高，蔗糖由低浓度向高浓度运输，即逆浓度梯度，同时需要膜上载体蛋白的参与，所以一定是主动运输。

教师进一步提问：驱动蔗糖进入细胞的能量来自什么？一部分学生能够回答出消耗的是H+提供的電化学势能。教师带领学生分析比较质壁分离的蔗糖浓度和培养基的蔗糖浓度，发现植物组织培养基中的蔗糖浓度一般为3%，质壁分离中选用的浓度达到30%，几乎是植物组织培养的10倍，所以虽然植物细胞能够吸收蔗糖，但吸收速度较慢，故短时间内仍表现为质壁分离的现象。

设计意图：通过活动1学生能明确蔗糖不能透过细胞膜，此时教师提问MS培养基中蔗糖的作用，引起学生思考，有利于学生批判性思维的培养。教师进一步讲解蔗糖进入细胞的示意图，学生能够明确主动运输需要消耗能量，但是提到能量，学生就默认是ATP，这就是教师需要纠正的一个前科学概念。如图2所示，H+逆浓度梯度出细胞依靠的是ATP供能，而蔗糖进细胞是依靠细胞内外H+浓度差形成的电化学势能。这样学生可以总结概括出主动运输共分为两类：一种是ATP直接供能的主动运输，另一种是ATP间接供能的主动运输。从而提升了学生的归纳与概括的能力。

教师最后补充说明：转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜，但是对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力，所以在细胞的生命历程中，还形成了一种方式——胞吞、胞吐。在物质运输的过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象。

设计意图：在学生掌握被动运输和主动运输后，教师及时进行补充说明，由于生物结构的多样性，所以物质运输方式也具有多样性，这样形成了一个完整的知识体系。

4.4达成评价

经过一系列的活动，单一零散的知识点被整合成连贯且有逻辑的知识结构体系，学生在活动中逐步掌握了次位概念。最后教师通过分发如表2的单元教学评价量表对学生在本单元中的活动进行评价。通过从“学习态度、参与情况、自主探究、合作交流”四个维度来判断学生在本单元教学过程中的参与情况，以分析学生对知识点的掌握情况，从而有利于教师对掌握程度差的学生进行进一步辅导。

5教学反思

高三年级的复习课需要凸显知识结构整体性，强调思维进阶性，增强学习有效性，因此可设置一个大主题情境以有效达到教学目的。本单元教学设计基于大概念，从真实的情境出发，构建一系列活动和问题串，将被动运输与主动运输联系起来进行教学，打破碎片化学习，更注重知识之间的联系。整体进行教学更有利于学生整合知识，构建知识的整体框架，同时情境设置贴近真实生活，问题有效驱动教学活动展开，多种活动培养科学思维，评价目标贴合生活实际，都能达成提高学生的核心素养的单元教学目标。由于课堂教学联系紧密，需要学生对上一个知识点充分掌握才能对下一活动进行学习，所以教师需要掌握好教学进度，既要留有充分时间供学生思考合作探究，也要按时完成课时任务。