學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“發(fā)酵工程”為例

胡有紅

（江蘇省揚(yáng)州中學(xué) 江蘇揚(yáng)州 225009）

2014年3月，教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中指出：“把核心素養(yǎng)落實(shí)到學(xué)科教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生全面而有個(gè)性的發(fā)展?！薄镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)從屬于核心素養(yǎng)，這為學(xué)科課堂教學(xué)改革指明了方向。隨著課程改革的持續(xù)實(shí)踐探索，單元教學(xué)設(shè)計(jì)被認(rèn)為可以為學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展提供良好平臺(tái)。

1 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵闡釋

1.1 高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)

高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)是以單元為單位進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)，既是課程開發(fā)的基礎(chǔ)單位，也是課時(shí)開發(fā)的背景條件。具體來說，高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)思維的指導(dǎo)下，基于對(duì)教材內(nèi)容的整體思考，根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求和學(xué)生發(fā)展的需求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容所做的整體規(guī)劃，在該規(guī)劃藍(lán)圖指導(dǎo)下編制單元目標(biāo)和課時(shí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)連續(xù)的課時(shí)教學(xué)方案，開展過程性評(píng)價(jià)等，較好地將碎片化的知識(shí)通過重組和統(tǒng)整，形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，避免了學(xué)生的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閱栴}的主動(dòng)探究者，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。

1.2 生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是統(tǒng)整性的素養(yǎng)，是學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力。學(xué)科核心素養(yǎng)是核心素養(yǎng)在學(xué)科層面的具體化，是學(xué)科本質(zhì)和教育價(jià)值的體現(xiàn)，其源自學(xué)科的本質(zhì)、性質(zhì)、特點(diǎn)、功能和任務(wù)，是學(xué)科教育的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸進(jìn)階發(fā)展的，需要“隨風(fēng)潛入夜，潤物細(xì)無聲”的浸潤過程。高中階段的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的問題時(shí)表現(xiàn)出來的價(jià)值觀念、必備品質(zhì)與關(guān)鍵能力，包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任4個(gè)方面。學(xué)生在單元整體學(xué)習(xí)活動(dòng)中，通過探究實(shí)踐主動(dòng)學(xué)習(xí)，促進(jìn)科學(xué)思維、科學(xué)探究等學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，也促進(jìn)生命觀念、社會(huì)責(zé)任學(xué)科素養(yǎng)的達(dá)成。

1.3 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)

如果將生物學(xué)教學(xué)比喻成一棵樹，則樹根是核心素養(yǎng)，是樹成長的基礎(chǔ)；樹干是單元設(shè)計(jì)，具有整體性；樹枝是課時(shí)教學(xué)，始終圍繞著樹干生長。因此，學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)不是將單元內(nèi)知識(shí)或單一課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容簡單堆疊，而是具有以下方面的超越：①高中生物學(xué)單元教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)著眼于學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。單元教學(xué)設(shè)計(jì)從《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求和學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的需求出發(fā)，有助于實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)這一上位課程目標(biāo)轉(zhuǎn)化和對(duì)接為具體教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)目標(biāo)。②單元教學(xué)在大情境的引領(lǐng)下，將教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、整合，關(guān)注知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)并實(shí)施單元整體教學(xué)，評(píng)價(jià)貫穿于教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)教-學(xué)-評(píng)一體化。③教師要引領(lǐng)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)體系，給學(xué)生創(chuàng)造足夠的空間，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)大概念，培養(yǎng)學(xué)生綜合思維能力，使學(xué)科核心素養(yǎng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)階。具體實(shí)施路徑如圖1所示。

圖1 單元教學(xué)設(shè)計(jì)路徑

2 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐探索

下面以蘇教版《選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》中“發(fā)酵工程”內(nèi)容為例，探索單元教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.1 聚焦生物學(xué)大概念，整合優(yōu)化單元學(xué)習(xí)內(nèi)容

“發(fā)酵工程”內(nèi)容既是對(duì)必修內(nèi)容“細(xì)胞呼吸”的擴(kuò)展和應(yīng)用，也是對(duì)生物技術(shù)和工程的認(rèn)識(shí)和理解，更偏重于實(shí)際應(yīng)用。此部分內(nèi)容聚焦核心概念“發(fā)酵工程利用微生物的特定功能規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品”，包括2個(gè)次位概念：“獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是發(fā)酵工程的基礎(chǔ)”和“發(fā)酵工程為人類提供多樣的生物產(chǎn)品”。本單元學(xué)習(xí)內(nèi)容從“傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)”入手，沿著科技探索歷程，逐步進(jìn)入“現(xiàn)代發(fā)酵工程”，現(xiàn)代發(fā)酵工程從基礎(chǔ)、過程、應(yīng)用3個(gè)方面展開教學(xué)，學(xué)生對(duì)比傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與現(xiàn)代發(fā)酵工程的異同點(diǎn)和聯(lián)系，通過“邊做邊學(xué)”“走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”等活動(dòng)，提升實(shí)踐操作能力。因此，本單元知識(shí)結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建如圖2所示。

圖2 單元知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

2.2 指向發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

①針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作，結(jié)合發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的實(shí)例，通過調(diào)查、討論、實(shí)驗(yàn)等科學(xué)探究活動(dòng)，闡述傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程的異同，培養(yǎng)對(duì)比與分析、遷移和歸納等思維能力。

②在理解利用不同培養(yǎng)基可分離純化、培養(yǎng)不同微生物且不同微生物合成產(chǎn)物不同的基礎(chǔ)上，形成物質(zhì)與能量觀等生命觀念，并根據(jù)不同微生物的特點(diǎn)，解釋農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的相關(guān)現(xiàn)象。

③基于微生物生長和合成產(chǎn)物的特性，能運(yùn)用歸納、概括和推理等科學(xué)思維方法，分析自然發(fā)酵和發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的條件，闡釋工程技術(shù)和微生物發(fā)酵有機(jī)結(jié)合的內(nèi)涵，建立技術(shù)思維和工程思維。

④主動(dòng)關(guān)注農(nóng)業(yè)、工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的公共問題，運(yùn)用發(fā)酵工程原理，提出解決問題的方法或建議，認(rèn)同科學(xué)、技術(shù)與工程的聯(lián)系，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

2.3 基于單元整體知識(shí)體系和學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)施課時(shí)教與學(xué)

學(xué)科核心素養(yǎng)視域下的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)是以達(dá)成單元整體學(xué)習(xí)目標(biāo)為指向，落腳在課時(shí)教學(xué)，因此教師重構(gòu)單元整體內(nèi)容后，還需要再分成若干課時(shí)，每一課時(shí)均圍繞情境提出問題，開展活動(dòng)，完成任務(wù)。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、合作交流、探究實(shí)踐等活動(dòng)，獲取知識(shí)、發(fā)展思維、提升素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)思維和素養(yǎng)的連續(xù)性和進(jìn)階性螺旋上升。

2.3.1 課時(shí)1：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和產(chǎn)品

教師聯(lián)系傳統(tǒng)文化有關(guān)酒的詩句“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催”“蘭陵美酒郁金香，玉碗盛來琥珀光”創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課：葡萄酒制作所需的菌種主要是什么？釀造過程中如何防止雜菌污染？日常生活中還有哪些食品是通過自然發(fā)酵制作的？制作中所用的微生物是否相同？

學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)果酒和果醋制作的原理，并列表對(duì)比兩者的異同點(diǎn)；課后開展實(shí)踐，嘗試制作果酒和果醋。同時(shí)，學(xué)生分小組，開展研究性學(xué)習(xí)“調(diào)查身邊的發(fā)酵產(chǎn)品”。小組代表在全班進(jìn)行交流，分析、歸納、總結(jié)利用傳統(tǒng)發(fā)酵制作的產(chǎn)品，以及與利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品有何不同。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用傳統(tǒng)文化詩句導(dǎo)入新課，既能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又能有機(jī)融合科學(xué)思維和人文素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)品，如果酒、果醋、泡菜、酸奶等的調(diào)查，學(xué)生能認(rèn)識(shí)到發(fā)酵技術(shù)與日常生活緊密聯(lián)系，樹立學(xué)以致用的觀念。

2.3.2 課時(shí)2：發(fā)酵工程的無菌技術(shù)

教師聯(lián)系學(xué)生的生活，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：為防止新冠病毒傳播和感染，核酸檢測(cè)成為一種重要措施。醫(yī)生在采樣前后都會(huì)噴酒精，對(duì)手部和桌面進(jìn)行消毒。和核酸檢測(cè)時(shí)消毒一樣，各種發(fā)酵工程所用的器具和設(shè)備也要滅菌，以保證發(fā)酵工程所需的無菌條件。那么，消毒和滅菌的條件和結(jié)果分別是什么？常用的方法又有哪些？具體是如何進(jìn)行滅菌和消毒的？

學(xué)生自主學(xué)習(xí)課本有關(guān)消毒和滅菌的內(nèi)容，并對(duì)比消毒和滅菌的條件和結(jié)果；在實(shí)驗(yàn)室觀察高壓蒸汽滅菌鍋的結(jié)構(gòu)，觀看視頻，學(xué)習(xí)具體的使用方法。

教師追問：在我們生活的環(huán)境中有很多微生物，有些微生物可能會(huì)使人患病，為防止疾病傳播和交叉感染，公共場(chǎng)所和家庭常會(huì)采取一定措施進(jìn)行消毒或滅菌。通過調(diào)查和查閱資料，列舉公共場(chǎng)所和家庭中常見的消毒或滅菌的方法，并嘗試解釋這些措施的原理。

設(shè)計(jì)意圖：核酸檢測(cè)的案例可以使學(xué)生明白無菌和消毒在日常生活及醫(yī)學(xué)中的重要性。在高壓蒸汽滅菌的學(xué)習(xí)過程中，教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全性教育。為防止疾病傳播和交叉感染，學(xué)生通過調(diào)查和查閱資料，了解一些常見的消毒或滅菌的方法，樹立了健康生活的觀念，培養(yǎng)了社會(huì)責(zé)任感。

2.3.3 課時(shí)3：發(fā)酵工程的培養(yǎng)基

教師提供資料：微生物需要從生活環(huán)境中獲取各種營養(yǎng)物質(zhì)，以維持自身的生命活動(dòng)。微生物的代謝方式不同，因此對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的需求會(huì)有差異。在培養(yǎng)微生物時(shí)，可以根據(jù)微生物生長繁殖和代謝的需要，將各種營養(yǎng)物質(zhì)混合在一起，配制培養(yǎng)基。并提出問題：培養(yǎng)基的基本成分和特殊成分有哪些？培養(yǎng)基按照物理性質(zhì)、功能或成分來源等分類，分別有哪些類型？在實(shí)驗(yàn)中，配制培養(yǎng)基的活動(dòng)程序是什么？培養(yǎng)基配制后為什么要立即進(jìn)行滅菌？已滅菌的培養(yǎng)基如何進(jìn)行無菌檢查？

學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究——配制馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基，明確實(shí)驗(yàn)探究的目的要求和活動(dòng)程序。在動(dòng)手實(shí)踐的基礎(chǔ)上，師生共同分析培養(yǎng)基的基本成分、特殊成分，并按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，明確培養(yǎng)基的類型。

設(shè)計(jì)意圖：通過配制馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基，學(xué)生對(duì)培養(yǎng)基有直觀體驗(yàn)，從而將枯燥的知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為真實(shí)的實(shí)踐過程，所學(xué)知識(shí)有體驗(yàn)性和生動(dòng)性，并為接下來學(xué)習(xí)培養(yǎng)基的分類等知識(shí)奠定基礎(chǔ)。

2.3.4 課時(shí)4：微生物分離和純化的常用方法

教師聯(lián)系學(xué)生的日常生活，引導(dǎo)學(xué)生思考：夏天，有3位同學(xué)相約去吃冰激凌。之后，兩人都出現(xiàn)腹瀉現(xiàn)象，于是他們懷疑冰激凌中的大腸桿菌含量超標(biāo)。請(qǐng)思考檢測(cè)此冰激凌中大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)思路。在實(shí)驗(yàn)中獲得了目標(biāo)微生物的純培養(yǎng)物，如果需要保留至以后使用，應(yīng)該如何保存？如果不需要保留，應(yīng)該如何處理？

學(xué)生自主閱讀課本，學(xué)習(xí)平板劃線法和稀釋涂布平板法，然后動(dòng)手操作大腸桿菌的分離和純化。小組合作討論，利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)檢測(cè)冰激凌中大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行交流、評(píng)估，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和批判性思維，使學(xué)習(xí)由知識(shí)本位轉(zhuǎn)向知識(shí)本質(zhì)，提升探究能力、發(fā)展科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

2.3.5 課時(shí)5：發(fā)酵工程的應(yīng)用

教師創(chuàng)設(shè)情境，提出問題：我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，工業(yè)化生產(chǎn)流程包括主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。發(fā)酵工程的主要流程有哪些？發(fā)酵工程在多個(gè)領(lǐng)域服務(wù)于人類的生活，創(chuàng)造出極大的價(jià)值，請(qǐng)查閱資料，班級(jí)匯總后探討交流。

學(xué)生小組討論，思考以下問題：微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)，需要考慮哪些因素？怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？并查閱資料，在班級(jí)交流發(fā)酵工程在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。

設(shè)計(jì)意圖：教師創(chuàng)設(shè)情境，鼓勵(lì)學(xué)生探索與生活實(shí)踐相關(guān)的產(chǎn)品其生產(chǎn)原理，激發(fā)學(xué)生探索的欲望，將課堂的被動(dòng)接受學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為積極主動(dòng)參與，通過實(shí)踐、查閱資料，培養(yǎng)學(xué)生搜集、整理資料的能力，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的進(jìn)階。

2.4 基于學(xué)生的課堂表現(xiàn)、作品或成果，實(shí)施教-學(xué)-評(píng)一體化

在實(shí)施單元學(xué)習(xí)過程中，評(píng)價(jià)是不可或缺的。評(píng)價(jià)的主體可以是教師、學(xué)生和家長，既有終結(jié)性評(píng)價(jià)，也有過程性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的方式有習(xí)題考查、有作品展示、有成果匯報(bào)……例如，在配制馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn)中，教師可從操作的規(guī)范性和安全性、勞動(dòng)的參與性和積極性、小組合作的氛圍、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫等方面及時(shí)給予點(diǎn)評(píng)，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 學(xué)科核心素養(yǎng)視域下高中生物學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)的價(jià)值意蘊(yùn)

3.1 促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

學(xué)科知識(shí)應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)的、整體的，而非碎片式的，因此學(xué)生學(xué)習(xí)不能停留在記憶一些零散的學(xué)科事實(shí)層面，而應(yīng)通過單元整體學(xué)習(xí)，突破單一課時(shí)的局限，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的連貫性，在大概念的統(tǒng)攝下，對(duì)事實(shí)進(jìn)行抽象和概括，主動(dòng)參與概念和知識(shí)框架的意義建構(gòu)。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生更接近知識(shí)本質(zhì)和智慧內(nèi)核，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。教師引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，順利地從一個(gè)情境遷移到另一個(gè)新情境，解決未知的新問題。

3.2 發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)是新課程的目標(biāo)追求，是課程改革的核心，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)是為學(xué)生適應(yīng)未來生活，解決現(xiàn)實(shí)世界問題，勇?lián)鐣?huì)職責(zé)奠定基礎(chǔ)。懷特海曾說：“當(dāng)一個(gè)人把在學(xué)校學(xué)到的知識(shí)忘掉，剩下的就是教育?！币虼?，課堂教學(xué)要以人為本，關(guān)注學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展，讓課堂教學(xué)成為學(xué)生成長之路的動(dòng)力源。教師利用單元整體教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知、情感和道德的整體發(fā)展，促進(jìn)課程向?qū)W生的世界回歸，以人的發(fā)展為導(dǎo)向，確保學(xué)生擁有完整的情感體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。

3.3 提升教師專業(yè)能力

開展單元整體教學(xué)對(duì)教師的專業(yè)素養(yǎng)有一定的挑戰(zhàn)性，尤其新教師對(duì)教材內(nèi)容不夠熟練，在實(shí)施單元教學(xué)時(shí)會(huì)有一定的困難。這時(shí)，需要有經(jīng)驗(yàn)的教師帶領(lǐng)，發(fā)揮備課組、教研組的力量，甚至跨區(qū)域合作，共研共享，通過教研活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)解構(gòu)、重構(gòu)、再升華。主題的確定也至關(guān)重要，一旦確定，將統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)單元的教學(xué)。教師確定主題時(shí)，要切合學(xué)生生活實(shí)際和未來發(fā)展需要，關(guān)注學(xué)生感興趣的話題，關(guān)注學(xué)生的參與性、開放性和啟發(fā)性，且便于實(shí)施探究活動(dòng)，便于發(fā)展學(xué)生成長型思維。