聚焦生物學重要概念的單元整體教學設計實踐研究

周初霞

(浙江省教育廳教研室 杭州 310012)

1 進行單元教學設計的現(xiàn)實意義

《普通高中生物學課程標準(2017年版)》中明確指出： 學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。核心素養(yǎng)強調知識、能力、情感態(tài)度價值觀的有機統(tǒng)一。“核心素養(yǎng)”不是直接由教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培育起來的[1]。素養(yǎng)需要知識，但并不是知識越多素養(yǎng)越高。如何發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)是當前高中生物學教學的關切。指向學科核心素養(yǎng)的教學設計是以育人為本的教學設計，著眼點需要從“教師的教”轉變成“學生的學”，從學科教學轉向學科教育。指向學科核心素養(yǎng)的教應該為怎樣的學而教？從學習的時間維度來考慮應該為長效學習而教；從學習的縱深維度來考慮應該為深度學習而教；從學習的成果維度來考慮應該為知識的創(chuàng)造性而教。指向學科核心素養(yǎng)的教學設計要超越課例設計，開發(fā)促進核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學設計。單元教學設計是一種介于課程規(guī)劃與課時教學設計之間的中觀層面的教學設計[2]。單元教學設計有助于教師突破“只見樹木不見森林”的課時思維，轉變教師只注重零散知識點落實的傳統(tǒng)課堂教學理念，幫助教師從“長時段”整體籌劃學科教學，注重學科整體組織化、結構化知識的建構。單元教學設計有利于培育學生的學科核心素養(yǎng)，契合了學科核心素養(yǎng)的形成不是一蹴而就的，需要一個較長的過程才能形成這一特點。因此，生物學教學中要做好系統(tǒng)的課程教學規(guī)劃，在傳統(tǒng)課時教學設計之前要做好整體單元教學設計。

2 單元教學設計的主題和內容要素

2.1 以重要概念為主題進行單元教學設計 高中生物學單元整體教學設計應以什么為主題？“內容聚焦大概念”是高中生物學課程的基本理念之一，在大概念的基礎上再概括、提煉出生物學獨特的核心素養(yǎng)——生命觀念，同時在學生主動學習的過程中發(fā)展科學思維、科學探究和社會責任等學科核心素養(yǎng)。因此，生物學教學整體教學設計時要著重考慮生物學大概念的建構。大概念是在若干重要概念的基礎上形成的，重要概念又是在次位概念的基礎上形成，次位概念則是基于若干生物學事實性知識而形成的?；诖耍P者嘗試以重要概念為主題進行整體教學設計。

2.2 單元教學設計中需要研究的主要教學要素 單元教學設計要研究指向學科核心素養(yǎng)的單元學習目標、“情境—問題—活動”為主線的單元教學藍圖和學科素養(yǎng)達成為導向的單元教學評價等要素。單元教學設計框架如圖1所示。

圖1 單元教學設計框架

2.2.1 確定指向學科核心素養(yǎng)的單元學習目標 教師要深入研讀《普通高中生物學課程標準》。課程標準在呈現(xiàn)方式上有了階梯式的躍升，在課程目標、內容要求、教學建議和學業(yè)質量等方面都有了更為詳盡的要求，對教師把握教學要點有直接的幫助[3]。首先從課程層面理解生物學學科觀點、大概念，并分析大概念間的關系，大概念與生命觀念之間的關聯(lián)性；其次從模塊層面分析課程知識結構，列出模塊體現(xiàn)的學科觀點與大概念；再次以重要概念為單位從單元層面來區(qū)分事實和概念，厘清單元重要概念的建構需要基于哪些次位概念的學習，單元重要概念與其他重要概念之間有何內在邏輯關系，單元重要概念對大概念形成有什么支撐作用等，并建構概念圖。同時，結合分析學習者的已有知識背景和學習能力等教學實情，確立單元學習目標。單元學習目標的確定要指向學科核心素養(yǎng)的達成，目標的表述應是明確的、具體的、可以觀察和測量的[4]。

2.2.2 設計“情境—問題—活動”為主線的單元教學藍圖 單元教學設計要以“情境—問題—活動”為主線來開展教學活動，幫助學生在深度學習過程中逐步發(fā)展學科核心素養(yǎng)。首先，創(chuàng)設以能夠支撐整個單元的、整合性的真實生物學情境。學科知識本來就產(chǎn)生于某種特定的情境中，而脫離了特定的情境，學科知識就會僵化，缺乏生命力[2]。通過創(chuàng)設真實的生物學情境，將學科要解決的問題信息蘊含在特定的情境中，讓學生通過對情境中的相關信息進行積極的感知和理解來學習學科知識。這樣可幫助學生經(jīng)歷生物學知識產(chǎn)生的過程，讓學生明白為什么提出這一生物學概念，從而在習得生物學知識的同時形成生物學學科的核心素養(yǎng)。然后，基于情境提出核心問題(或任務)，呈現(xiàn)系統(tǒng)化、多樣化的學習材料；進一步設計系統(tǒng)、有層次的子問題(或子任務)。最后，根據(jù)學習材料和子問題開展有目的的、有方向的自主、合作、探究等主動學習活動；并呈現(xiàn)探究等學習成果，初步回答上課初始所提出的核心問題。學習活動旨在發(fā)展學生的特定素養(yǎng)和認識方式，因而學習活動的設計應以達成學習目標為宗旨。同時，學習活動的設計應該具有連續(xù)性、進階性和內部邏輯性。

2.2.3 落實“教—學—評”一致的單元評價目標 教學設計是以有目的的學習而不是“偶然”學習為目的。這意味著最終的目標與預期的學習結果指導著學習活動的設計與選擇[5]。教學評價是單元教學設計的靈魂，是教師了解教學過程、調控教和學的行為、提高教學質量的重要手段。單元教學評價要指向學科素養(yǎng)的達成，特別要深入研究課標中的學業(yè)要求、學業(yè)質量水平的不同等級及要求。評價以學生發(fā)展為本，以生物學課程內容、學業(yè)質量標準為依據(jù)，聚焦學科核心素養(yǎng)，促進教師的教和學生的學[6]。教學評價要多元化，不僅要注重學生的結果性評價，更要注重學生學習的形成性評價。形成性評價旨在學習過程中了解學生的學習狀況，以提高持續(xù)的反饋信息用于幫助教師提高自己的教學，對于學生來說是要促進學生的學習，便于學生看到自己的長處和弱點，以及需要更加努力的部分[3]。教學評價要具體、明確，有檢測性；教學評價目標與學習目標之間要具有高度的相關性，以體現(xiàn)“教—學—評”一致。教學評價是教學過程中各個主體發(fā)現(xiàn)問題、解決問題最終使教學活動朝著預期方向發(fā)展的重要方式與手段，評價的核心理念或價值觀應該是促進學生的學習與發(fā)展，并以此反思教師自身的教學及其專業(yè)發(fā)展，即通過及時的反饋來調動學生學習的主動性和積極性，而且能有效反轉教學過程以促進和完善教師的教。

3 單元教學設計的實踐研究案例

浙江省2018年高中生物學教學評比活動中，開展了以重要概念“細胞會經(jīng)歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程”(以下簡稱重要概念a)為主題的單元教學設計評比，本案例是在溫州中學柯建星老師等獲獎選手的案例基礎上修改而成。

3.1 分析單元學習內容確定單元學習目標 細胞在代謝的基礎上，完成增殖、分化、衰老、凋亡等生命過程，進而實現(xiàn)個體的生長、發(fā)育和繁殖?！凹毎ㄟ^分裂增殖”“細胞通過分化產(chǎn)生不同類型的細胞”“細胞凋亡是編程性死亡”等多個次位概念的基礎上形成重要概念a；重要概念a是“細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質，并通過分裂實現(xiàn)增殖”這一大概念的重要支撐；重要概念a又是學習“減數(shù)分裂產(chǎn)生染色體數(shù)量減半的精細胞或卵細胞”“遺傳信息控制生物性狀”等概念的基礎。這些概念之間的關系如圖2所示。

圖2 相關概念之間的關系

基于上述分析確定本單元學習目標： ①通過“模擬有絲分裂過程中染色體行為”活動，學習模型與建模的研究方法，并能運用結構與功能觀來解釋有絲分裂過程中遺傳信息在親、子代細胞間的一致性。②通過“制作和觀察根尖細胞有絲分裂簡易裝片”活動，學會正確使用實驗器材，如實記錄實驗結果，并依據(jù)實驗結果構建染色體、染色單體、核DNA數(shù)量變化的數(shù)學模型；嘗試分析影響實驗結果的原因。③通過對細胞分裂、分化、衰老、凋亡相互關系的分析和討論，能夠運用穩(wěn)態(tài)與平衡觀、局部與整體觀，解釋癌癥等疾病的發(fā)生原因，深入探討并提出治療癌癥的設想，認同健康文明的生活方式。④通過搜集有關細胞研究和應用方面的信息并進行交流，學會運用生物學原理解釋人口老齡化、癌癥、干細胞研究等社會議題，加深對科學、技術、社會相互關系的認識。

3.2 情境、任務與活動 播放視頻： 人的一生，從受精卵經(jīng)過胚胎發(fā)育、個體發(fā)育和生長等階段，直至老年，并定格受精卵、嬰兒、青少年、老年等階段的畫面。

提出核心問題：“從生理上來分析，人的一生發(fā)生了哪些變化？在細胞水平上來分析，這些變化是如何實現(xiàn)的？”引導學生從細胞水平來認識細胞的分裂、分化、衰老、凋亡等生命進程。

3.2.1 任務1探究細胞通過分裂增殖 情境： 從受精卵到個體的發(fā)育過程中，如何實現(xiàn)細胞數(shù)目的不斷增加？細胞分裂時如何保證染色體的精確均分？

活動1： 嘗試構建細胞分裂各時期染色體行為的模型 展示人、果蠅等不同生物的染色體組成圖，引導學生分析不同生物染色體的數(shù)目和形態(tài)不同；體細胞內的染色體成對存在，不同對染色體之間大小、形態(tài)有差異。

學生小組合作利用毛根建構一個細胞中含有2對染色體的模型；建構分裂一次后子細胞中的染色體組成模型；建構在細胞分裂過程中可能會出現(xiàn)的3個染色體行為變化最具特點的靜態(tài)模型。然后讓學生觀看細胞進行有絲分裂的真實視頻，并對自己建構的模型進行對照，修正模型。

活動2： 制作和觀察根尖細胞有絲分裂臨時裝片 小組合作完成實驗。教師引導學生對實驗結果進行分析，幫助學生更深刻地理解有絲分裂各時期特點；并嘗試對影響實驗結果的因素進行分析、提出改進。

活動3： 構建細胞有絲分裂過程中染色體、染色單體、核DNA數(shù)量變化的數(shù)學模型 通過小組合作，依據(jù)實驗結果，利用表格法整理有絲分裂各時期相關數(shù)量變化，并用坐標曲線來表示數(shù)量變化過程。引導學生比較物理模型和數(shù)學模型的不同點，感悟數(shù)學建模的研究方法。

3.2.2 任務2討論細胞通過分化產(chǎn)生不同類型的細胞 情境： 播放人從受精卵形成到胎兒形成過程的視頻，說明人體內有200多種類型的細胞；展示人造血干細胞的分化過程的圖片。

活動1： 根據(jù)視頻和圖片，小組合作討論細胞分裂與分化的相關問題，嘗試建構細胞分化的概念，明確細胞分化與個體發(fā)育的關系。討論細胞分化異常(如細胞癌變)的成因、預防和治療等相關問題，并提出自己的健康生活方式。

活動2： 閱讀美國科學家斯圖爾德的胡蘿卜組培實驗、蝌蚪腸細胞核移植實驗和培育“多莉”羊等資料，總結影響細胞全能性表達的可能因素。小組合作提出利用細胞全能性尋求人類移植器官來源的可能途徑。

活動3： 課后查閱人類利用骨髓移植、干細胞技術等治療白血病的資料，課堂進行交流。

3.2.3 任務3認同細胞衰老與凋亡是自然的生理過程 情境：展示老年人的圖片，觀察老年人的體貌特征，如皺紋和老年斑等。提出問題： 老年人有哪些生理變化？人體為什么會衰老？

活動1： 估一估——一個人的一生大約有多少天，3千、3萬還是30萬天。畫一畫： 你的同桌80歲時的模樣。小組合作從細胞的成分、結構、功能等對細胞衰老的特征進行分析，歸納出衰老細胞的特征。

活動2： 閱讀細胞凋亡研究科學史相關資料。分析人體如何清除衰老細胞，理解細胞凋亡的意義，比較細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別。

活動3： 播放中央電視臺的關愛老年癡呆癥的一則公益廣告；展示我國老齡化人口的數(shù)據(jù)。通過角色扮演，討論人口老齡化帶來的問題以及我們的應對策略。

3.3 單元評價目標 本單元的評價目標包括： ①在“制作和觀察根尖細胞有絲分裂臨時裝片”活動時，能依據(jù)實驗量規(guī)熟練完成顯微鏡操作、臨時裝片制作等實驗步驟，如實記錄實驗結果和分析實驗結果，并能自行調整、設計實驗改進方案。需要具備科學探究的四級水平。②在學習“細胞的生命進程”時，能用模型、概念圖來解釋生命進程中發(fā)生的規(guī)律性變化，并對自己的現(xiàn)實生活問題作出決策。需要具備科學思維的四級水平。③在學完“細胞的生命進程”后，能初步運用結構與功能觀、物質與能量觀解釋有關生命現(xiàn)象，比較不同生命現(xiàn)象特征之間的差異。需要具備生命觀念的四級水平。④在學完“細胞的生命進程”后，能通過文獻調查、訪談等方法，針對本地的癌癥、人口老齡化、生物技術產(chǎn)品應用等社會熱點問題進行討論，提出自己的見解并加以評論，辨別偽科學、制定并踐行健康生活計劃。需要具備社會責任的四級水平。

單元整體教學設計是一種教學設計理念和策略，強調把一個主題或項目的單元教學內容作為一個整體，實施統(tǒng)一的教學目標、教學過程和教學評價，凸顯了學科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的長期性、滲透性和整體性等特點。單元教學設計有利于教師追求學科教學目標的有效設計和持續(xù)落實，而不拘泥于一個課時的內容來落實學科核心素養(yǎng)；有利于教師在具體單元中更好地確定該單元最有育人價值的教學目標，以教學情境、問題和活動為載體，為高中生物學學科核心素養(yǎng)的最終達成打下堅實的基礎。因此，單元整體教學設計是學科核心素養(yǎng)有效落實的重要手段，值得進一步在教學實踐中深入研究。