指向生物学核心素养的单元教学设计与实施

摘   要： 文章以“遗传的分子基础”单元为例，设计贯穿单元的大情境，结合教学内容和教学目标，将情境拆分并设计每堂课的学习任务和课堂活动。3位教师、286位学生分别参与传统的课时教学和单元教学。通过分析学生的测试结果和师生访谈，总结出单元教学对发展学生核心素养有促进作用。研究还提出：单元教学需要设计合适的情境，增加提问的有效性，评价方式应多样化。

关键词： 高中生物；核心素养；单元教学；教学实践

一、研究背景

教育部颁布的《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）指出：本课程是以提高学生生物学学科核心素养为宗旨的学科课程，是树立社会主义核心价值观、落实“立德树人”根本任务的重要载体。1 生命观念、科学思维、科学探究和社会责任是生物学科的核心素养，是学生在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是知识、能力、情感态度价值观的综合表现，是高中生物学课程的整体性、终极性的目标。这就要求学生主动地参与学习，在经历获取信息、自主学习等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及实践创新能力。其培养是一个长期的、循序渐进的过程，这就需要教师对教学内容进行综合设计。单元教学是整体性、结构化的设计，避免了课时教学的随意性和碎片化。指向生物学核心素养的单元教学设计基于课程标准对教学单元进行综合布局，兼顾学生的认知规律与学科知识的内在逻辑，可以更好地发展学生核心素养。

在“双新”的背景下，单元教学成为研究热点，但调查结果反映了无论是核心素养还是单元教学设计，教学中的实践应用和理论学习之间还存在较大的距离。基于生物学核心素养的单元教学设计与实践现有的相关资料和案例不多，且可操作性还不够强，故为教师提供可借鉴的成果迫在眉睫。2 指向生物学核心素养的单元教学应该如何设计？其真实地运用于教学后的效果究竟如何？这值得我们去研究。

二、单元教学设计

1.确定研究单元

在以往的教学中，学生普遍认为必修二第一章“遗传的分子基础”学习难度较高，主要原因有该章节专有名词多、生命过程抽象、专业性强等。该章节的学习内容属于分子水平，且概念之间联系复杂，若采用传统的以课时为单位进行教学设计后实施教学活动的模式，学习内容比较碎片化，学生可能记住了一些概念，但难以厘清概念之间的逻辑关系。从章节内容与概念的逻辑关系来看，该章节正好可以成为一个完整的、相对独立的单元，因此，确定以该内容进行单元教学设计并实施教学活动。

2.单元教学内容

《课程标准》关于本单元的教学内容是大概念3“遗传信息控制生物性状，并代代相传”中的重要概念3.1“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”。结合教材内容及《课程标准》要求的次位概念整理的教学内容，如表1所示。

通过本单元学习，学生从分子水平认识基因的本质，能更好地理解基因在生命活动中的重要作用，更好地理解遗传信息从亲代传递到子代的意义。从遗传信息传递和表达的角度，探讨基因对生物体性状的控制，遗传信息控制生物性状并代代相传的重要概念，能使学生更加深入地理解遗传现象的本质，认同生命是物质、能量和信息的统一体，同时为后续章节的学习奠定基础。

3.单元教学目标

笔者对《课程标准》中次位概念及单元承载的核心素养维度进行分析，制定单元目标如下：

（1）通过相关科学史的学习对遗传物质有本质的认识，从分子水平概述遗传现象的本质，使学生进一步树立结构与功能观，认同生命是物质、能量和信息的统一体。（生命观念）

（2）通过遗传物质发现史、遗传信息传递过程及其规律、遗传信息调控的学习，培养学生归纳、推理演绎的思维方法；通过DNA双螺旋结构发现史的资料收集，培养学生模型与建模的思维方法。（科学思维）

（3）通过史料收集与分析，使学生进一步掌握科学探究过程，通过制作DNA分子双螺旋结构分子模型，提高动手实践、观察分析和小组合作等科学探究能力。（科学探究）

（4）通过基因表达调控、病毒遗传信息传递等内容的学习，感悟健康生活和保护环境的重要性，关注公共卫生与健康问题，选择健康的生活方式，关爱遗传病患者，了解遗传病的分子治疗方案。（社會责任）

4.单元教学设计思路

本单元的逻辑线索为“DNA是主要遗传物质→遗传信息的复制→遗传信息的表达→遗传信息的调控”。基于核心素养的单元教学设计要依据新课程标准中的大教学观念和主题，以真实的问题情境为教学起点，经过系列的探究活动过程解决问题并进行迁移和应用。1 笔者结合上述逻辑线索，以“天使的微笑”——天使综合征作为串联整个单元的大情境，情境内容如下：

他们是一群表面看起来面带微笑、温和亲切的孩子，但实际上这群孩子的笑容背后，伴随着一系列神经发育问题，包括智力障碍、语言缺失、癫痫发作及异常的脑电发放、运动障碍、睡眠及喂养问题，有特殊的面容及特异的行为。他们是一种特殊的遗传病——天使综合征的患者。天使综合征的原因之一是患者细胞核中源自母亲的15号染色体上UBE3A基因的碱基序列改变。碱基的改变为什么会导致得病？有没有治疗的方法？这个单元我们来一起做一个项目，通过项目探索他们得病的原因以及帮助他们获得更好的生活的方法。

笔者结合教学内容和课时安排，兼顾学生的认知规律与学科知识的内在逻辑对大情境进行拆分，将单元目标拆分成落实到每堂课的课时目标，设置课堂学习任务，设计课堂活动，提升学生的课堂参与度。学生通过课堂活动逐步建构知识，在解决情境中的问题中发展核心素养。每堂课的学习解决情境中的部分问题，最后通过整个单元的教学，让学生真正明白所学内容是在解决生活中的实际问题。本单元教学设计思路2，如图1所示。

5.单元教学评价

本单元的评价方式主要分为过程性评价、试题评价和访谈评价。DNA双螺旋结构模型的搭建采用过程性评价，其余内容采用设计测试题的评价方式。测试题皆有情境，主要考查学生的科学思维、科学探究的水平，学生需要通过分析题干、图片信息完成试题。最后对教师与学生进行访谈。

三、实施单元教学

为了验证单元教学对发展学生核心素养的有效性，先通过“前测”筛选出理论知识、核心素养发展情况相近的班级，然后一半班级实施单元教学，一半班级实施传统的课时教学，之后再通过“后测”的结果检验单元教学的成果。

1.通过前测确定教学实践班级

在“遗传的分子基础”单元授课前进行试题测试。前测的知识内容为生物学必修一“分子与细胞”的全部内容。每个测试题设置真实的情境，学生需要通过读图分析、逻辑推理、并组织语言完成试题。通过不同试题考查学生的知识掌握程度，同时，考察了学生的科学思维、科学探究的水平，部分试题兼考查了学生生命观念的发展情况。前测结果以分数的形式呈现，在一定程度上可以反映学生核心素养（主要是科学思维、科学探究）的水平。通过前测结果，挑选出人数、理论知识、核心素养发展情况相近的班级，最终确定了3位教师以及她们任教的上海市进才中学4个班级（共159人）、上海市复旦附中浦东分校2个班级（共65人）、上海师范大学附属中学2个班级（共62人）。

2.设置实验班与对照班

随机把每所学校的一半班级设置成实验班，另一半班级设置成对照班。每所学校都是由各自的教师执教所有班级，实验班与对照班前测的均分、标准差相近，且进行差异显著性测验（t测验）无显著差异。

3.根据前测成绩划分组类

3所学校所有的学生合在一起按前测成绩降序进行排名，按比例分“高分组”“中间组”“低分组”。参考3所学校历年等级考A+比例划分高分组，即取测试成绩的前20%设为“高分组”，后20%设为“低分组”，其余60%设为“中间组”。对设置的组别分别进行t测验，三个组别之间的测试成绩均存在显著差异。教学过程中不做组别区分，组别仅用于数据分析。

4.其他实施细则

本单元一共有理论知识7课时及作业讲解1课时。实验班按上述单元教学设计进行教学，对照班采用以课时为单位进行教学设计的传统教学模式。对照班的教学设计中也有教学情境与对应的教学活动，区别是这些情境和活动根据该课时的教学目标来设计，并没有在单元的整体视角下进行统筹安排，教师在课堂上着重于知识讲解、重难点的突破以及作业评讲。为了能客观、真实地反映不同教学方法对教学效果的影响，整个单元内实验班和对照班的教材、总课时皆相同。实验班的单元教学对教材内容进行了重组，因此，每次的课后作业与对照班略有不同，但整个单元内完成的试题内容和数量相同。单元教学的实施过程中，3位参加单元教学实践的教师分别录制了一节展示课作为后续研究的素材。

四、单元教学评价与分析

整个单元的教学结束后，3所学校实验班与对照班的所有学生都参加后测，后测内容仅为“遗传的分子基础”单元的内容。后测试题依旧考察学生的核心素养，需要学生分析题干、图片信息。3位教师将每个小题的分数录入EXCEL进行数据分析。笔者分别计算出对照班和实验班在前测、后测中的平均分，统计“高分组”“中间组”“低分组”的学生在生命观念试题、科学思维、科学探究试题的得分和得分率，进行差异显著性测验，并对3位授课教师、部分实验组的学生进行访谈。

1.后测结果与分析

（1）单元教学对发展学生生物学核心素养的总体影响

参加前测的实验班与对照班学生测试均分仅有0.1分差异，从一定程度上可以说明他们的知识水平和学科素养水平非常接近。实验班后测均分比对照班高了2.5分，说明其在单元教学中，知识水平和核心素养都得到了一定程度的提高。但后测的差异显著性测验p值>0.05，表明在统计学上没有显著差异。

（2）单元教学对于发展不同层次的学生生物学核心素养的影响

经过单元教学后，实验班的每个组别在均分上都比对照班高。其中，“高分组”“低分组”的后测均分实验班比对照班分别高2.9分和5.5分，且“低分组”的p值<0.05，表明在统计学上存在显著差异。

由于前测、后测难度不同，无法直接用分值變化说明单元教学的效果，因此，采用得分率来比较学科素养水平的发展情况。实验班的得分率相较于对照班都有所提升，特别是“低分组”的提升十分明显。笔者认为，这不仅是因为单元教学起到了培养能力和发展学生核心素养的作用，同时也是因为“低分组”学生本身就有足够大的上升空间。实验班与对照班的“生命观念”试题得分率相近。笔者又将不同组别的学生按照不同的性别加以分组后再做数据分析，发现男生和女生的得分率接近，说明本单元教学对不同性别的学生发展生物学核心素养影响不大。

总的来说，单元教学对发展学生的科学思维和科学探究素养有一定的作用，但对发展学生的“生命观念”素养的作用不明显。笔者认为可能是后测中“生命观念”的试题综合性强有关，这些试题渗透了结构与功能观、生命的物质观和信息观的同时，还检测了科学思维和基础知识。

2.访谈结果与分析

有较多的学生认为，“天使综合征”贯穿整个单元学习的这种形式很新鲜，每堂课都在解决一些小问题，有种一步一步过关的成就感。最后通过整个单元的学习，了解了“天使综合征”的发病机制，推测出用于治疗的手段，明确了所学知识的实际应用，这反过来又对知识之间的逻辑关系有一定的梳理作用。“低分组”有一些学生认为，以前的学习方法主要是死记硬背，没有真正去理解所学知识的实际应用；本次学习后，每堂课在解决什么问题十分明确，明白知识的逻辑关系后，记忆起来更加方便了。有学生发自内心地同情患病儿童并认为自己有责任关心遗传病患者；也有学生认为自己应该更加努力学习，将来尽己所能改善遗传病患者的生活。可见，大情境的应用对发展学生的社会责任有较好的促进作用。也有“中间组”和部分“低分组”的学生表示单元教学中的活动很丰富，但复习和记忆基础知识的总体时间减少，还不太适应这种学习方式。

授课教师认为，单元教学的课堂重心放在了发展学生的核心素养上，丰富的课堂活动可以提升学生的读图能力、逻辑推理能力、语言表达能力等，有助于对整个单元内知识的梳理和整体把握。对比后测卷可以发现，对于一些有难度的分析题，对照班的有些学生一字没写，但这种情况在实验班几乎没有发生。经过一个单元的情境分析和课堂活动，实验班的学生在课堂上锻炼了分析情境、获取题干信息、读图论述等能力，这也是后测中得分更优于对照班的原因之一。另外，教师也是第一次实践指向核心素养的单元教学，对课堂风格的转变也有些不太适应。

总的来说，通过实施单元教学，对于发展学生的生物学核心素养具有促进作用，特别是学生的科学思维和科学探究素养水平得到了较好发展，也有效提高了学生的社会责任感。单元教学对“生命观念”素养的发展还需要进一步研究。

五、单元教学的反思与展望

1.设计合适的情境，串联学习内容

教师需要提升单元教学的情境设计能力。好的情境可以有效提升学生的學习兴趣以及培养学生的观察能力、分析能力等，更利于发展学生的核心素养。但不是每个单元教学都能用一个情境贯穿，也没有必要都设计过于复杂、综合性过高的情境。笔者总结了设计单元教学时遇到的问题，有些单元中的知识是一个递进关系：根据生活中发现的现象提出疑问，然后经过科学家不断研究，最后解释了这个生命现象，如“遗传的分子基础”“细胞的生命进程”，这类单元可以贯穿一个大情境，根据每堂课的教学目标把大情境进行拆分，配合课堂活动逐步解决情境中的问题；而有些单元中的知识是并列关系，如“细胞的分子组成”“细胞的代谢”，这些单元难以设计大情境，可以依据每堂课的教学目标设计相对简单的情境，再结合情境设计课堂活动。总之，学生是学习的主体，教师创设情境是为了驱动学生的自主探究，情境的设计可以从学生原有的知识结构、兴趣出发，让学生带着问题进行探究活动，最终要落实到培养学生的能力，着眼于发展学生的核心素养。

2.增加提问的有效性，提高学生的课堂参与度

要发展学生的核心素养，将所学知识用于解决生活中的实际问题，首先要让学生从被动接受知识的模式里解放出来，要让学生敢想敢说。笔者在课堂实践中发现，如果课堂提问太难，学生一开始就会失去思考的动力，想要发展学生能力就无从谈起。而从简单的问题开始，逐步提升问题难度，或是用问题串的方式引导学生逐步解决一些疑问，最后让学生总结问题，则容易被学生接受。只有学生习惯了思考，会发现问题并思考解决问题的策略，才能有效发展核心素养。教师可以依据学生的实际情况，不断地调整问题的梯度和难度，使问题具有明确的指向性，引导学生逐步解决问题、理顺思路、掌握学习的方法和策略，发展核心素养。

3.评价方式多样化，更科学地检测核心素养落实情况

以试题检测核心素养的发展情况确实具有客观性，但试题难度、学生对基础知识的掌握情况等都会影响衡量核心素养发展的准确性，不能以试题的得分作为唯一的衡量标准。笔者认为，教学评价应该有多种形式，除了访谈、问卷的形式以外，还可以学生自评、小组互评、教师评价相结合，或是增加一些开放性的评价方式，如设计实验方案、搭建模型等方式。同时，不仅要注重学生学习的结果性评价，还要注重学生学习的过程性评价，如设计并制作学习过程评价量表等。

Design and Implementation of Unit Teaching to Biology Core Literacy

JIN Xiaofei

（High School Attached to Shanghai Normal University，Shanghai，200124）

Abstract： Taking the unit of “Molecular Basis of Heredity” as example， this research has combined the teaching content and teaching objectives， broken up the teaching situation and designed the learning tasks and classroom activities for each class in order to create a big situation for the whole unit teaching. Totally 3 teachers and 286 students were engaged in traditional teaching and unit teaching respectively. From the students test results and interviews of teachers and students， this research concludes that unit teaching can help develop students core literacy and it also suggests that unit teaching should need the design of appropriate situations， increase the effectiveness of questioning and have various forms of evaluation.

Key words： high school biology，core literacy，unit teaching，teaching practice

作者简介：金晓斐，上海师范大学附属中学二级教师，硕士，主要从事高中生物教学研究。

1  中华人民共和国教育部：《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》，人民教育出版社2020年版，第1-2页。

2  蒋金珍，刘亚中：《基于核心素养的单元教学设计的认知与实践现状调查分析——以上海市中学生物学教师为例》，《生物学教学》2020年第5期，第25-28页。

1  赵云龙，周忠良：《生物学教学参考必修1分子与细胞》，上海科学技术出版社2021年版，第1页。

1  孙重阳，魏爱民：《大观念、大主题、大过程——指向化学核心素养的单元教学设计与实践》，《中学化学教学参考》2018年第21期，第6-9页。

2  赵玥：《“人体的免疫调节”单元教学设计》，《生物学教学》2020年第8期，第31-33页。