生物学科核心素养视角下的单元主题教学——以海水稻为情境的单元主题教学为例

裘 丽

（四川省成都市西北中学 四川成都 610041）

单元主题教学又叫大单元教学，首先，这是一种教学思想；其次，是一种教学方式。不同于教材中的“主题单元教学”，单元主题教学要求教师站在更高的角度，以整个学段（高中或者初中）作为一个整体，通盘考虑培养学生的核心素养和关键能力，以促进学生的全面发展。

从渊源上看，中国古代的学校教育最初就是一种混合式的、不分学科的教育方式。直到隋唐时，才逐渐开始进行粗略的分科。后来出现了新式的学堂，又设立了学校，这时才细分出国文、算数等学科，出现正规的单元型教材，形成了以单元教学为手段的授课方式。在2000年，开始有人提出大单元教学模式，经过近20年的摸索实践，这种教学方式逐步显现出其存在的价值。本文以海水稻的生理、研究、开发为线索，探究在学科核心素养的基础上，如何整合高中生物学的知识，以大单元的教学方式，进行生物学教学。

一、单元主题教学的操作与要求

单元主题教学并非单个的教案或教学案例，也不是机械地整合单元内容。教师不能对跨学段知识强行整编，而是要深入研究，合理统筹，根据学生学习的规律，将相应的知识内容有机结合，进行教学设计。

这种教学设计方式对教师的教育思想和教学能力提出了更高的要求。这样的要求表现在以下几个方面：1.要求教师要以课程标准为依据，跨年级进行知识的有效迁移；2.要求教师根据教学实际，重构新的知识和能力系统；3.要求教师在课堂教学时，不能简单重复教学内容，而要把不同的教学内容进行有机结合，并在结合中加深拓宽、升华完善；4.要求教师设计教学环节时，不以暂时的学生成绩为目标，而要连贯紧凑，对学生的核心素养和关键能力的提高效果明显。这种教学思路的成形过程，是从单章教学发展到单元教学，再从单元教学发展到单元主题教学，并不是一蹴而就的。

笔者以海水稻为线索，尝试进行单元主题教学，颇有些收获。

二、单元主题教学的实例：以海水稻为线索的高中生物单元主题教学

（一）教学背景

海水稻其实只是耐盐碱水稻的通俗名称，是指能在盐碱浓度为0.3%以上的盐碱地生长，且单产可达300kg/亩以上的一类水稻品种。它除了具有耐盐碱的优点，还具有抗涝、抗倒伏、抗病虫害等能力，比普通水稻具有更强的生存优势。研究海水稻具有现实意义：在国家层面上，水稻是粮食作物，所谓“无农不稳”，粮食生产在国家的经济、民生、安全等方面是国家民生的基础，起着压舱石的作用；海水稻的研究成功，为国家稳定粮食生产、提高土地的利用、保障国家经济安全提供可能。在社会层面上，海水稻的种植，使原来不能有产出的盐碱地有了产出，使荒地变成了良田；在个人层面上，海水稻的米呈现红色，不仅含有丰富的淀粉，还含有天然的可溶性红色色素和氨基酸、高蛋白、钙，另外含有硒、镁、锌、铜、铁、钼、锰等微量元素，营养价值高。所以，海水稻是很好的教学材料。

（二）关于海水稻的单元主题教学

海水稻相关知识的教学可以贯穿于整个高中生物学科教育中，这对提高学生对问题的整体认知有很好的帮助；海水稻的教学情境可以引导学生将所学理论与实际相结合，提升学习知识和技能的目的性；教师可以以实例鼓励学生好好学习相关知识，报效祖国。通过学习海水稻的研究过程，学生们将领会到：一项工程，如果没有国家的统筹安排，靠个人或小团体的力量是不可能完成的，从而提高学生的国家意识。海水稻的研究通过了各个国家科研机构的合作，在科学家的带领下，集全体人民的力量来造福全球。

三、具体课程设计

（一）高一年级上期：物质进出细胞的实例、物质跨膜运输的方式

课程引入时，教师可以提出问题“海水稻为什么比普通水稻更耐盐碱”来导入情境。学习人教版必修一《物质跨膜运输的实例》，研究水进出植物细胞的方式：渗透作用。学生学习的过程中，教师可将海水稻的根毛细胞在蔗糖液中的状态和普通水稻相对照，再用海水稻根毛细胞在较浓盐水（KNO3溶液）中的表现引出下节课的内容。

由上节的实验结果引出“为什么在浓盐水中，海水稻和普通水稻都会出现质壁分离，但海水稻可以更早地出现质壁分离复原？为什么它比普通水稻更耐盐碱？”引出《物质跨膜运输的方式》。研究海水稻主动运输的载体比普通水稻丰富。

（二）高一年级下期：基因对性状的控制

教师在教学时可以提出问题：“为什么海水稻比普通水稻细胞膜上的载体丰富？”以此为情境，由学生讨论得出，这是由于海水稻具有相应的基因，且表达此基因强度高。然后教师继续提出问题：“为什么海水稻具有众多载体的基因？”为以后学习选择性必修三《基因工程及其应用》埋下伏笔。让学生体会育种工作者通过基因工程以及其他育种工作育出海水稻工作的艰苦。

（三）高二年级上期：学习选择性必修一《生态环境的保护》

教师在课程引入或总结时，可以提出问题：“海水稻引入农业生产中，有什么利弊？”引导学生讨论，辩证地看问题。

（四）高三一轮复习时可以将以上知识点加以整合，并对比研究藜麦抗旱耐盐的结构特点。

（五）高三二轮复习可以以海水稻为主题，进行主题整合教学。

四、从核心素养解读课程设计

生物学核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度，下面就本课程进行这四个维度的分析。

（一）高一年级上期，学习新课：物质进出细胞的实例

第一节课：这节课首先应该建立感性认识。首先，老师拿出事先制作好的把根泡在清水或较浓盐水中24小时的普通水稻，要求学生通过对水稻状态的观察，认识到水稻根的吸水、失水与周围溶液的浓度有关，泡在低浓度的溶液中吸水，泡在高浓度的溶液中失水（科学探究）。老师可以在这之后放一段视频，介绍我国海水稻的研究和成果。然后展示渗透装置，观察现象。通过对渗透装置模型的学习，学生掌握细胞渗透吸水的原理，并通过讨论，建立渗透模型，分析细胞如何渗透吸水或者失水（科学思维）。

然后，老师和学生一起讨论如何设计实验，探究植物细胞的吸水和失水。学生通过提出问题、做出假设、设计实验。通过小组讨论，拟订实验方案（科学探究）。

第二节课：学生按照上节课设计的实验方案进行实验，获得结果，总结，得出结论（科学探究）。这时，老师可以拿出海水稻和普通水稻的根细胞临时装片，请大家预测将两组细胞都置于0.3g/ml的KNO3溶液中，细胞是否会质壁分离。

学生们通常会猜测水稻的根细胞会出现质壁分离，可能还有学生会猜测根细胞会出现自动的质壁分离复原。

然后老师利用显微投影仪进行实验，请学生们观察现象，结果发现：虽然两组水稻的根细胞都会发生质壁分离，然后出现质壁分离复原（第一重认知刷新），但是海水稻质壁分离的程度小于普通水稻，出现复原的时间早于普通水稻（第二次认知刷新）。学生们产生了新的问题：为什么细胞会出现质壁分离后，自动出现质壁分离复原？为什么海水稻的质壁分离和质壁分离复原的出现时间都早于普通水稻？（科学探究）带着问题，老师进入下节课的学习。

（二）高一年级上期：物质跨膜运输的方式

教师在教学过程中可以向学生提问：为什么海水稻比普通水稻更耐旱和耐盐碱？带着问题，学生学习物质是如何进出细胞的。

在学习过程中，学生们通过查找资料，获知：海水稻的根细胞膜上具有更多的无机盐离子的载体，细胞液的浓度更大，通过分析这些结构特征是否有利于海水稻吸收更多的水和无机盐离子、对根细胞的渗透吸水的影响，来理解物质跨膜运输的方式对植物细胞生长发育的作用（科学思维、生命观念）。

（三）高一年级下期：基因对性状的控制

基因对性状的控制的两种方式，都可以通过海水稻的实例得以实现。海水稻的细胞呼吸和光合作用较普通水稻旺盛，这些主要是通过相应的酶的作用来实现的；海水稻细胞膜上的载体种类和数量很丰富，使海水稻吸收无机盐离子的能力很强。这些特征与基因有关吗？（生命观念）教师在教学过程中提出问题，引发学生的讨论，最后体会到基因是如何控制性状的（生命观念）。

（四）高三年级上期：整合以上知识点

这时，教师可以把海水稻和藜麦做对比，先研究藜麦抗旱耐盐特性和高营养价值特点与藜麦结构特点的关系，通过视频播放藜麦的耐旱耐盐机制成因，教师提问：藜麦的耐旱耐盐特性与其结构有关，这样的结构是怎样形成的？（科学思维）

学生通过小组讨论：藜麦的耐旱耐盐结构与其特有的基因组有关，它的结构特性是其基因组在特定的时间、空间上程序性表达的结果（生命观念）。

然后学生分别研究耐旱和耐盐特性的产生：通过科学家绘制出藜麦基因组草图，其中包含11亿个碱基对。初步分析显示，藜麦有6万多个“有用基因”，部分基因或与藜麦耐旱、高营养等特性有关。破解藜麦基因组将有助于了解其耐旱、高营养的遗传原因，用于改良农作物品种（社会责任）。

教师提出任务一：经过育种专家的研究，发现控制藜麦的耐旱特性有一组基因，我们想要研发耐旱的水稻，有什么育种方法？具体怎样做？要求学生画出育种路线图。师生共同讨论和评价育种方案（科学思维）。

中国科学院上海植物逆境生物学研究中心张蘅研究组和朱健康研究组，通过对藜麦基因组的高质量组装和盐泡细胞的转录组分析，揭示了藜麦耐盐和高营养价值的分子机制。研究表明，盐泡细胞是在藜麦耐盐过程中起重要作用的一类细胞，研究人员提出了从表皮细胞到盐泡细胞离子转运的分子模型（科学思维）。

教师提出任务二：经过育种专家的研究，发现控制藜麦的耐盐特性有一组基因，我们想要研发耐盐的水稻，有什么育种方法？具体怎样做？要求学生经过讨论，画出育种路线图。师生共同讨论和评价育种方案（科学思维）。

教师提出任务三：我们将藜麦耐旱和耐盐的基因分别转到了水稻A和水稻B上，我们想要研发既耐盐又耐旱的海水稻，我们应该怎样完成？要求学生经过讨论，画出育种路线图。师生共同讨论和评价育种方案（科学思维）。

教师展示关于水稻的习性的资料和袁隆平的杂交水稻：水稻是天然的闭花自花授粉的植物，但是，我们发现只有抗旱耐盐水稻是杂合子时，才能表现出其抗旱耐盐的特性来。这时介绍袁隆平的杂交水稻的育种方案（社会责任）。

教师提出任务四：现有一个水稻雄性不育系A，和抗旱耐盐水稻纯合系B，请问如何长期获得具有抗旱耐盐特性的水稻。要求学生经过讨论，画出育种路线图。师生共同讨论和评价育种方案（科学思维）。

（五）高三年级上期：海水稻与生态系统的关系

教师展示我国海水稻的研究现状：各地科研部门不仅研究出了高产的抗旱耐盐的新的水稻品种，还与各地自己的水稻品种杂交，获得了适宜当地气候的口感更佳的高产海水稻。

教师提出问题：这样的水稻有那么多优点，可以立即推广种植吗？假设你就是负责人，如果能够推广种植，你认为应该怎样推广？如果不能立即推广种植，你认为是什么原因？

总结：海水稻的研发是一项复杂、工作量巨大的工程，不仅需要每个研发人员的努力，还需要各部门的通力合作，甚至全世界的相关机构也要参与其中，这就要全国、全世界的人们共同完成，所以我们认为有一个协调优秀、致力于改善人民生活的国家政府，是全体国民，甚至是全世界人民的幸事。各位同学也要学好知识，提升能力，造福人民（生命观念、社会责任）。

结语

将海水稻作为情境，贯穿于整个高中生物学的教学课程中，抽丝剥茧，步步深入，层层递进，符合人们对事物由表及里、由点到面的认知过程，揭示出人们如何通过对一件事物进行多角度、多层次的研究，最后揭示事物的核心本质和与其他事物的关系。在学习过程中，大家学习如何利用各种方法、手段，多人协调配合，共同完成研究。

这样的学习方式，可以发展学生的核心素养，建立正确的世界观、人生观、价值观，有利于提升学生的认知水平，创造更加美好的人生。同时，让具有生物学科素养的人才服务于社会，服务于人类。