高中生物学大单元学历案设计

王珊珊

［摘 要］《普通高中生物学课程标准（2017年版）》对高中生物学课程的设计和实施提出了新要求，强调知识点从理解到应用，重视知识点之间的联结与应用。教师应重视大单元教学，同时注意学生学习经历的评价。以学历案为载体的大单元教学能够落实新课标的要求。文章以“细胞的基本结构”为例具体阐述高中生物学大单元学历案的设计。

［关键词］大单元；学历案；细胞的基本结构

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）08-0089-04

关于大单元教学，流传最广的是崔允漷教授的观点。他认为一个单元就是一个学习事件，一个完整的学习故事。因此，一个单元就是一个微课程。一个学习单元由素养目标、课时、情境、任务、知识点等组成，单元就是将这些要素按照某种需求和规范组织起来，形成一个有结构的整体［1］。林洁认为，大单元教学的核心在于“大”，是介于传统课程规划和课时设计之间的一种中观层面教学，强调对课本中的分散内容进行有机整合与概括，在横向和纵向上不断拓展课堂［2］。

“细胞的基本结构”是人教版高中生物学必修1 第3章的内容。该章内容作为一个大单元学习单位，在必修1中有着重要的地位和作用（如图1），在这一单元中将学习细胞的基本结构与功能。前面所学的细胞的分子组成，如蛋白质的合成等，是学习本单元的前备知识。学习本单元，有助于学生理解细胞的功能和生命活动，可让学生了解生命系统的物质性、结构性和统一性，理解细胞是由多种独立的细胞结构构成的统一体，认识到细胞的结构和功能的适配性，为后面的学习奠定基础。

从识记到理解，从掌握到应用。在大观念、大任务、大项目、大问题的统摄下，大单元学历案追求的是深度学习，强调的是真实情境中的问题解决能力［3］；以真实情境为背景，以任务驱动为动力，通过问题串实现学习进阶。本文具体阐述“细胞的基本结构”大单元学历案的设计。

一、确定单元大情境、大任务

研究教材发现，必修1教材中多次出现胰岛素的相关知识，如第2章第4节第33页“生物科学史话”栏目介绍了世界上第一个人工合成蛋白质的诞生；第3章第1节第41页图3-2“细胞间信息交流的方式举例”中说明了内分泌细胞分泌的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处；第3章第2节第51页“思考·讨论”栏目介绍了分泌蛋白的合成和运输。因此，本单元可以胰岛素和糖尿病的关系作为大情境，以胰岛素的合成和分泌作为子情境一来学习细胞器的内容，以胰岛素的作用依靠细胞膜作为子情境二来学习细胞膜的内容，以胰岛素的合成依据遗传信息来学习细胞核的内容。

单元大任务是在学完本单元后，在达成学习目标和提升核心素养的基础上能够完成的任务。本单元的大任务设置为“假如你是科研人员，请为大规模生产可以口服的胰岛素药物提供研发思路”。

二、做好单元课时安排

围绕大任务安排各个课时的内容及素养目标等（见表1）。

三、设计大单元学历案内容

（一）单元大情境的导入

通过播放糖尿病科普短视频，让学生认识胰岛素与糖尿病的关系，阐明胰岛素的来源和作用，进而比较胰岛B细胞（动物细胞）和植物细胞的结构异同。

（二）课时内容的安排

课时1：细胞器之间的分工与合作

1. 制定课时学习目标

（1）阐明细胞的结构组成，举例说明几种主要细胞器的功能；（2）通过举例认识细胞器彼此之间既是相对独立的，又是相互联系的；（3）简述生物膜系统的组成和功能；（4）选择合适的材料观察叶绿体和细胞质的流动。

2. 确定检测学习目标的评价任务

任务1：阅读课本第47页，补充完整课本第60页的细胞的结构和功能概念图。［指向目标（1）］

问题1：大多数细胞中都有众多复杂的细胞器，如何对其进行分离？

任务2：结合课本第48页的图3-6，说出几种主要细胞器的功能。［指向目标（1）］

问题2-1：胰岛素的化学本质是蛋白质，从基本单位氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？

问题2-2：蛋白质的合成过程是发生在细胞的哪个结构中？

问题2-3：多肽链盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质，这一“加工”过程发生在细胞的哪个结构中？

问题2-4：若胰岛细胞中的某些细胞器衰老或损伤，细胞就会通过自噬对其进行消化和降解，请你推测该过程主要依赖于哪种细胞器？

问题2-5：胰岛素是一种分泌到细胞外起作用的蛋白质，叫作分泌蛋白。请推测从合成胰岛素、加工胰岛素、胰岛素分泌到细胞外的过程中依次经历了哪些细胞结构？如何验证你的推测是正确的？

任务3：结合课本第51页的“思考·讨论”和“科学方法”栏目，阐明细胞器在分泌蛋白合成和运输过程中的分工与合作。［指向目标（2）］

问题3-1：如何对分泌蛋白进行物质追踪？

问题3-2：如何标记分泌蛋白？

问题3-3：观看动画，阐述分泌蛋白从合成到分泌到细胞外经历的细胞器或细胞结构。

问题3-4：仔细观察课本第52页的图3-8，阅读第1自然段和第2自然段，说出分泌蛋白运到细胞外的过程中所涉及的细胞器的作用。对问题2-3的回答进行完善。

问题3-5：经高尔基体加工后的蛋白质的去向是什么？是细胞内、细胞膜上还是细胞外？高尔基体有什么作用？

问题3-6：观看动画，思考为什么由内质网和高尔基体产生的包裹着蛋白质的囊泡可以定向移动。

问题3-7：在胰岛素合成与运输的过程中，内质网、高尔基体、细胞膜的面积有什么变化？

任务4：认识生物膜系统的组成和联系。［指向目标（3）］

问题4-1：结合课本第52页的图3-8和图3-9，归纳哪些生物膜直接相连，哪些生物膜间接相连。

问题4-2：举例说明生物膜具有的功能。

设计意图：通过回忆蛋白质的合成、盘曲、折叠形成一定的空间结构，认识到蛋白质的合成场所是核糖体，加工场所是内质网和高尔基体，将新知与旧知建立联系。围绕分泌蛋白的合成、加工和运输过程，着重讲解相关细胞器，解释细胞各部分结构通过分工合作，共同执行细胞的各项生命活动。

【留疑】胰岛细胞合成的胰岛素最终通过细胞膜分泌到细胞外发挥作用，而有些蛋白质却不能运出细胞外而留在细胞内发挥作用，这体现出细胞膜的什么作用呢？

设计意图：通过提出问题，引出细胞膜的作用，作为“细胞膜的结构和功能”的导入部分。

课时2：细胞膜的结构和功能

1. 制定课时学习目标

（1）分析资料，阐明细胞膜的功能与结构的关系；（2）通过对科学史进行分析归纳，说出细胞膜的成分；（3）尝试提出生物膜结构假说，并进一步设计实验进行验证；（4）说出细胞膜的流动镶嵌模型，尝试制作细胞膜的结构模型；（5）关注细胞膜结构与功能的科学进展，参与人工膜应用的讨论。

2. 确定检测学习目标的评价任务

任务1：分析资料，归纳细胞膜的功能。［指向目标（1）］

资料1：胰岛B细胞能够合成并分泌胰岛素（信息分子），胰岛素随血液运输并作用于靶细胞，加快靶细胞摄入和利用葡萄糖。

资料2：鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液，用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。

资料3：用显微注射器将色素伊红注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。

问题1：以上资料说明细胞膜具有哪些功能？

设计意图：通过引导学生对实例进行分析，使学生观察现象，得出细胞膜的功能，培养学生的科学思维。

任务2：回顾科学史，探索细胞膜的成分。［指向目标（2）］

资料1：1895年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验，发现溶于脂质的物质容易穿过细胞膜，不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜。（推论）

资料2：科学家利用哺乳动物的红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜，进行化学分析，得知细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量最多。（实证）

资料3：1935年，丹尼利和戴维森发现细胞的表面张力明显低于油—水界面的表面张力，由于人们已发现油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此他们推测细胞膜除含脂质分子外。可能还附有蛋白质。（推论）

资料4：20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞膜会被蛋白酶分解。（实证）

资料5：科学家之后测定了不同细胞的生物膜化学成分，发现人的红细胞膜中糖类含量为8％，大鼠肝细胞核膜中的糖类含量为2.9％，内质网膜、线粒体内膜和外膜的糖类含量极少。

问题2-1：据资料1推测细胞的成分有什么。

问题2-2：资料2中为什么选择哺乳动物的红细胞来制备细胞膜？资料2的内容证实了什么？

问题2-3：如何证实资料3中的推测，即细胞膜上有蛋白质？

问题2-4：结合以上资料，你认为细胞膜的成分有哪些？

设计意图：跟随科学家的脚步，回顾探索细胞膜成分的历程；通过科学史推出的结论需要进一步的实验证实，借此渗透“提出假说”这一科学方法；了解科学事实的发现离不开科学技术的进步。

任务3：分析资料，构建细胞膜的结构模型。［指向目标（1）、（3）］

资料1：1917年，科学家朗缪尔把溶有膜脂的挥发性溶剂倾倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面上铺开成一层，并且测出脂分子的极性一端被吸附在水分子上，而非极性一端直立在水面上。

问题3-1：根据磷脂分子的特点解释为什么磷脂在空气—水界面上铺展成单分子层。

问题3-2：细胞是生活在水环境中，细胞内也是以水为基础的细胞质基质。多个磷脂分子在水中会形成怎样的一种相对稳定的结构呢？请用磷脂分子模型摆出排列方式。

资料2：1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单层分子的面积恰为红细胞表面积的2倍。

资料3：1959年，罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构（如课本第43页的图3-3），他大胆提出假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，且为静态的统一结构。

问题3-3：资料3中提到的结构模型有什么不足？

资料4：1970年，科学家用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。

问题3-4：资料4中的实验表明细胞膜的结构有什么特点？

资料5：20世纪70年代初，一种使细胞膜表面可视化的技术——冷冻断裂电子显微镜技术应用于对细胞膜结构的研究。用扫描电子显微镜观察，能看到冷冻后的细胞膜断层表面的图像。电镜结果显示脂质双分子层的内表面布满了“坑”和“丘”。研究人员将这些结构解释为膜蛋白的位置。“丘”代表附着在脂质双分子层一侧的蛋白质，“坑”则是它们留下的孔。

问题3-5：蛋白质在磷脂双分子层中的排布是怎样的？请修正资料3中的模型。

问题3-6：细胞膜内部是疏水的，为什么水分子可通过细胞膜进出细胞？

设计意图：通过在构建细胞膜结构的过程中不断补充和修正，认识科学理论的形成是逐步完善的，经过科学观察而提出的假设是经得起后续发现的科学事实的证实的。

任务4：阅读课本第44页和第45页，说出流动镶嵌模型的基本内容，回答下列问题。［指向目标（4）］

问题4：细胞膜的基本支架是什么？蛋白质和糖在细胞膜中的分布是怎样的？糖被的作用是什么？细胞膜为什么有流动性？胰岛B细胞分泌胰岛素的过程，体现出细胞膜的哪些功能？胰岛素作用于靶细胞，依靠哪些结构，体现了细胞膜的哪些功能？

设计意图：通过阅读科学史和进行模型建构，使学生初步建立细胞膜的结构模型，即正确摆出磷脂双分子层和蛋白质的镶嵌和贯穿分布。同时，引出科学家在前人的研究基础上提出的流动镶嵌模型，通过阅读课本内容，将模型与知识进行联系，让学生对相关知识有更深刻的理解。

【留疑】为什么植物细胞和细菌等微生物不能合成胰岛素？

设计意图：提出这个问题，引导学生从进化和遗传信息的角度进行分析，进而引出“细胞核的结构和功能”的学习。

课时3：细胞核的结构和功能

1. 制定课时学习目标

（1）通过资料分析，认同细胞核是细胞生命活动的控制中心；（2）观察模型，阐明细胞核的结构和功能；（3）根据对细胞整体和局部的认识，尝试制作真核细胞的三维结构模型。

2. 确定检测学习目标的评价任务

任务1：分析课本第54页“思考·讨论”中的四个资料，归纳细胞核的功能。［指向目标（1）］

问题1：各小组按照信封上的要求，用卡片模拟相应实验，得出结论。

任务2：观察模型，阐明细胞核的结构和功能关系。［指向目标（1）、（2）］

问题2-1：观察课本第56页的图3-10，从结构与功能相适应的角度分析细胞核的结构和功能。

问题2-2：阅读课本第56页第2、3自然段，分析染色质、染色体、DNA、遗传信息的关系是怎样的。

问题2-3：以胰岛素合成过程为例，如何理解细胞核的功能？

任务3：利用废旧材料制作细胞核的结构模型。［指向目标（3）］

设计意图：通过课本上的四个资料，分析归纳细胞核的功能，认识到细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，同时结合胰岛素的合成，认识到细胞核是遗传信息库。

课时4：单元小结与拓展学习

任务1：请在笔记本上构建本单元的思维导图；结合任务评价和目标检测的结果，自查是否达成学习目标。

任务2：请结合本单元的学习，完成单元大任务。

任务3：请查阅文献资料了解关于胰岛素药物研发的最新进展，并进行分享。

设计意图：对单元知识进行总结和应用，完成单元大任务，即为大规模生产口服的胰岛素药物提供研发思路。

教师引导学生分析研发过程中面临的几个困难，一是如何大规模生产口服的胰岛素，二是如何避免胰岛素药物口服后被消化道分解。学生在课上各抒己见，课后查阅相关资料并分享，了解胰岛素药物的研发进展，由此培养了社会责任意识。

［   参   考   文   献   ］

［1］  崔允漷.如何开展指向学科核心素养的大单元设计［J］.北京教育（普教版），2019（2）：11-15.

［2］  林洁.基于高中生物学科核心素养的大单元教学设计探讨［J］.当代教研论丛，2020（1）：73-74.

［3］  卢明.教案的革命2.0：普通高中大单元学历案设计［M］.上海：华东师范大学出版社，2021.

（责任编辑 黄春香）