王 悅 郭 睿 呂宏娟

（清華大學(xué)附屬中學(xué)奧森校區(qū) 北京 100101）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）明確了高中階段的生物學(xué)教學(xué)要以發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，內(nèi)容聚焦大概念，倡導(dǎo)單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)，組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，重視信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)[1]。單元整體教學(xué)有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成“少而精”的大概念，設(shè)計(jì)針對(duì)核心概念的問題情境，有助于提高單元整體教學(xué)的有效性。筆者針對(duì)人教版必修1第4 單元“細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”的教學(xué)單元，嘗試師生合作完成單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的教學(xué)過程中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解和形成結(jié)構(gòu)化的概念體系，提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 單元教學(xué)內(nèi)容分析

“細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”屬于必修1 第4章，在學(xué)習(xí)了細(xì)胞的化學(xué)組成和基本結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)之后，開始學(xué)習(xí)細(xì)胞代謝。生物進(jìn)化過程中最重大的事件之一就是細(xì)胞膜的出現(xiàn)，它使細(xì)胞成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，并控制物質(zhì)的進(jìn)、出。細(xì)胞膜的選擇透過性是細(xì)胞維持生命活動(dòng)和自身穩(wěn)定的基礎(chǔ)。本單元要解決的核心問題包括：物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞的方式，細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞的功能與其結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。本單元包括2節(jié)，第1 節(jié)是被動(dòng)運(yùn)輸，第2 節(jié)是主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞、胞吐。教學(xué)內(nèi)容按照從宏觀到微觀，從現(xiàn)象到原理，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從熟悉的水分子進(jìn)、出細(xì)胞到各種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)捻樞蚓幣?，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生從水分子進(jìn)、出細(xì)胞的方式開始，學(xué)習(xí)細(xì)胞的滲透作用，首先，通過滲透裝置觀察滲透現(xiàn)象，理解滲透原理，歸納滲透條件，隨后，通過植物細(xì)胞吸水和失水的探究實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)細(xì)胞也相當(dāng)于一個(gè)滲透裝置，在特定條件下進(jìn)行水分交換。通過充分的感性認(rèn)識(shí)激發(fā)理性思維，為后續(xù)學(xué)習(xí)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式奠定基礎(chǔ)。

物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式分為“被動(dòng)運(yùn)輸方式”和“主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐”2 個(gè)部分。教材通過豐富的實(shí)例說明一些物質(zhì)通過自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散等被動(dòng)運(yùn)輸方式順濃度梯度進(jìn)、出細(xì)胞，有些需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助，均不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量。而另一些物質(zhì)通過主動(dòng)運(yùn)輸或胞吞、胞吐方式，需要細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量。比較各種不同跨膜運(yùn)輸方式與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，總結(jié)歸納細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，初步建立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀的生命觀念。植物細(xì)胞吸水與失水的實(shí)驗(yàn)探究和水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)、囊性纖維病等疾病的資料，為發(fā)展科學(xué)探究，培養(yǎng)科學(xué)思維，落實(shí)社會(huì)責(zé)任提供了良好素材。

2 本單元概念梳理及單元教學(xué)目標(biāo)確定

對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的與本單元有關(guān)的大概念、重要概念及一般概念進(jìn)行梳理，并將教材及補(bǔ)充的事實(shí)性支持材料進(jìn)行整理，呈現(xiàn)如下概念形成結(jié)構(gòu)圖（圖1）。本單元的概念學(xué)習(xí)任務(wù)是以事實(shí)與實(shí)例為支撐，構(gòu)建上述一般概念，并上升至重要概念2.1，重要概念2.1 即為本單元學(xué)生通過學(xué)習(xí)需要建立的核心概念。

圖1 單元內(nèi)容中各層級(jí)概念及生命觀念的逐級(jí)形成圖解

基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求及教材內(nèi)容的分析，確立本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1）生命觀念：①運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀，通過對(duì)不同物質(zhì)跨膜運(yùn)輸實(shí)例的分析，理解自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐等概念，說明細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)在物質(zhì)跨膜運(yùn)輸中的作用，即細(xì)胞膜具有選擇透過性；②通過探討小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的能量來源，初步形成物質(zhì)與能量觀；③通過拓展離子通道蛋白的種類，認(rèn)識(shí)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸與信息傳遞之間的關(guān)系，初步建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

2）科學(xué)探究：①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)、植物細(xì)胞的滲透作用，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、結(jié)果分析與交流的能力；②分析水通道蛋白發(fā)現(xiàn)史的資料，培養(yǎng)觀察、提問并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

3）科學(xué)思維：①將滲透裝置的物理模型用于動(dòng)、植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，分析滲透吸水原理，培養(yǎng)建模思維；②分析物質(zhì)進(jìn)、出人工膜和生物膜的坐標(biāo)曲線圖，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞存在不同方式及特點(diǎn)，培養(yǎng)分析與推理、歸納與概括能力；③繪制物質(zhì)運(yùn)輸速率與濃度差關(guān)系曲線，訓(xùn)練利用數(shù)學(xué)方法處理、解釋數(shù)據(jù)的技能；④對(duì)病毒借助特定受體入侵細(xì)胞提出創(chuàng)造性的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

4）社會(huì)責(zé)任：①閱讀囊性纖維病、新冠肺炎病毒入侵細(xì)胞等資料，理解生物學(xué)研究對(duì)疾病治療的推動(dòng)作用，關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問題；②了解我國科學(xué)家在膜蛋白與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)領(lǐng)域取得的成就，增強(qiáng)民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感。

3 單元問題情境設(shè)置及課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)

新課程倡導(dǎo)情境化教學(xué)，好的問題情境要指向本單元的核心概念，并串聯(lián)起本單元的所有概念，教學(xué)活動(dòng)的組織要圍繞解決單元大問題情境下的不同子問題展開[2]。問題情境還要盡量貼近學(xué)生的實(shí)際生活，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。設(shè)置本單元的問題情境為：人體內(nèi)的細(xì)胞怎樣與外界進(jìn)行物質(zhì)交換以維持代謝活動(dòng)的需要？并引入選擇性必修1“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”中內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與消化、呼吸、循環(huán)、泌尿系統(tǒng)的功能聯(lián)系示意圖，以相對(duì)直觀的形式呈現(xiàn)細(xì)胞與胞外物質(zhì)交換的方式（圖2）。

圖2 內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與消化、呼吸、循環(huán)、泌尿系統(tǒng)的功能聯(lián)系示意圖[3]

基于單元學(xué)習(xí)目標(biāo)和單元問題情境，分解本單元內(nèi)容在各課時(shí)中的細(xì)化目標(biāo)，并組織教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)課時(shí)目標(biāo)及單元目標(biāo)，設(shè)計(jì)每課時(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)的評(píng)價(jià)方案。本單元計(jì)劃用3 課時(shí)完成，第1 課時(shí)完成水分子進(jìn)、出細(xì)胞的實(shí)例分析及學(xué)生實(shí)驗(yàn)；第2 課時(shí)用2 節(jié)連堂課分別完成被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐的相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)，并進(jìn)行總結(jié)，形成對(duì)“細(xì)胞膜是選擇透過性膜”的認(rèn)識(shí)。本單元的課時(shí)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 “細(xì)胞的物質(zhì)輸入與輸出”單元設(shè)計(jì)導(dǎo)航圖

4 評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

4.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

1）推理與分析（科學(xué)思維）評(píng)價(jià)課堂討論：例如，動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞是否為滲透系統(tǒng)？分析比較不同物質(zhì)進(jìn)、出人工膜和生物膜的通透速率。

2）設(shè)計(jì)和實(shí)施探究方案（科學(xué)探究）：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案探究“植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)”，評(píng)價(jià)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告單。

3）歸納與概括（科學(xué)思維）：通過分析氣體、水、葡萄糖、鈉離子、鉀離子等物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞的實(shí)例，評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐等概念的歸納概括能力。

4）比較與分析（科學(xué)思維）：列表分析比較自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的異同、協(xié)助擴(kuò)散與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)漠愅?，評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂表現(xiàn)。

5）運(yùn)用概念在陌生情境中進(jìn)行科學(xué)解釋（結(jié)構(gòu)與功能觀）：閱讀燒苗現(xiàn)象、水通道蛋白的研究、囊性纖維病、新冠病毒成功入侵人體細(xì)胞等資料，評(píng)價(jià)學(xué)生分析討論的課堂表現(xiàn)。

4.2 評(píng)價(jià)工具及方式

1）通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告單、課堂觀察和iPad 輔助教學(xué)工具進(jìn)行課堂過程性評(píng)價(jià)。

2）課后作業(yè)及測(cè)驗(yàn)。觀察學(xué)生課堂表現(xiàn)和完成任務(wù)情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的課堂思維參與度較高，大部分學(xué)生成功完成了具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)并進(jìn)行全班范圍的交流與表達(dá)。

5 教學(xué)特色分析

本單元由宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)探尋分子進(jìn)、出細(xì)胞的微觀原理，在人體細(xì)胞如何與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的問題情境指引下，引導(dǎo)學(xué)生合作、探究，理解自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐等運(yùn)輸方式及對(duì)細(xì)胞和個(gè)體生命活動(dòng)的意義，在此基礎(chǔ)上理解細(xì)胞膜是選擇透過性膜，建立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念，具有如下特色：

1）教學(xué)目標(biāo)圍繞核心素養(yǎng)，落實(shí)大概念。本單元通過大量貼近生活的實(shí)例和事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生從大量事實(shí)中概括出抽象概念和原理，逐步生成各層級(jí)概念，關(guān)注概念之間的聯(lián)系，形成“少而精”的概念體系，逐步生成課堂板書（圖4）。教學(xué)過程中提供豐富的生物學(xué)實(shí)例，并引用真實(shí)科研數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)素材，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)證意識(shí)和科學(xué)探究能力，在葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及新冠病毒入侵細(xì)胞等新情境學(xué)習(xí)中滲透社會(huì)責(zé)任。

圖4 逐步生成的板書

2）創(chuàng)設(shè)問題情境，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的深度學(xué)習(xí)。本單元用人體細(xì)胞與胞外物質(zhì)交換示意圖營造單元問題情境，提供清晰的問題線索，單元整體邏輯性較強(qiáng)。基于生命系統(tǒng)整體意義基礎(chǔ)上的概念學(xué)習(xí)，將視角放大，使細(xì)節(jié)概念不再碎片化，突破了傳統(tǒng)教學(xué)過分關(guān)注細(xì)碎知識(shí)點(diǎn)和停留在知識(shí)記憶水平的不足，有助于學(xué)生在整體生命活動(dòng)學(xué)習(xí)過程中理解生物學(xué)概念的意義，并遷移至新情境中[4]。

3）信息技術(shù)輔助教學(xué)，助力高效的評(píng)價(jià)反饋。iPad 輔助下的討論式教學(xué)，還原學(xué)生的主體地位，實(shí)現(xiàn)課堂的實(shí)時(shí)交流和評(píng)價(jià)反饋。小組討論、iPad 書寫并展示交流，訓(xùn)練了學(xué)生的閱讀、交流等關(guān)鍵能力，極大提升了學(xué)生的課堂參與度。