素養導向的高中生物學單元教學設計例析

梁悅　陳剛

關鍵詞：核心素養；高中生物學；單元教學設計

文章編號：1003-7586（2024）01-0029-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》基于“少而精”的原則篩選了10個生物學大概念來統領全部必修和選擇性必修的課程內容?；诖蟾拍?，以單元教學為教學設計的基本單位，能有效指向生物學學科核心素養的發展。本單元教學設計案例分析以大概念2為基礎，主要闡釋了細胞為了更好地生活和增殖，需要具備的物質和能量基礎。

1內容分析

復習課的教學圍繞重要概念——“物質通過被動運輸、主動運輸等方式進出細胞，以維持細胞的正常代謝活動”進行學習，學生需要掌握細胞為了進行正常的生命活動，所需要的物質和不需要的物質是如何進入或排出細胞的?；诖酥匾拍?，教師從中提煉出本單元的主題——“物質進出細胞的方式”。在此重要概念下有三個次位概念，可以總結概括為：細胞膜的功能特點和具體體現。通過對不同物質進出細胞方式的比較，對細胞膜功能特性進行具體闡述。

復習課教學中，教師不宜采取傳統的講授法，學生對知識點的掌握也不應停留于教師對知識點的詳細講解。教師可以通過創造情境來引出一系列問題，讓學生自己進行活動探究分析，小組合作得出結論。深刻體現教師是活動的引導者，學生是活動的主體，這更加貼合如今高考選拔人才的標準。

2學習目標

（1）通過對滲透作用的實驗探究和實驗結果的分析，學生能夠根據已有條件，自己動手設計實驗，培養學生的科學探究的能力。

（2）通過對不同物質跨膜運輸的不同方式的比較，學生能夠總結概括出細胞膜的功能特性，建立結構與功能相適應的觀點。

（3）通過對同一物質跨膜運輸的不同方式的比較，學生能夠推測出影響物質運輸速率的因素，以及是如何影響的，培養學生的演繹與推理能力。

3設計思路

本單元教學設計案例圍繞大概念2下的重要概念1進行教學設計，共需學習3個次位概念，其中次位概念2和3都是對次位概念1的具體闡釋。高中生物學的特點就是概念多、知識點碎片化，傳統的“講授式”教學雖然能完成教學任務，但是學生容易出現對基礎概念不理解、無法將所學知識應用于真實情境等問題，因此本單元以“情境—問題—活動”為教學主線，通過一系列教學活動來幫助學生掌握“細胞膜具有選擇透過性”這一功能特性。本單元教學共分為3個課時，第一課時主要介紹植物細胞的質壁分離實驗和動物細胞的滲透現象，構建滲透裝置模型；第二課時主要探究水分如何進出細胞；第三課時主要探究蔗糖和一些大分子如何進出細胞，單元教學結構如圖1所示。

4學習過程

4.1創設情境

上述每個課時對應1個情境，具體如下所示。

情境1：教師播放江蘇揚州醬菜宣傳片。揚州醬菜至今已有一千多年的歷史，“三和四美”作為揚州醬菜的金字招牌，更是紅遍大江南北，“四美”的含義為鮮甜脆嫩。視頻具體介紹了醬菜的制作過程。教師進一步出示“三和糖醋蒜”的配料表，成分為蒜頭、飲用水、白砂糖、食醋、食鹽、檸檬酸、味精。

設計意圖：以“三和四美”醬菜作為情境導入，更加貼合真實生活。學生在日常生活中，對腌制醬菜的過程已有部分了解，更易獲得學生對本地傳統美食的認可，激發學習興趣。

情境2：教師展示資料：清代袁枚在《隨園食單》中詳細記載了泡菜的制作工藝，“腌冬菜黃芽菜，淡則味鮮，咸則味惡。然欲久放，則非鹽不可。常腌一大壇，三伏時開之……香美異常，色白如玉”。

設計意圖：從現代泡菜工藝開始講解到古代的泡菜制作過程，能夠了解中國文化的源遠流長和深厚底蘊，建立學生的家國情懷，同時與上一個情境形成整體教學。

情境3：教師展示資料：植物組織培養中MS培養基配料表，其中蔗糖濃度為30 g/L。

設計意圖：由于本節是復習課，學生在選擇性必修3中已學過植物組織培養，教師帶領學生復習MS培養基中的相關知識，從而完成知識的遷移與整合。

4.2明確問題

情境1的核心問題為：在醬菜腌制的過程中，可以明顯發現食物的體積變小，說明細胞失水，那么失水的過程有什么條件呢？

問題設計意圖：學生從以往經驗很容易得出植物通過滲透作用失水，但是對具體過程可能還存在疑問，從而引出植物細胞質壁分離與復原的探究實驗。

情境2的核心問題為：泡菜制作過程通過加鹽使泡菜失水，那么水分子通過什么方式進出細胞呢？

問題設計意圖：通過情境1學生對滲透現象有了具體的了解，從而進入到核心問題：物質跨膜運輸的方式。

情境3的核心問題為：植物組織培養培養基中添加蔗糖的目的是什么呢？蔗糖難道真的不能進入細胞嗎？

問題設計意圖：通過情境1和2的學習，學生能夠明確，蔗糖是不能進入植物細胞被吸收利用的，但是在植物組織培養中卻選擇蔗糖作為能源物質，引發學生思考，有利于學生科學思維中的批判性思維的發展。

4.3探究活動

活動1：教師展示成熟的植物細胞模式圖，學生首先明確原生質層的概念，然后播放具體實驗操作的視頻，學生仔細觀看，制作有關質壁分離與復原的學習資料卡，其中內容包括選材、選材特點。當外界溶液分別為蔗糖溶液和清水時，中央液泡大小、原生質層的位置和細胞大小的比較。在完成學習資料卡的制作后，教師為學生準備燒杯、漏斗、清水、不同濃度的蔗糖溶液、玻璃紙、紗布，同時講解所需制作的滲透裝置：在燒杯中裝有清水，漏斗中裝有蔗糖溶液，漏斗口用玻璃紙或紗布密封。要求學生小組合作，設計探究不同條件下燒杯和漏斗的液面升降的實驗。經過小組實驗合作探究，共同繪制并完成表1。

學生通過實驗探究和不同小組間結論的比較，可以得出結論：當以玻璃紙密封時，漏斗液面會上升并且上升的高度與蔗糖濃度成正比；當以紗布密封時，燒杯和漏斗液面高低不會有變化。教師補充玻璃紙是一種半透膜，只允許特定的物質通過，從而引出滲透的概念。教師從而進一步提問：①玻璃紙相當于原生質層的哪個成分？發生滲透作用的條件是什么？②既然活的大蒜細胞不能吸收蔗糖分子，那么用食醋和蔗糖將鮮蒜腌制成糖醋蒜的原理是什么？通過動手實驗，大部分學生能夠回答出答案，如若不全，則需教師補充。

設計意圖：先讓學生觀看植物細胞質壁分離與復原的實驗視頻，教師從實驗材料、實驗操作、實驗結論等方面進行講解，學生自主完成學習資料卡的制作，鍛煉獨立解決問題的能力。在學生對滲透作用有簡單的了解后，學生自己設計實驗，從實驗裝置的組裝開始，到得出實驗結論，都由學生獨立完成。讓學生掌握實驗的具體操作過程，鍛煉了學生的主觀能動性，學生對知識點的掌握也更加全面深刻。學生在明確蔗糖分子不能進入細胞后，教師進一步提問糖醋蒜的腌制原理。學生通過滲透裝置的實驗可以得出：高濃度的蔗糖溶液會使細胞失水。所以如果蔗糖的濃度過高，就會使細胞滲透失水過多而死亡。同時醋酸也能殺死細胞。蒜細胞死亡后，細胞膜就失去了選擇透過性，和細胞壁一樣變成全透性，那么醋酸和蔗糖分子就可以穿過細胞膜和液泡膜進入細胞內，從而將鮮蒜腌制成糖醋蒜。這也證明了細胞膜具有選擇透過性是物質進出細胞的基礎。

活動2：教師展示資料：《隨園食單》中詳細記載了泡菜的制作過程，而鹽的作用就是讓細胞失水。教師明確被動運輸的概念：像水分子這樣以擴散進細胞的方式進出細胞，不消耗細胞內化學反應所釋放的能量的方式叫做被動運輸細胞內化學反應所釋放的。教師展示資料：自1988年美國科學家阿格雷，成功地將水通道蛋白分離出來，并因此榮獲2003年的諾貝爾化學獎后，人們才了解到水進出細胞的方式有兩種，且大部分水通過水通道蛋白運輸?；诖?，學生比較兩種運輸方式的異同及影響因素。

設計意圖：教師明確被動運輸的概念，學生能夠明確物質進出離不開細胞膜的流動鑲嵌模型，部分水分子進出需要膜上蛋白質的參與，從而歸納出自由擴散與協助擴散的區別及影響因素。從概念中可以得到物質濃度與擴散速率成正比，學生通過分析膜上蛋白質的特性，進一步得出擴散速率會受到膜轉運蛋白數量的限制，提高學生比較與分類、歸納與演繹的科學思維能力。

活動3：在探究植物細胞質壁分離的實驗時，選用0.3 g/mL的蔗糖溶液。由于蔗糖是二糖不能進入細胞，所以質壁分離后不會復原，而在植物組織培養中卻要加入蔗糖。學生通過回憶可以想到加入蔗糖的目的是提供碳源和能源，并且可以維持滲透壓。學生提出問題：既然蔗糖能作為碳源提供能量，難道植物可以吸收蔗糖？教師展示資料：植物細胞可以通過圖2所示的蔗糖-H+同向運輸器吸收蔗糖分子，并提出問題：蔗糖分子由細胞外進入細胞內的運輸方式為什么？判斷依據是什么？學生通過圖片可以分析出：細胞外蔗糖濃度低，細胞內蔗糖濃度高，蔗糖由低濃度向高濃度運輸，即逆濃度梯度，同時需要膜上載體蛋白的參與，所以一定是主動運輸。

教師進一步提問：驅動蔗糖進入細胞的能量來自什么？一部分學生能夠回答出消耗的是H+提供的電化學勢能。教師帶領學生分析比較質壁分離的蔗糖濃度和培養基的蔗糖濃度，發現植物組織培養基中的蔗糖濃度一般為3%，質壁分離中選用的濃度達到30%，幾乎是植物組織培養的10倍，所以雖然植物細胞能夠吸收蔗糖，但吸收速度較慢，故短時間內仍表現為質壁分離的現象。

設計意圖：通過活動1學生能明確蔗糖不能透過細胞膜，此時教師提問MS培養基中蔗糖的作用，引起學生思考，有利于學生批判性思維的培養。教師進一步講解蔗糖進入細胞的示意圖，學生能夠明確主動運輸需要消耗能量，但是提到能量，學生就默認是ATP，這就是教師需要糾正的一個前科學概念。如圖2所示，H+逆濃度梯度出細胞依靠的是ATP供能，而蔗糖進細胞是依靠細胞內外H+濃度差形成的電化學勢能。這樣學生可以總結概括出主動運輸共分為兩類：一種是ATP直接供能的主動運輸，另一種是ATP間接供能的主動運輸。從而提升了學生的歸納與概括的能力。

教師最后補充說明：轉運蛋白雖然能夠幫助許多離子和小的分子通過細胞膜，但是對于像蛋白質和多糖這樣的生物大分子的運輸卻無能為力，所以在細胞的生命歷程中，還形成了一種方式——胞吞、胞吐。在物質運輸的過程中，胞吞、胞吐是普遍存在的現象。

設計意圖：在學生掌握被動運輸和主動運輸后，教師及時進行補充說明，由于生物結構的多樣性，所以物質運輸方式也具有多樣性，這樣形成了一個完整的知識體系。

4.4達成評價

經過一系列的活動，單一零散的知識點被整合成連貫且有邏輯的知識結構體系，學生在活動中逐步掌握了次位概念。最后教師通過分發如表2的單元教學評價量表對學生在本單元中的活動進行評價。通過從“學習態度、參與情況、自主探究、合作交流”四個維度來判斷學生在本單元教學過程中的參與情況，以分析學生對知識點的掌握情況，從而有利于教師對掌握程度差的學生進行進一步輔導。

5教學反思

高三年級的復習課需要凸顯知識結構整體性，強調思維進階性，增強學習有效性，因此可設置一個大主題情境以有效達到教學目的。本單元教學設計基于大概念，從真實的情境出發，構建一系列活動和問題串，將被動運輸與主動運輸聯系起來進行教學，打破碎片化學習，更注重知識之間的聯系。整體進行教學更有利于學生整合知識，構建知識的整體框架，同時情境設置貼近真實生活，問題有效驅動教學活動展開，多種活動培養科學思維，評價目標貼合生活實際，都能達成提高學生的核心素養的單元教學目標。由于課堂教學聯系緊密，需要學生對上一個知識點充分掌握才能對下一活動進行學習，所以教師需要掌握好教學進度，既要留有充分時間供學生思考合作探究，也要按時完成課時任務。