聚焦大概念的高中生物学单元整体教学

普通高中新课程标准的制定和深度实施反映了新时代教育对人才培养的内在要求，因此广大高中教师应当积极转变并及时更新教育教学理念，注重学科教学对学生核心素养的培养，探索顺应时代发展需要的育人型教学模式。在这一背景下，本文对聚焦大概念的单元整体教学进行深入研究，以期真正有效地实现学科的育人价值。

一、聚焦大概念的高中生物学单元整体教学概述

（一）大概念——核心素养落地的着力点

在当前信息时代，人工智能技术的普及和应用对学科教学的意义与价值提出了严峻的挑战。为此，高中生物学教学模式的革新应当充分体现学科本质和育人价值，注重学生创新能力的培养和美好品格的塑造，培养有科学品质和民族复兴使命感的新时代人才。学科知识是学科教学的主要载体和思维源泉，由多样化的学科知识向核心素养的有效转化以大概念作为关键着力点。大概念是指学科知识中蕴含的核心概念或观念，是通过对学科核心内容和思维方法的深度理解、高度概括和提炼后，形成的体现专家思维的高阶认知。大概念能够统摄零散和片段化的学科知识，建立系统性和结构化的知识体系。在建构和理解大概念的过程中，学生能够对学科知识进行整体性和综合性把握，在真实、复杂的情境中培养对大概念的迁移能力和科学品质。可以说，大概念是生物学科核心素养在学科能力和精神品格维度上的具体表征，是核心素养有效落地的关键着力点。

（二）聚焦大概念的高中生物学单元整体教学——核心素养达成的捷径

聚焦大概念的单元整体教学设计和实施的显著特点是以学科或跨学科大概念统领下构建的素养单元作为生物学教学的基本单位，其根本目标是提升核心素养。教师研读课标和教材，依据学科知识的内在联系来整合教材，并提炼指向核心素养达成的大概念，在大概念的引领下，系统性地统整素养单元的结构和内容，以主题化的学科活动引导学生构建完整的单元知识体系。大概念引领的单元教学有助于教师科学地统筹和规划素养单元的内容，为学习者提供了发展核心素养的整体知识框架、进阶学习的方向以及全身心参与探究和实践学习的体验，其实质是核心素养化内容的提炼和演绎，即从核心素养的角度从学科知识中提炼大概念，再经过大概念引领，构建并演绎素养单元的内容以达成核心素养培养目标。因此，聚焦大概念的高中生物学单元整体教学是有效达成核心素养的捷径，体现了对学科育人价值的根本追求。

二、聚焦大概念的高中生物学单元整体教学困境

（一）备课量较大，设计难度增加

相较于以单课时的知识传授为主的传统教学，单元整体教学的完整设计过程要始终保持全局性、前瞻性以及系统性的观念，结合核心素养目标，根据学生实际情况来整合知识内容。由此可见，对大多数一线教师来说，不仅在课前准备时的工作量较大，而且较好地把握整体性设计也颇具难度。

（二）缺乏实践指导，自身专业能力有限

相关教师虽然在培训时学习过关于单元整体教学的理论，但是对实践的具体方法和手段尚未形成深入理解。在教学实践过程中，教师和学生由于自身专业能力的限制，同时缺少实践单元整体教学的有效经验，无法有效地适应实践素养单元的学习活动。

（三）工作惯性和升学压力

一般来说，很多生物教师在长期工作中通过反复实践已经普遍适应单课时内容为主的教学方式，由此导致工作惯性的形成，一定程度上削弱了自身尝试单元整体教学的动机。另外，单元整体教学需要学生深度实施大概念引领下的合作交流和探究实践，而高中阶段较大的升学压力会明显降低学生的参与度，进而影响单元整体教学的实施效果。

三、聚焦大概念的高中生物学单元整体教学原则

（一）针对性原则

在开展素养单元教学时，教师需要将课标和教材充分整合到一起，并结合实际学情，以特定素养单元作为教学主题，有针对性地组织单元结构和教学的具体内容，设计形式多样的学科活动，注重教学过程的有效实施和科学素养的发展。

（二）一体化原则

课时教学的有效开展是单元整体教学素养目标达成的前提。因此，教师应当充分优化课时内容，注重课时之间的概念联系和进阶学习过程，发挥科学实践活动的衔接和引领作用，以一体化设计的课时教学来驱动学生建构指向核心素养的大概念。

（三）情境性原则

素养单元情境的合理创设是实现学生建构、理解和运用大概念的前提，因此应当以学生已有的知识和实际经验为基础，创设指向学科核心素养达成的问题情境，在情境中完成相应的概念讲解，引导学生积极思考，实现对大概念的深度理解与运用，培养其科学思维和进行科学探究的能力，有效促进学科核心素养的达成。

四、聚焦大概念的高中生物学单元整体教学策略

（一）立足核心素养目标，重构素养单元内容

核心素养是从学科知识中提炼单元大概念的根本依据，而凝聚学科精髓的大概念是达成核心素养的着力点。因此，教师需要从核心素养的根本目标出发，通过合理的规划和精心的设计，重构具有科学性和系统性特点的素养单元，注重将大概念这条主线贯穿于整个单元教学的各个部分，引导学生在积极探索中主动获取知识，并寻找问题解决方案，在建构单元大概念的过程中培养学科核心素养。

例如，在《细胞的物质输入和输出》这一单元教学设计中，教师可以基于学科知识的内在联系和对课标、教材以及学情的分析，重构素养单元的主题为“细胞是物质、能量和信息的统一体——以胰岛B细胞合成胰岛素为探究实例”。借助细胞生命活动的具体实例引导探索过程，充分体现了单元整体教学的系统性和素养性内涵，不仅可以巩固组成细胞的分子和基本结构等知识，还能促进学生主动探究物质跨膜运输、能量的供应利用和基因表达等内容，进而将相关学科概念整合为一个完整的结构体系，实现对单元主题大概念的深度理解。

教师以胰岛素物质本质的问题引导学生积极参与小组任务，分析胰岛素的功能和化学组成，探究氨基酸的结构特点以及肽链的折叠方式，加深对蛋白质空间结构多样性的理解，形成生物大分子的结构与功能相适应的生命观念，再以合成蛋白质所需的氨基酸进入细胞以及胰岛素输出细胞的过程引起学生兴趣，进一步探究物质跨膜运输的方式。通过讨论关于细胞膜研究的经典实验的过程和原理，学生初步建立对细胞膜动态结构的认识，依据提出假说和建构模型的科学研究方法，进一步学习脂筏模型的内容并参与模型建构，归纳细胞膜的结构特点以及功能特点。

在此基础上，学生从细胞结构的分工与合作的角度，继续探究胰岛素的合成过程以及能量的供应。学生针对同位素标记实验等案例开展合作研究，采用角色扮演的活动形式，从细胞器之间的分工与合作的角度来讲述分泌蛋白合成、加工与运输的具体过程。在能量供应方面，学生在教师的引导下学习细胞呼吸的内容，结合拓展的相关资料，理解能量的稳定供应依赖于细胞呼吸过程，即在酶的催化作用下，葡萄糖等有机物被逐步氧化分解，并释放能量，其中的一部分能量被储存在能量“货币”ATP中，作为胰岛素合成、加工以及运输过程中的直接能量来源。在学生能够从物质与能量的角度对相关过程进行描述的基础上，教师进一步以细胞精准调控生命活动的本质问题引起学生的兴趣，探究细胞内的遗传信息、基因和基因的表达。学生查阅相关资料，以小组讨论的形式进行深入探究，理解基因是细胞遗传物质DNA中储存遗传信息和表达遗传信息的功能片段，在基因中遗传信息的精确指导下，实现细胞内物质代谢及能量供应等各项生命活动的和谐有序运行。

通过参与主题化构建的单元整体教学，学生能够认识细胞作为最基本的生命系统，其生命活动的正常有序进行离不开对物质、能量和信息的稳定需求。在基因中遗传信息的有序表达和精准调控下，细胞物质代谢过程有条不紊地进行，而且保证了过程中能量供求的动态平衡，同时细胞遗传信息的传递过程又依赖物质作为信息的载体以及能量作为信息传递的动力，基于上述分析，学生形成对“细胞是物质、能量和信息的统一体”这一生命本质大概念的理解。

（二）依据大概念引领，构建层次式知识结构

单元整体教学的有效实施需要在单元大概念的引领下，依据基础概念和大概念之间的内在联系，将单元内容组织成一个系统的层次式结构，通过学科活动逐步深化学生对基础概念的理解，不断培养其对单元核心内容进行提炼和结构化的科学思维，使其形成层次清晰的单元知识结构，进而更好地理解单元大概念。

在《基因的传递和表达》重构单元中，学生从性状分离比、假说演绎法等基础概念的角度探究豌豆杂交实验中蕴含的跨学科思维和揭示的基本规律，初步理解基因对个体性状的控制作用、基因的遗传规律及其在育种和医学实践等方面的应用。教师再以分支酶基因与豌豆粒形的关系等实例组织探究活动，引导学生理解转录和翻译过程中的基础概念，系统性地归纳基因表达的核心内容，并描述蛋白质作为基因表达产物与性状的关系。基于对上述过程的理解，学生进一步研究基因表达的调控对性状的影响，通过对乳糖操纵子、蜂王浆与蜂王的发育、柳穿鱼花形态变化等实例的探究，明晰操纵基因、阻遏蛋白、甲基化修饰等基础概念，阐述基因表达调控影响性状的具体过程。

这个单元以大概念为组织基础概念的锚点，形成层次清晰的单元知识结构。学生参与单元探究活动，对基础概念进行提炼与整合，能够分层次地理解基因遗传规律、基因表达产物以及基因表达调控与性状的关系，经过深度学习逐渐构建“基因的传递和表达是生命延续的根本保证，生命个体的表型是基因、基因表达产物、环境之间相互作用进行精细调控的结果”这一解释生命延续内涵的大概念。

（三）借助核心问题驱动，深化大概念理解

问题驱动教学法注重激发学生的学习兴趣和探究潜能，引导学生参与问题分析和解决的过程，促使学生积极思考并深入探究，不断发展学生的学科核心素养。在单元整体教学中，教师可以针对单元大概念设计相关核心问题，通过问题有效驱动学生的科学探究过程。

在《种群及其动态》的单元教学中，教师以大肠杆菌在一定条件下繁殖的案例引导学生探究种群的数量特征以及影响种群数量特征的因素，理解空间和资源等因素通过作用于种群的数量特征而影响种群数量变化，进而对大肠杆菌在理想条件下的数量增长特点进行分析，初步建立种群J形增长的数学模型。教师继续以“资源和空间等因素反应在增长模型中的数学内涵”这一核心问题驱动学生从瞬时增长率的角度挖掘种群J形增长模型的本质。通过对上述案例的研究，学生能够更深入地理解在空间和资源完全充足的理想条件下，种群瞬时增长率为定值是J形增长模型的内在特点，从微积分概念的角度经过分析后列出该模型的表达式为dN/dt=Nδ，式子中的N为种群数量，t为时间，δ为种群瞬时增长率常数。在此基础上，学生继续探究在资源和空间有限的条件下种群增长的问题，假设一定环境下所能维持的种群最大数量为K，那么个体对资源的占用可以用1/K表示，随着种群数量的增加，可供利用的剩余空间和资源逐渐减少，据此假说推测瞬时增长率会按照一定的比例下降，因而得到在空间和资源有限的条件下种群增长模型的表达式为dN/dt=Nλ（1-N/K），式子中的N为种群数量，t为时间，λ为种群起始瞬时增长率，K为环境容纳量。学生在数学软件的辅助下，对比J形和S形增长曲线的数学图形，加深对瞬时增长速率和环境阻力的理解。

在这个单元中，教师以核心问题有效地驱动单元探究活动的开展，引导学生从数学概念的角度去分析和解决生物学问题。该教学过程能够激发学生的跨学科思维潜能，提升学生的学习兴趣和探究能力，有利于促使学生理解“种群的增长特点与种群起始数量、空间和资源等影响因素有关，可以用一定的数学模型来近似描述种群的动态”这一跨学科大概念。

（四）活动融合科学思维，凸显学生主体地位

学科活动的本质是科学思维和自主实践相互联动的主动性学习过程，其核心是素养化知识在实践层面的思维演绎。为此，教师应引导学生参与融合科学思维的多种活动，促进主体亲自经历知识的发现、提炼和演绎过程，从而真正将大概念中蕴含的科学思维融入自身的生命成长中。

以《主要遗传物质DNA的结构和复制》重构单元为例，首先，学生在角色扮演活动中描述染色体中DNA与蛋白质各自的组成特点，合理地推测遗传物质的化学本质。其次，通过对肺炎链球菌的转化、噬菌体侵染大肠杆菌等实验过程的探究以及从遗传物质种类、代谢类型等角度制作常见生物的知识卡片，认识核酸是在亲代和子代之间具有连续性且使生物产生稳定遗传变化的物质，其中DNA是部分病毒和一切具有细胞结构生物的遗传物质。在探索DNA结构这部分内容时，学生以激光照射双螺旋细弹簧的衍射实验来类比经典实验，并经历科学探究的独特思维过程，在创新思维指引下合作建构DNA的B型双螺旋结构模型，深入理解其主要构象特点，并提出复制的假说。在针对假说进行演绎推理和验证时，学生基于对同位素标记、密度梯度离心技术原理的理解，认识到证明复制方式的关键在于运用离心技术实现不同标记特征产物的分离，以不同颜色标记来类比和区分氮元素的两种同位素的标记特征，对连续复制后产物标记特征和密度进行预测与描述，进而结合科学实验结果对假说进行检验和修正。

在此基础上，学生从物质、能量和信息观的角度统整细胞内DNA复制的微观过程并归纳其特点、条件和意义，深化对复制过程中复制叉、聚合酶、引物等基础概念的理解，进一步探讨PCR技术的原理和引物设计过程，应用跨学科技术提取基因工程大肠杆菌中的克隆质粒、特异性地快速扩增质粒中的目的基因并对产物进行电泳鉴定。在专题交流活动中，教师以微视频或海报等形式介绍同位素标记、放射性自显影、高分辨率电镜成像、PCR等跨学科技术在生物学研究中的应用进展。

在这个案例中，学生积极参与激发生命活力、丰富身心体验的学科活动，感悟跨学科技术在现代生物学研究中的应用和价值，培养揭示学科本质的高阶思维和科学实践素养，深度理解“跨学科技术的运用通常是精准表征和高效解决生物学问题的有效手段”这一提升科学品质的大概念。

（五）依托真实性情境聚能，落实教学评一致性

大概念是素养单元教学实施的重要抓手，而情境是维系和涵养大概念的育人场域。为此，教师应当依托单元的真实性情境，将学科知识与学生的生活经验和生命情感相连接，在情境中实现“教”“学”“评”向大概念的一致聚焦，汇聚学科独特的育人能量。

例如，在《绿色植物的光合作用与能量转化》重构单元中，教师以光合作用与农作物产量关系的情境激发学生的兴趣，关注学科知识的应用价值，学生在教师的指导下探讨相关科学实验的原理，理解叶绿体是光合作用的场所，再进行色素的提取和分离实验，来认识光合色素的组成、捕获光能的特征。在此基础上，学生查阅相关拓展资料，并对光合作用过程中的跨学科原理进行分析与提炼，从而深入理解光反应的核心过程，即类囊体薄膜上的光系统将吸收的光能转化为电能，并用于推动循环、非循环光合磷酸化合成高能产物。在物质变化和能量转化这一核心问题的驱动下，教师继续引领学生探究碳反应中CO2固定、还原和RuBP再生三个阶段的具体过程，结合对光反应和碳反应过程及原理的理解，初步总结光合作用的核心概念。

进一步，教师借助甘蔗与景天科植物光合作用途径适应环境的情境来评价学生对知识的迁移能力。学生结合多样化的课程资源展开讨论，认识到热带植物蒸腾作用导致的缺水会限制气孔的开放，甘蔗的适应策略是在叶肉细胞中先浓缩CO2再通过某些转运机制，以维持维管束鞘细胞中高浓度的CO2水平，而景天科植物是采取夜间固定CO2的方式。上述探究过程有利于学生科学思维和问题解决能力的培养，使其形成“绿色植物的光合作用是通过叶绿体捕获并利用光能，推动碳同化过程合成有机物的重要途径，其过程体现了植物对所处环境的适应”这一阐明光合作用原理的大概念。然后，学生自主进行实验，探究环境因素对农作物光合作用强度的影响，并对过程和结果进行交流与评价，在参与探究实践的情境中理解光合作用大概念对农业生产的重要指导价值。

上述案例通过真实性情境将学科知识的丰富内涵和育人能量融入学生的生命中，在贯穿教学评一致性理念的场域中逐步提升学生对大概念的掌握程度和运用能力，使学生经历了感悟学科独特价值、提升核心素养的深度学习之旅。

五、结语

总而言之，聚焦大概念的高中生物学单元整体教学体现了对培育学生核心素养，以及助力学生未来发展这一教学根本价值的追求。在教学过程中，教师应当以学生自身实际学习情况为基础，在大概念引领下灵活运用多种教学策略，以蕴含科学本质和育人能量的教学引导学生在知识探索的过程中建构凝聚科学精髓的大概念，不断提升学生的学科能力和科学品质，筑牢新时代中学生的民族伟大复兴使命与责任。