聚焦大概念：高中生物學單元教學的主題選擇與活動設計

文∣李婷 龔奇鋒 連圣強

《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(簡稱“課程標準”)明確提出“學習主題為框架”“教學過程重實踐”等課程理念。教師應當在有價值的學習主題下，設計系統的、重視學生參與和實踐的教學活動，提升學生核心素養。開展基于課程標準的單元教學，是落實“學習主題為框架”“教學過程重實踐”等課程理念的重要途徑。

教學主題選擇以及圍繞課程的活動設計在單元教學的開展中尤為重要。理想的教學過程中，學生要在教師的引領下，圍繞具有挑戰性的學習主題，從生命觀念的視角，學習生物學科的核心知識，提升科學探究、創新思維、科學態度和社會責任等生物學科核心素養，解決綜合復雜的問題。[1]

一、高中生物學單元教學主題選擇的原則

(一)選題聚焦大概念

單元教學設計是在系統的視域下審視教材，探尋互為補充的教材與教學之間的內在關聯，將每一節的內容由點貫穿成面，進而形成大單元“線”的設計。[2]學科大概念是反映本質的、相對穩定的、有共識性和統領性的核心觀點，是學科知識技能通向學科核心素養的階梯，可以為生物學科核心素養的提升指明方向，也是學科核心素養嵌入具體內容的固定點，可以整合生物學知識，形成具有邏輯的體系。生物學單元教學主題的選擇應該聚焦大概念。以生物與環境模塊為例，該模塊包含種群和群落、生態系統、環境保護等內容，可聚焦種群、群落、生態系統等幾個大概念確定教學主題。

(二)選題注重各級概念的關聯

傳統教學注重“一課一得”，每節課只完成本課的教學目標，這種教學不利于知識的體系化。例如高中生物學中“種群”的大概念為“不同種群的生物在長期適應環境和彼此相互適應的過程中形成動態的生物群落”，關聯著三個關于種群的重要概念，基于此可進行如下教學設計：(1)列舉種群的種群密度、出生率和死亡率、遷入率和遷出率、年齡結構、性別比例等特征；(2)嘗試建立數學模型解釋種群的數量變動；(3)舉例說明陽光、溫度和水等非生物因素以及不同物種之間的相互作用都會影響生物的種群特征?；诜N群的大概念及其關聯的重要概念，可以把相應知識體系化，構建關于種群這一內容的知識體系。如果純粹按照“一課一得”的思路，那么種群的數量特征、種群數量的變化、影響種群數量變化的因素等知識點之間就難以建立聯系，從而造成教學內容的割裂。將大概念設置為單元主題后，可以把“一課一得”的教學目標整合起來，統一為一個大單元目標：“不同種群的生物在長期適應環境和彼此相互適應的過程中形成動態的生物群落”。由此可以有效形成有邏輯的上課體系，“點—面—線”鏈接在一起，引領學生朝著大概念的理解和核心素養的提升方向持續發展。

(三)選題以學科核心素養為落腳點

生物學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。學生要通過學習形成科學的自然觀和世界觀，學會運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題，掌握科學探究的基本思路和方法，并能夠基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，解決生產生活問題。教師選擇大單元主題時，要考慮生物學科學習過程中所關聯的價值觀念、必備品格與關鍵能力，以學科核心素養為落腳點。

以“生物與環境”模塊為例，該模塊選取有關生物與環境的知識，有助于學生理解生命活動的本質，了解系統分析的思想和方法，為學生樹立人與自然和諧發展的觀念，形成生存意識、環保意識，踐行綠色低碳生活方式奠定基礎。教師確定大單元主題時，就可以考慮落實生命觀念、社會責任等核心素養，為學生繼續學習和走向社會打下認識和實踐的基礎。

二、聚焦大概念下高中生物學單元教學主題選擇的方法和路徑

(一)高中生物學單元教學主題選擇的方法

單元教學主題選擇聚焦大概念，那么教師在選擇主題的時候就需要研究課程標準，從知識模塊入手，找出大概念，以及大概念下包含的重要概念和次位概念，并根據大概念、重要概念、次位概念之間的邏輯梯度，確定單元內容。在此基礎上，進一步關注重要概念之間與次位概念之間的橫向聯系，將其重組融合并全部指向大概念，梳理概念之間的聯系，得出本單元教學的主題及框架。

如人教版選擇性必修1“穩態與調節”模塊的概念1“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”，包含了6個重要概念和23個次位概念。6個重要概念之間的共同聯系在于它們都圍繞一個核心觀念開展。概念1下的重要概念“1.1內環境為機體細胞提供適宜的生存環境，機體細胞通過內環境與外界環境進行物質交換”和“1.2內環境的變化會引發機體的自動調節，以維持內環境的穩態”之間有著橫向聯系。內環境為機體細胞提供適宜的生存環境，機體細胞通過內環境與外界環境進行物質交換，其中包含了機體細胞生活在內環境中的前提條件，而機體也通過呼吸、消化、循環、泌尿等系統參與了內外環境之間的物質交換。在這個過程中，內環境會發生相應的變化，引起自身的自動調節，如可以通過對血糖、體溫、pH和滲透壓的調節來保持內環境的相對穩定，各個機體不同的器官系統也會協調一致維持內環境穩態。這兩個重要概念都圍繞“內環境是細胞與外界環境物質交換的媒介”這一觀念展開，在此過程中內環境還會通過各器官系統維持內環境各項理化性質的穩定。由此可以引出一個核心問題：內環境穩態的內涵是什么？教師可以提煉這兩個重要概念所關聯的大概念“人體內環境與穩態”，以此作為單元教學的主題。(見圖1)

圖1 單元教學主題選擇的路徑示例

概念1下的重要概念“1.3神經系統能夠感知機體內、外環境的變化，并作出反應調控各器官、系統的活動，實現機體穩態”“1.4內分泌系統產生的多樣類型的激素，通過體液傳送而發揮調節作用，實現機體穩態”“1.5免疫系統能夠抵御病原體的侵襲，識別并清除機體內衰老、死亡或異常的細胞，實現機體穩態”之間也有著密切的橫向聯系。三個重要概念都指向一個核心問題：內環境穩態的調節如何進行？教師可以提煉這幾個概念關聯的大概念“人和動物保持穩態的調節機制”，以此作為單元教學的主題。

概念1下的重要概念“1.6植物生命活動受到多種因素的調節，其中最重要的是植物激素的調節”主要指向一個核心問題：植物生長素和其他植物激素是如何調節植物生命活動的？這一核心問題又指向大概念中的“植物激素調節”，教師可以此作為單元教學的主題。

(二)高中生物學單元教學主題選擇的路徑

在進行單元教學主題選擇時，教師可按照以下路徑來完成。單元主題的選擇聚焦了大概念，從各概念的關聯中找出核心問題，再由核心問題指向大概念，繼而確定單元教學的主題。

三、高中生物學單元教學的活動設計

(一)情境導學活動設計

著名教育家杜威在《我們怎樣思維》中指出：思維最主要的一個功能就是在新情境中解答問題，排除疑慮，整個思維的過程其實就是梳理、分析和解決問題的過程。換句話說就是人的思維始于疑問。運用情境，可以促進學生的思維訓練與知識應用。情境學習理論的哲學基礎是建構主義，強調知識是人在情境中與各種要素不斷互動、建構的過程和結果。[3]在大單元教學過程中，如果可以以問題情境主線開展教學活動，創建一個能夠貫穿整個單元教學始終的真實情境，以問題導學，將學生需要解決的問題信息包含在特定的問題情境中，就可以深化學生對不同層次概念的理解與遷移。[4]創設情境不難，但適當的情境不容易創設。教師如果只是零散地展示不同知識點所對應的情境素材，不僅很難幫助學生理解整個單元的學習內容，而且還會讓學生思維混亂、無所適從，無法把割裂的知識聯系并建構為整個單元的知識網絡。所以，如何創建一個貫穿整個單元始終的真實情境尤為重要。在新教材中，有很多貼合知識的真實情境，教師如果能用好教材中的情境，加以拓展，設置問題串，就可以很好地把一個單元的教學內容串聯起來，避免出現知識點散亂的現象。

仍以“種群”相關單元設計為例，在人教版選擇性必修2第1節“種群的數量特征”的問題探討部分，展示了2015年我國科學家在東北長白山脈北部地區共監測到東北豹42只這一真實情境，還分別統計了不同年齡段和不同性別的東北豹的數量。在教材中關于種群的內容中多次出現對東北豹的研究并提出相應問題。教師可以利用教材情境，增設大情境下的小情境，每個小情境對應相應的學習任務，借此整合單元知識，讓學生對大單元整體學習目標有直觀的理解。

情境及問題設置如下：

【課題1】走進東北豹“種群”

學生在做該題時、易錯點為：對5L不知如何處理、代數據時就是5L、不知道用把5L水的質量算出來、還有的學生就只算出水吸收的熱量。所以做題時、要認真審題、還要學會把前后知識連貫應用起來。

情境：長白山脈北部地區有東北豹，調查東北豹的種群數量。

問題：通過閱讀教材，理解樣方法、標志重捕法等幾種估算種群密度的方法，提出問題：(1)調查長白山脈的長白松和東北豹應分別使用哪種方法，理由是什么？(2)在調查過程中，有哪些注意事項？

【課題2】東北豹家族的變遷

情境：幾十年前，東北地區廣袤無邊的森林里，生活著許多東北豹，后來人類活動增多，影響了東北豹的生存情況。

問題：根據任務，設置情境，提出問題：(1)為什么東北豹在人為保護的措施下種群數量仍不能迅速增長？(2)我國東北地區森林在人類采伐林木、墾荒種地、建設鐵路后數量減少，而近些年國家全面禁止天然林商業性采伐，建立自然保護區，種群數量持續增多，這與什么有關呢？(3)科學家對東北豹雌雄個體數目和各年齡段個體數目進行研究有什么意義呢？

情境：東北豹生活的長白山脈有51種外來物種，其中危害性較強的有稻水象甲、美洲斑潛蠅、日本松干蚧、栗山天牛、菜豆象、松針紅斑病菌。它們傳播和擴散的速度很快。

問題：(1)外來物種的種群數量增長的形式可用什么曲線表示？理由是什么？(2)如何利用曲線探討外來物種入侵的治理情況？

【課題4】給東北豹一個安逸的家

情境：東北豹在廣袤無邊的森林里生活，但森林的資源和空間是有限的。

問題：(1)東北豹生活的長白山脈環境中資源空間有限，東北豹的種群數量增長的形式可用什么曲線表示？(2)根據曲線分析，如何提高東北豹的種群環境容納量？對瀕危物種的保護應該如何進行？

【課題5】東北豹的“家園”

情境：東北豹生活的長白山脈有很多種群，它們的種群數量總在波動中，東北豹也如是。東北豹生活的森林中，植物種群數量在不同時期都有不同的變化。

問題：(1)森林中的動植物受到哪些非生物因素的影響？(2)種群內部生物之間是否相互影響？(3)種群數量是否受到其他生物種群的影響？

教師可以以情境問題為主線，引導學生完成一個單元的學習過程。學生逐步建立單元概念學習網絡，將單元內的相關概念串起來，對概念進行深度的理解，可以有效促進科學思維和問題解決能力的提高。

(二)建模教學活動設計

“模型與建?！笔钦J識事物本質屬性和相互關系的科學方法，能夠有效揭示事物的本質、特征或規律，使復雜抽象的內容形象化、具體化，幫助學生描述、解釋科學現象或預測發展趨勢。[5]課程標準和教材都把模型建構作為高中生物學考查的內容之一。大單元教學中，建構單元模型有助于學生將對知識抽象的理解通過圖畫、圖表等形象的方式進行表達，加深對科學概念的理解。學生厘清復雜內容的內在邏輯關系，圍繞科學問題構建模型，有助于學生在科學思維和科學探究等方面得到較好的發展。[6]

學生的學習與科學家的研究都是探索未知的認識過程，當學生或科學家面對一個客觀的物質現象或過程時，復雜的組成因素使他們難以把握其本質和規律。在這個過程中，可以通過建構模型，吸收主要因素，忽略對象系統中的非本質因素，從而將復雜的物質現象和過程進行抽象的概括和簡化，進而可以通過圖畫、圖表等具體直觀的形式進行形象化表征。因此，通過對物質現象和過程構建模型，可以增進人們對其本質的理解和認識。學生可以自主構建模型來進行探究學習，也可以直接使用科學家們發展成熟的模型進行科學解釋。在科學發展的歷程中，科學家不斷構建、應用和修正模型，發展了很多在當時歷史條件下得到廣泛科學共識的模型，從而使科學模型成為科學知識的一種類型。教師在教學過程中，可根據學生的理解水平將科學模型進行適當調整作為教學內容，幫助學生理解物質現象和過程。[7]這主要是為了將已知的概念進行具體化，所建立的模型不是為了揭示一個科學現象，而是通過構建模型的過程來再現課本的知識，幫助學生加深對概念認識和理解，并體驗具體化的模型的作用。[8]

例如在“細胞增殖”專題中，學生可以建構“有絲分裂的模型”，從已知的知識入手，通過染色體和DNA的變化連接整個有絲分裂的過程，這里教師可以使用物理模型的方式引導學生理解有絲分裂這一科學現象。學生也可以通過繪制曲線，構建數學模型，理解變化過程。學生在之后的學習中還可以構建“有絲分裂和減數分裂的區別的模型”，模型和模型之間還可以建立聯系，構建單元大概念模型。將物理、數學、概念三種以上的模型應用到教學中，可以更好地幫助學生體驗知識的建構過程。在建構模型的過程中，教師可以通過一些作業活動，讓學生不斷應用模型，也可以對模型進行修正，增進學生對知識本質的理解。[9]

(三)指向學科核心素養的項目化學習活動設計

項目化學習以真實生活中的問題作為任務驅動，引導學生在項目式活動中通過調查研究、設計方案、探究實踐、發明創造、自我修正等項目流程的探究學習，實現知識的自主習得，探究實踐和科學思維核心素養的達成。學生在綜合運用知識提升能力和素養的同時，實現從“解題”到“解決問題”的提升，是大單元項目化學習的核心價值。[10]

教師可以把單元的教學內容轉化為一個學科的項目化學習活動，通過一系列學習探究的過程，組織學生在解決問題的過程中主動構建知識，最終落實核心素養的發展。也可以進行跨學科教學，打破單一學科界限，指導學生利用其他學科知識和經驗解決生物學科問題，加深學生對知識的理解，拓展學生思維，提高課堂教學效率。

四、結語

綜上，高中生物大單元教學中，教師要關注單元教學主題的選擇，不要拘泥于課本順序。根據大概念劃分的主題會讓學生更容易厘清概念之間的邏輯關系，實現大概念單元教學的目標。而在選擇的主題下，設計合適的學習活動也非常重要。在聚焦大概念的教學思路下，建構概念學習模型，并利用大情境設計以大單元為單位的項目化學習活動，都可以有效關聯各個概念，真正提升學生的科學思維。