基于核心素养培育的高中生物学单元教学设计

【摘要】本文阐述单元教学的内涵，构建单元教学设计模型，并据此模型进行“基因与染色体的关系”教学实践，以“基因与染色体的关系”为明线，以“科学思维的发展”为暗线，通过设置核心问题，设计相契合的教学活动，配以评价学习成果的评价量表，展示单元教学设计在实际教学中的应用，为生物学学科核心素养的培育提供教学参考。

【关键词】核心素养 单元教学 基因与染色体的关系 高中生物学

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2023）29-0081-06

在追求“素养本位”课堂教学的时代，大部分教师仍受“知识为本”的影响，具体表现为过于注重具体知识的讲授、将视野过多地聚焦于事实性知识等下位概念、对知识的理解流于浅表，不能深挖知识背后的内在逻辑等，从而导致学生在习得知识后，难以将其在更高的层次和更大的范围进行迁移应用，最终表现为知识碎片化、认知浅表化、学习应试化等，极大地限制了中学生学科核心素养的发展，也难以满足当今社会对人才培养的要求。为解决这些问题，有效提升课堂的效度，实现学生深度学习，从而发展学生的核心素养，本文探索在教学中使用大单元教学设计，将核心素养目标与课时目标统一起来，建立相对完整且具有内在逻辑的概念体系，全面、系统地实现核心素养目标的有效教学路径。

一、单元教学的内涵及实施路径

单元教学通常指从某一章或某一单元的角度出发，根据重要概念或重要主题的需要，综合利用多种不同教学形式和教学策略，通过一个单元的学习后，学生能夠形成一个相对完整的知识体系，集中强化提升学生的学科能力，从而进阶式发展学生的核心素养。单元教学也称大单元教学，教师在开展教学实践时需要处理好单元教学中的“大”和“小”，大单元意味着要在教学中形成“宏观”到“微观”的教学导航图，以便逐层实现教学目标，并不是指一定要将各章节的内容进行横向整合，构建一个大知识结构体系，而忽略了其中的“小”概念。教师可以根据知识间的联系、素养的培养目标、学生的实际情况等，围绕重要主题进行单元教学，如“光合作用”“细胞增殖”，或者进行以大概念统摄的单元教学，例如“基因与染色体的关系”“物质进出细胞的方式”等。

本文从单元设计的角度出发，向内深挖，以大概念统领下教学内容的本质问题和内在联系规划单元的结构和序列，在前人探索的基础上，构建了符合学校教情和学情的单元教学设计模式图（如图1所示）。

现以人教版高中生物学必修2第2章“基因与染色体的关系”为例，具体阐述大单元教学设计在课堂教学实践中的应用，以期培育学生的生物学学科核心素养。

二、基于核心素养培育的单元教学设计实例

（一）单元教材内容分析

“基因与染色体的关系”是《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》）中《遗传与进化》模块的内容，该模块主要以基因为线索，揭示了人类是怎样认识到基因的存在的、基因在哪里、基因是什么、基因是怎样行使功能的、基因在传递过程中怎样变化、生物进化过程中基因频率是如何变化的等一系列从个体水平到细胞水平乃至分子水平对遗传学知识的认识，其中包含了大量的科学史，对学生形成“问题—探究—证据—理论”的逻辑思维有重要的价值，主要侧重培养学生像科学家一样在探索遗传和进化的奥秘中，全面提升科学思维和科学探究能力。

“基因与染色体的关系”位于《遗传与进化》模块的第2章，由大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”统领，由重要概念“有性生殖中基因的分离和重组导致双亲后代的基因组合有多种可能”指导教学编排和作业设计，重要概念下还有众多次位概念，教材包括“减数分裂与受精作用”“基因在染色体上”和“伴性遗传”三节内容。据此，本文构建了如图2所示的单元教学设计概念体系。

本单元中“减数分裂与受精作用”揭示了遗传因子是物质的实体，“基因在染色体上”明确了基因在细胞中的位置。要想让学生站在系统的角度去理解基因和染色体的关系，就必须将两个内容关联起来。教师可以通过设置列表比较、重温科学史实、合作构建模型等教学活动，运用比较与归纳、类比推理、模型与建模、假说演绎等科学思维方法，带领学生深刻理解遗传规律的本质。“伴性遗传”是基因在染色体上的应用之一，学生使用遗传图解解释教师展示的遗传家庭系谱图，总结归纳不同遗传方式的特点和规律，并在生活中加以运用。

在研读《课程标准》和教材的基础上，本文设计如下页图3所示“基因与染色体的关系”单元教学设计框架：首先，利用大概念组织教学，站在高位引领学生经历科学思维、科学探究的发展过程，达成学生对概念的整体理解，实现核心素养的进阶式提升，以此实现单元教学的“大”；其次，以“基因与染色体的关系”为明线，以“科学思维的发展”为暗线，通过设置核心问题，设计相契合的教学活动，配以评价学习成果的评价量表，精准定位教学中的“小”概念，以此实现分课时教学目标的达成，在培育学科核心素养的同时，实现深度学习。

（二）单元教学目标的确立

基于《课程标准》对教学内容的要求与对学业质量水平的要求，本文制订了如下指向核心素养发展的教学目标。

1.生命观念方面

运用结构与功能观，说明减数分裂产生染色体数目减半的精细胞和卵细胞，增加了配子多样性，说明减数分裂与受精作用对生物遗传和变异的意义；运用物质观，说明遗传因子是物质的实体，并能从基因和染色体层面解释新情境下简单的遗传现象；运用结构与功能观，说明位于性染色体上基因的遗传特点。

2.科学思维方面

运用减数分裂的物理模型阐述遗传信息在有性生殖中的传递规律，并解释遗传稳定性和多样性的原因；能够使用假说—演绎法分析摩尔根的杂交实验；基于伴性遗传的家庭系谱图，归纳概括伴性遗传的规律，并对后代的患病概率做出预测。

3.科学探究方面

利用希沃组件，模拟减数分裂过程中染色体的动态变化及配子的多样性；利用假说—演绎法设计杂交实验解决相应的遗传学问题；运用资料和图表综合分析问题，掌握伴性遗传的特点，并解决实际问题。

4.社会责任方面

关注环境对生殖细胞的影响，培养健康的生活态度；认同科学家尊重科学事实、敢于提出假说、敢于批判质疑、勇于探索的科学精神；关注伴性遗传理论的应用，对其应用的影响作出科学理性的判断，并提出减少相关遗传病患病的方法。

明确指出可预期的学习成果，通过逆向设计，让教学活动、学习评价都紧密围绕教学目标展开，实现有效教学。

三、嵌入评价的单元教学实施流程

《课程标准》指出，要注重学习过程中的评价，并与终结性评价和形成性评价相结合。因此，在单元教学过程中，评价过程与学习过程是密不可分的。为了让课堂中的过程性评价可视化，本文引入SOLO分类理论作为评价工具，从前结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联结构水平、抽象拓展水平等五个层级分析判断学生的思维层次，结合学业质量水平设计学习评价量表，将评价嵌入课堂的各个环节，旨在聚焦单元视野下的小课时目标，追踪学生的科学思维是否呈现螺旋式提升的趋势，以更好地观测学习成果。

（一）第一课时——减数分裂的过程（任务一、任务二）

1.创设情境，激趣课堂

在情境导入环节，通过播放有性生殖的相关视频，让学生了解有性生殖的概念和意义，引导学生说出有性生殖的优越性，并提出问题：有性生殖的生物能否通过有丝分裂产生配子？以大头儿子一家的染色体数目图引发认知冲突，引导学生提出假说：有性生殖的生物在形成配子时，必然经历一个染色体数目减半的过程。紧接着教师指出科学家魏尔曼也有同样的猜测，并通过显微镜实验证实了猜测。

2.任务驱动，加深理解

通过设置问题串，让学生带着疑问自主学习精子的形成过程，引导学生分析发现减数分裂的各个阶段的染色体行为及其背后的深刻含义，并开展对同源染色体分离、四分体形成、交叉互换、姐妹染色单体分开等基本概念和现象的解读，掌握单元教学中的“小”概念。接着，让学生观察卵细胞的形成過程，思考精子和卵细胞形成过程的异同，培养学生的识图能力、观察能力和分析能力。最后通过开展“小小解说员”活动，及时考查学生对减数分裂过程的掌握情况，促进学生有效吸收知识和提升表达能力。

3.联系生活，培养责任

展示教材中“相关信息”“与社会的联系”栏目，帮助学生认识环境与生活方式对配子形成的影响，使其认同健康生活的重要性，提高学生的社会责任感，并养成良好的行为习惯。

（二）第二课时——受精作用（任务三）

1.构建模型，加深理解

为更好地理解配子多样性的原因，教师利用希沃白板构建多对同源染色体组件，要求学生以小组为单位，通过信息化建模，模拟四分体时期非姐妹染色单体的交叉互换、非同源染色体的自由组合，引导学生通过生生互评，思考染色体行为与配子多样性的关系，总结出配子多样性的原因。

2.播放视频，探索本质

播放受精作用过程的视频，引导学生思考受精作用过程是否能够实现后代的多样性，帮助学生理解精子与卵细胞的随机结合，感受减数分裂与受精作用共同使后代具有多样性。接着回归第一课时的大头儿子一家染色体数目图片，直观呈现减数分裂与受精作用使生物体亲子代染色体数目恒定，深刻理解遗传的稳定性。

本课时设计突出单元教学的优越性，通过大概念统摄，学生能够从遗传的稳定性角度理解减数分裂的内涵，在关注减数分裂过程中涉及的同源染色体分离、四分体等“小”概念的同时，理解减数分裂产生减半的精细胞和卵细胞的原因和意义，从整体的角度构建生命观念层面的知识。

（三）第三课时——基因与染色体的关系揭秘（任务四、任务五）

1.列表比较，提出假说

展示基因与染色体行为的相关表格，引导学生列表比较，发现基因与染色体存在明显平行关系，尝试提出“基因在染色体上”的假说。体验科学家萨顿通过归纳事实提出假说的思维过程，体会类比推理的科学方法。

2.重现实验，演绎推理

呈现摩尔根实验的科学史实，引导学生利用假说—演绎法，首先通过观察实验，提出问题：为什么白眼性状总是与性别相联系？接着教师引入摩尔根当时的科学认知：果蝇的性别与X染色体的数量有关。进而启发学生提出假说：白眼基因位于X染色体上，并学会利用遗传图解解释说明。教师继续引导学生设计测交实验演绎推理并加以验证。此时，教师引入相关的科学史实，指出后来人们认识到果蝇的性别决定与性染色体相关，这也就意味着，白眼基因可能位于X染色体和Y染色体的同源区段，引发认知冲突，驱动学生思考判断哪种杂交组合才能准确验证白眼基因位于X染色体上，进而培养学生尊重科学史实、敢于提出质疑、勇于创新的科学精神。

3.构建模型，发现实质

学生利用希沃白板，以小组为单位绘制基因在染色体上的图示，并模拟分离定律、自由组合定律以及减数分裂的过程。通过设置问题串，引导学生思考减数分裂与孟德尔遗传定律的关系，进一步发现遗传定律的实质。借助模型与建模，直观地将减数分裂与遗传规律联系起来，培养学生化抽象为具体的科学思维能力。

本课时设计将第二课时的教学活动与第三课时的教学活动串联起来，让学生的认知和思维发展形成连续且清晰的脉络，以实现科学素养的不断爬坡、螺旋上升，最终完成大概念的建构，引发深度学习。

（四）第四课时——伴性遗传（任务六）

1.情境导入，初识概念

展示红绿色盲检查图，讲述道尔顿发现红绿色盲的科学小故事，并给出数据，分析数据发现男性红绿色盲的概率低于女性。设疑：红绿色盲的患病率与性别有何关系？引出伴性遗传的概念。

2.情境推理，总结特点

展示不同伴性遗传方式的家庭系谱图，利用遗传图解推理家族各个体的基因型，判断伴性遗传的方式，进而总结出不同遗传方式的特点和规律，并用以解释新的遗传现象，为遗传咨询提供合理优生建议，提高学生的社会责任意识。

本课时设计聚焦“性染色体上的基因传递与性别相关联”这一概念，在前几个课时累积了关于减数分裂、基因与染色体的关系等基础知识，以及模型与建模、归纳与演绎等科学思维能力之后，迁移运用于解释伴性遗传图解，并归纳其特点，体现单元教学设计中核心素养培养的延续性，最终实现大单元教学目标。

单元教学设计是确保学生核心素养有效发展，提升教育教学质量的有效途径。以大概念统领的单元教学的优点体现在三个方面：一是强调宏观视角，更能体现出教学内容的整体性和规划性，让学习的发生具有层次感和递进性；二是注重学习航线，为学生“学什么、学到什么程度、怎么学、学得怎么样”搭建学习支架、铺设学习路径，让学习的过程可视化；三是指向深度学习，更强调知识的内在联系和逻辑，着眼于培养学生站在更高位解决真实世界问题的能力，发展学生的高阶思维。在往后的教学实践中，教师需要进一步发掘主题单元的学科角度、素养角度、思维角度，依照单元教学模式图开展更多的教学设计及教学活动；同时，还需要设计形式多样的连续性单元作业，如表现性任务、纸笔测验、绘制思维概念图等，更好地促进学生深度学习，实现提升核心素养的教学目标。

参考文献

［1］吴成军.试论单元教学的优势及教学实践误区［J］.中学生物教学，2023（4）.

［2］胡玉华.大概念统摄的生物学单元教学设计模型建构［J］.中学生物教学，2022（25）.

［3］陈秋来.基于精准教学框架的“减数分裂与受精作用”单元教学［J］.生物学教学，2022（7）.

［4］崔允漷.素养本位的单元设计 助力各国进入“素养时代”［J］.上海教育，2021（32）.

［5］刘微.大概念教学：素养导向的单元整体设计［M］.北京：教育科学出版社，2022.

作者简介：韦蕾蕾（1989— ），广西南宁人，硕士，一级教师，主要从事教学实践研究。

（责编 刘小瑗）