生物学单元整体设计：基于深度学习的视角

［摘要］ 以“细胞的物质输入和输出”单元整体设计为例，基于深度学习的视角具体阐述生物学单元整体设计策略：以重要概念为核心系统建构单元学习主题，以学业质量为依据精准制订单元学习目标，以情境任务为驱动合理设置单元学习活动，以素养发展为导向科学设计单元学习评价。

［关键词］ 单元整体设计；深度学习；生物学；核心素养

深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。单元学习能够凸显知识的结构化、情境化和功能化，再现学科知识发展、彰显学科思想方法，是促进深度学习的重要途径。因而，促进学生的深度学习，需要教师从单元整体设计做起。

单元整体设计是指通过创设问题情境，围绕某个特定的主题或目标，将相关的学科知识进行重新整合，引导学生经历一个相对完整的知识创生、概念建构及迁移应用的过程，包含选择单元学习主题、制订单元学习目标、设计单元学习活动、设计单元学习评价等四个环环相扣的环节。本文以高中生物学必修1“细胞的物质输入和输出”单元为例，基于深度学习探讨生物学单元整体设计的策略。

一、明确概念层级关系，以重要概念为核心系统建构单元学习

主题

深度学习强调学习动机、学习活动和学习内容三个维度上的联动发生，高品质的学习内容是深度学习发生的关键因素。因此，构建良好的知识内容体系是学生进行深度学习、形成良好认知结构的前提。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）以发展学科核心素养为宗旨，追求“少而精”的原则，构建了“大概念→重要概念→次位概念”的内容体系。依据新课标分析，大概念应是学生通过系统学习后统整提炼的核心知识，指向生物学学科观念的形成，这需要长时段、跨章节甚至跨模块的学习，进行单元整体设计的难度较大。而重要概念具备中介连接和双向传导作用，揭示学科知识间的联结与蕴涵，指向大概念的统整与提升，有助于学生形成结构化的概念体系，进而凝练学科观念，解决实际问题，并在此过程中发展思维、培养技能，达成深度学习要求。因此，以重要概念为核心梳理关联知识系统建构单元学习主题，不仅符合新课标的内容要求，同时也符合学科概念体系的内在逻辑和学生的认知发展规律，兼具可操作性强的特点。

重要概念“物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”（以下简称“重要概念A”）涉及的概念关系如图1所示。细胞是生物体生命活动的基本单位，时刻都在进行着复杂的代谢活动。而这些代谢活动高效有序地进行，不仅依赖于细胞严谨的结构基础，同时也需要细胞不断地与周围环境进行多途径的物质交换。通过本单元的学习，学生能理解生物膜具有选择透过性的生命属性，并基于系统的视角从微观层面上理解细胞结构与功能的相适应，以及物质与能量的相统一，从而建构学科概念体系，发展科学思维能力。因此，以重要概念A为核心建构“细胞的物质输入和输出”单元学习主题，符合学科知识的内在逻辑和学生的认知发展规律。

二、分析学生素养水平，以学业质量为依据精准制订单元学习目标

学习目标是学习活动的出发点和归宿，基于深度学习的学习目标强调学习内容、学生活动和学业发展的有机结合。单元学习目标的制订应遵循学生的素养水平和认知规律，指向学科核心素养发展的预期结果。新课标中“学业质量”描述了学生在完成课程学习后的学业成就表现，而学业质量标准明确了学业质量的不同水平，刻画了学生发展学科核心素养不同维度的具体体现，是制订单元学习目标的重要依据。同时，新课标中的“教学建议”也为单元学习活动的开展提供了参考。因此，教师在制订单元学习目标时，首先要分析学生的认知特点、素养水平和发展需求，抓住深度学习的起点；其次要分析学业质量，明确单元学习内容能培养学生哪些素养、这些素养应该达到什么水平、需要通过什么活动来达成，并依据学业质量标准的不同水平要求确定深度学习的终点；最后基于学科核心素养的不同维度，从单元整体的视角精准表述单元学习目标。

需要注意的是，学习目标的制订应蕴含学生从现有水平到应然水平的进阶过程，且具有可检测性，在具体表述上则要求指向清晰明确，避免使用“培养”“提升”等难以检测的心理学名词。在单元学习目标制订的基础上，还应结合次位概念合理安排序列课时，将单元学习目标分解到具体课时学习目标中，确保学习过程沿着最终目标稳步前进。

本单元学习目标制订中，首先分析学生的现有水平：在初中阶段学习中，学生对植物细胞的吸水和失水有了感性的认识，对物质分子的扩散现象也有了基本的认知，在高中阶段已学习了细胞膜的基本结构及蛋白质的功能特征。同时，高中学生已具备一定的信息处理能力和实验操作技能，为单元活动的开展奠定了基础。其次，分析学生通过单元学习达成的应然水平：本单元属于必修课程内容，对应新课标中学业质量水平的等级1和等级2。通过上述分析，结合课程资源和新课标中的“教学建议”，学习目标制订如下：

1.通过过程探究、资料分析等活动，能运用归纳与概括、演绎与推理等科学思维方法，基于实证建构“质膜具有选择透过性”“被动运输”“主动运输”及“胞吞与胞吐”等生物学概念，并能运用结构与功能观，尝试解释生命现象。（生命观念、科学思维）

2.通过对具体实例的分析讨论，能运用类比与概括、模型与建模，構建“被动运输”和“主动运输”的物理模型，并比较两者的异同点，阐释主动运输的生命属性及其对细胞生命活动的重要意义。（生命观念、科学思维）

3.通过科学设计实验方案，探究植物细胞的失水与吸水的条件，说明水分子进出植物细胞的原理，阐释原生质层的选择透过性与质壁分离及其复原的关系；同时能基于渗透作用的原理，解释食品腌制、植物“烧苗”等生活现象。（科学思维、科学探究）

4.通过对物质进出细胞的具体实例的讨论，分析细胞膜的成分及结构与物质跨膜运输功能之间的关系，尝试运用相关知识解决生活实际问题。（科学思维、社会责任）

三、创设单元整体情境，以情境任务为驱动合理设置单元学习活动

“活动与体验”是深度学习的核心特征。学生只有真切体验知识的创生过程，才能理解符号表征之间的逻辑关系，以及符号与客观事物之间的内在联系，从而达到对知识概念的意义建构，并在此过程中体会学科思想方法，发展学科核心素养，达成深度学习要求。生物学学科核心素养是学生在“真实情境”中解决“实际问题”时的“具体表现”。

基于此，设计“情境—任务—活动—应用”的学习图谱能让学生置身“历史”，亲历知识的创生、形成、发展过程，是促进深度学习的有效实践路径。因此，教师首先应创设整合度高、连续性强的真实情境，再现简化后的知识创生场域；接着提出契合学生认知水平和素养发展的任务或核心问题，促使学生系统思考、深入探究概念建构过程；并设计具有辨析性、探究性、多样性的实践活动，让学生在体验人类实践探索的认知逻辑、思维历程和价值追求的同时，学会独立思考、同伴学习，实现学科知识概念的“再创造”“再经历”“再体验”；最后，引导学生运用结构化的知识应用解决实际问题，从而将学科知识内化为核心素养。

本单元学习活动设计中，教师以来源于生活实际的“糖尿病的症状及治疗”创设单元整体情境，遵循学生认知规律、依托次位概念序列设计任务驱动，引导学生在认知情境中开展多样化的学习活动，在解决问题、提炼概念的基础上，凝练学科观念，发展科学思维能力，提升科学探究技能，践行社会责任意识，从而实现深度学习（如图2）。

四、依托逆向设计理论，以素养发展为导向科学设计单元学习评价

单元学习评价是落实“教—学—评”一致性、促进深度学习目标达成的关键环节。科学的单元学习评价有助于教师及时了解学习目标的达成情况、调控学习过程、指导教学改进，同时也有助于学生紧扣学习目标、自主监控目标是否达成、主动反思学习进程。因此，教师在制订单元学习目标的同时，就应该设计单元学习评价，从而保证目标与评价有效衔接和持续呼应。评价是基于证据的推理和判断。以学生素养发展为导向的单元学习评价，应以学生为中心，注重学生核心素养的发展水平，依据合理的外显证据，选择科学的评价形式，实现学习评价的应然价值。那么，如何设计单元学习评价呢？依托“逆向设计”理论，教师可系统把握以下三个关键步骤：第一，确定评价目标，以核心素养发展为导向，对接单元学习目标。第二，确定合适的评价证据，设置浅表、深层、迁移等不同层次评价标准，表征学生的素养发展水平。第三，确定合适的评价任务和形式，实施持续性评价。持续性评价应更多地体现过程性评价（即形成性评价），聚焦对概念之间关联的显性检测、新情境下对概念的迁移应用，可采用访谈、简答、任务、报告、绘制概念图、建构模型及新情境下问题解决等多元形式。同时，单元学习评价要贯穿单元学习的始终，及时唤醒学生的元认知，将学习活动向深层次推进（“细胞的物质输入和输出”单元学习评价设计如下表）。

［本文系安徽省2020年度教育科学研究项目立项课题“核心素养视域下生物学单元化教学实践研究”（项目编号：JK20047）研究成果］

［参考文献］

［1］郭华.如何理解“深度学习”[J].四川师范大学学报（社会科学版），2020，47（01）.

［2］李润洲.指向学科核心素养的教学设計[J].课程·教材·教法，2018，38（07）.

［3］刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养[M].北京：教育科学出版社，2018.

［4］查丽，程国胜.生物学单元教学：从“重要概念”出发[J].教育研究与评论，2021（09）.

程国胜   安徽省巢湖市第二中学。