依托整体主义理论开展高中生物单元教学——以“细胞的结构”单元为例

◎ 平 原

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《2020修订版课标》）建议关注生物学学科核心素养的达成，通过大概念学习，帮助学生形成生命观念，在设计和组织单元教学活动时，应该围绕大概念展开。［1］生物学大概念是对学生学习具有引领作用的生物学知识，是生物学核心素养在学科内的锚点，实质是通过对大量相互关联的次位概念和科学事实的抽象和概括而形成的生物学基本观念，有利于生物学知识、思想、技能的迁移应用。

为落实以大概念为中心的学习要求，需要精心选择生物学大概念或重要概念作为单元教学主题，帮助学生发现知识间的联系，从而逐步建构大概念，实现知识的结构化。因此，如何基于教育学理论，从学科大概念的视角，提高单元教学设计的有效性，成为一线教学中亟须解决的问题。

一、整体主义理论的内涵

整体原理认为，任何系统的各个子系统只有相互联系，形成整体结构，才能发挥整体的功能。依据整体原理，通过知识在单元内部、学科内部以及跨学科间的整合，注重知识间的相互联系以形成学科整体结构，可以促成学生整体认知结构的获得。［2］在此过程中，学生可以通过在各种知识与现象之间建立连接关系，将新知识整合到原有认知结构中。由此可见，整体主义理论与以大概念为中心的单元教学在目标上有较高的一致性，可以作为单元教学的有效工具。

依托整体主义教学理论开展的单元教学，在以大概念或重要概念作为知识内在联系依据的基础上，遵循“整体—部分—整体”的基本模式［3］。以大概念或重要概念为单元教学主题，前一个整体是指先通过适当的教学策略，使学生从整体上对单元的知识体系形成模糊了解；部分是指依托情境教学主线，衍生出的各个次位概念的学习；后一个整体是指帮助学生构建联系紧密的知识体系（见图1）。

二、整体主义理论在单元教学中的实践

大概念较为抽象，覆盖的下位概念数量较多，难以在一个学习单元中落实。可以围绕一个大概念，依据课程标准，将大概念分解为数个重要概念，以一个重要概念为中心构建单元，再通过数个单元共同建构大概念。下文以重要概念“细胞各部分既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”为单元教学主题，介绍依托整体主义理论开展单元教学的实践策略。

（一）研读课程标准，梳理知识联系

依据《2020修订版课标》，重要概念1.2“细胞各部分既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”是大概念1“细胞是生物体结构与生命活动单位”下的3个重要概念之一，它包括4个次位概念，每个次位概念又包括若干个科学事实（知识点）。分析教材发现，该重要概念及其下属的次位概念均指向沪科版高中《生物学》必修1“分子与细胞”第3章“细胞的结构”。

整体主义理论强调知识间的联系，所以梳理单元内知识点之间的联系是搭建单元教学框架的前提（见图2）。

（二）分析学生情况，制定学习目标

知识是在学生已有知识的基础上建构的。因此，前概念和最近发展区是制定单元学习目标的出发点。通过初中生物学的学习，学生已经建立了“细胞是生物体的基本结构和功能单位”的基本认识，并对细胞的基本结构有了一定了解；通过高中生物学的学习，学生经历了利用高倍镜观察细胞的过程，学习了构成细胞的生物大分子的结构和功能，初步建立了生命的物质性的观念，为进一步学习真核细胞各部分的结构，理解结构与功能观提供了可能。

基于课程标准、知识梳理和学情分析，制定本单元学习目标如下。

（1）通过分析质膜结构的发现史，经历演绎推理、模型搭建等过程，学习质膜的流动镶嵌模型，理解质膜结构与功能的关系，感悟科学家追求真理的科学精神，形成结构与功能观。（生命观念、科学思维、社会责任）

（2）基于“变形虫切合和核移植”实验，经历实验结果讨论过程，阐明细胞核的结构和功能，认同细胞核是储存遗传信息的场所。（科学思维、科学探究）

（3）基于“胶原蛋白的合成和运输”活动，开展小组合作学习，阐明细胞质内的亚显微结构的功能，构建蛋白质合成与分泌概念模型，理解细胞的功能需要各部分分工合作完成。（生命观念、科学思维）

（4）阅读“胶原蛋白与皮肤衰老”资料，进行反思性写作，基于“观察线粒体和细胞质流动实验”等实验，感悟细胞的整体性，培养科学态度和科学精神。（生命观念、科学探究、社会责任）

（三）设置情境主线，拟定评价任务

单纯的知识积累并不一定带来素养的形成，需要在单元中引入评价任务。核心素养是内在的心理特征，难以直接被观察到。可通过将知识与真实情境相关联，将核心素养转化为可观察的外显行为等方式来评价学生核心素养的状态。评价应基于单元教学主题，以单元学习目标为评价目标。基于逆向教学设计理论，在设计学习任务之前，先拟定表现性评价任务，最后再将评价任务嵌入单元规划的适宜位置。这样的评价既是评价，也是学习，将评价融入课堂问题解决过程中，使评价贯穿单元学习始终，符合“教—学—评”一致的理念。

单元情境教学主线可以来源于科研文献、科学史、社会热点、生活经验等。本单元从科研文献中提取阅读材料作为教学主线［4］，再从教学主线衍生出评价任务（见表1），其中单元前的评价任务用于探查学生前概念和最近发展区，单元中的表现性评价用于评价现阶段学生核心素养的状态，单元后的评价用于评估单元学习目标的达成程度。

其中情境教学主线设置为“胶原蛋白与皮肤衰老”：胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多的蛋白质。胶原蛋白在皮肤成纤维细胞内合成后，被运输到细胞表面或分泌到细胞外，具有连接表皮细胞和支撑皮肤结构的功能。随着年龄的增长，成纤维细胞的合成能力下降，使皮肤胶原蛋白流失和空间结构改变，导致皮肤弹性下降和皱纹产生。

（四）确定关键问题，设计学习任务

在单元教学主题的指导下设计关键问题，作为学生课时学习的中心，驱动单元学习的进程和方向，确保学生能通过学习任务逐步发现大概念。通过单元知识体系分析，本单元包括质膜、细胞质和细胞核的结构和功能以及细胞各部分的分工合作，所以确定本单元的关键问题：①成纤维细胞质膜的亚显微结构是怎么样的？与它的功能有什么联系？②成纤维细胞的细胞核具有什么功能？③成纤维细胞内的细胞器有什么功能？哪些参与了胶原蛋白的合成？④成纤维细胞内如何合作完成胶原蛋白的合成、加工和运输？

基于关键问题和情境教学主线衍生学习任务（见表2），建构4个次位概念。整合学习目标、评价任务、关键问题和学习任务，获得单元导航图（见图3），形成单元主体部分结构。

图3 “细胞的结构”单元导航图

表2 “细胞的结构”单元学习任务

（五）应用教学模式，形成学习规划

将“整体—部分—整体”的教学模式应用到单元教学中，构建单元学习规划。前一个“整体”通过对主线情境材料进行反思性写作，帮助学生获得对单元的初步认识；“部分”是课堂教学的主体部分，通过基于情境教学主线衍生的，有核心素养培养要求的学习和评价任务建构各个次位概念；后一个“整体”通过开放性的“真问题”引发科学思维，发现知识之间的联系。最后根据任务时长制订课时计划，整合成可执行的单元学习规划（见表3）。

表3 “细胞的结构”单元学习规划

三、总结与反思

（一）反思性写作是初步认识单元结构的有效策略

本单元中，引入反思性写作作为了解学生前概念，帮助学生获得对单元初步认识的教学策略。反思性写作是在正式课堂教学之前通过设计写作任务，引导学生阅读材料，从生活经验出发进行思考，并书面呈现思维过程的教学工具，在中学科学教学中的作用已经得到了研究的证实。［5］教师可以在单元教学前布置材料阅读作业，学生阅读后以第一人称撰写思考过程和内容。反思性写作对作品的字数、格式、文体、表达等均没有限制，教师也无须评价理解是否正确，而是要求学生发现材料中的关键信息，写出自己的理解与自身生活经验的联系，并提出有价值的疑问。教师应避免学生将反思性写作视为答题过程，以摘抄教材或网络上的信息的方式回答问题。

如阅读“胶原蛋白与皮肤衰老”主线后，学生从自己的生活经验出发，联系科学概念“食物中的蛋白质会被分解成氨基酸”，对前概念“吃猪肘补充胶原蛋白、胶原蛋白面膜”提出了疑惑，获得对单元整体结构的模糊了解的同时，标记了单元中自己感兴趣的知识“如何合成胶原蛋白”。教师通过阅读学生作品，可以评价学生前概念情况，了解学生的疑惑，在教学中有针对性地设计教学策略。

（二）“真问题”可作为构建知识体系的有效载体

“真问题”不同于考试场域中常见的指向明确的设问，这类问题往往指向性不明确，含有丰富而又冗余的信息。学生需要经历综合性的思维过程，迁移应用学科多个领域或跨学科知识才能解决“真问题”。

如本单元最后以讨论“吃猪皮可以美容”是否有生物学依据作为总结。该问题可能在餐桌上、电视机前等生活场景中被提出，问题本身缺乏明确的思维指向性，包含多方面信息。学生需要在生活情境中迁移应用本单元内质膜的功能、蛋白质的合成与分泌知识，并联系已有的蛋白质的结构与功能、食物的消化过程等多领域的知识才能回答，具有较高的核心素养要求。在解决问题的过程中，学生能发现新知识与原有知识体系的联系，将新知识整合到原有认知结构中，逐步完成知识结构化。