聚焦大概念：高中生物学单元教学的主题选择与活动设计

文∣李婷 龚奇锋 连圣强

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(简称“课程标准”)明确提出“学习主题为框架”“教学过程重实践”等课程理念。教师应当在有价值的学习主题下，设计系统的、重视学生参与和实践的教学活动，提升学生核心素养。开展基于课程标准的单元教学，是落实“学习主题为框架”“教学过程重实践”等课程理念的重要途径。

教学主题选择以及围绕课程的活动设计在单元教学的开展中尤为重要。理想的教学过程中，学生要在教师的引领下，围绕具有挑战性的学习主题，从生命观念的视角，学习生物学科的核心知识，提升科学探究、创新思维、科学态度和社会责任等生物学科核心素养，解决综合复杂的问题。[1]

一、高中生物学单元教学主题选择的原则

(一)选题聚焦大概念

单元教学设计是在系统的视域下审视教材，探寻互为补充的教材与教学之间的内在关联，将每一节的内容由点贯穿成面，进而形成大单元“线”的设计。[2]学科大概念是反映本质的、相对稳定的、有共识性和统领性的核心观点，是学科知识技能通向学科核心素养的阶梯，可以为生物学科核心素养的提升指明方向，也是学科核心素养嵌入具体内容的固定点，可以整合生物学知识，形成具有逻辑的体系。生物学单元教学主题的选择应该聚焦大概念。以生物与环境模块为例，该模块包含种群和群落、生态系统、环境保护等内容，可聚焦种群、群落、生态系统等几个大概念确定教学主题。

(二)选题注重各级概念的关联

传统教学注重“一课一得”，每节课只完成本课的教学目标，这种教学不利于知识的体系化。例如高中生物学中“种群”的大概念为“不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成动态的生物群落”，关联着三个关于种群的重要概念，基于此可进行如下教学设计：(1)列举种群的种群密度、出生率和死亡率、迁入率和迁出率、年龄结构、性别比例等特征；(2)尝试建立数学模型解释种群的数量变动；(3)举例说明阳光、温度和水等非生物因素以及不同物种之间的相互作用都会影响生物的种群特征。基于种群的大概念及其关联的重要概念，可以把相应知识体系化，构建关于种群这一内容的知识体系。如果纯粹按照“一课一得”的思路，那么种群的数量特征、种群数量的变化、影响种群数量变化的因素等知识点之间就难以建立联系，从而造成教学内容的割裂。将大概念设置为单元主题后，可以把“一课一得”的教学目标整合起来，统一为一个大单元目标：“不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成动态的生物群落”。由此可以有效形成有逻辑的上课体系，“点—面—线”链接在一起，引领学生朝着大概念的理解和核心素养的提升方向持续发展。

(三)选题以学科核心素养为落脚点

生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。学生要通过学习形成科学的自然观和世界观，学会运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题，掌握科学探究的基本思路和方法，并能够基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，解决生产生活问题。教师选择大单元主题时，要考虑生物学科学习过程中所关联的价值观念、必备品格与关键能力，以学科核心素养为落脚点。

以“生物与环境”模块为例，该模块选取有关生物与环境的知识，有助于学生理解生命活动的本质，了解系统分析的思想和方法，为学生树立人与自然和谐发展的观念，形成生存意识、环保意识，践行绿色低碳生活方式奠定基础。教师确定大单元主题时，就可以考虑落实生命观念、社会责任等核心素养，为学生继续学习和走向社会打下认识和实践的基础。

二、聚焦大概念下高中生物学单元教学主题选择的方法和路径

(一)高中生物学单元教学主题选择的方法

单元教学主题选择聚焦大概念，那么教师在选择主题的时候就需要研究课程标准，从知识模块入手，找出大概念，以及大概念下包含的重要概念和次位概念，并根据大概念、重要概念、次位概念之间的逻辑梯度，确定单元内容。在此基础上，进一步关注重要概念之间与次位概念之间的横向联系，将其重组融合并全部指向大概念，梳理概念之间的联系，得出本单元教学的主题及框架。

如人教版选择性必修1“稳态与调节”模块的概念1“生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态”，包含了6个重要概念和23个次位概念。6个重要概念之间的共同联系在于它们都围绕一个核心观念开展。概念1下的重要概念“1.1内环境为机体细胞提供适宜的生存环境，机体细胞通过内环境与外界环境进行物质交换”和“1.2内环境的变化会引发机体的自动调节，以维持内环境的稳态”之间有着横向联系。内环境为机体细胞提供适宜的生存环境，机体细胞通过内环境与外界环境进行物质交换，其中包含了机体细胞生活在内环境中的前提条件，而机体也通过呼吸、消化、循环、泌尿等系统参与了内外环境之间的物质交换。在这个过程中，内环境会发生相应的变化，引起自身的自动调节，如可以通过对血糖、体温、pH和渗透压的调节来保持内环境的相对稳定，各个机体不同的器官系统也会协调一致维持内环境稳态。这两个重要概念都围绕“内环境是细胞与外界环境物质交换的媒介”这一观念展开，在此过程中内环境还会通过各器官系统维持内环境各项理化性质的稳定。由此可以引出一个核心问题：内环境稳态的内涵是什么？教师可以提炼这两个重要概念所关联的大概念“人体内环境与稳态”，以此作为单元教学的主题。(见图1)

图1 单元教学主题选择的路径示例

概念1下的重要概念“1.3神经系统能够感知机体内、外环境的变化，并作出反应调控各器官、系统的活动，实现机体稳态”“1.4内分泌系统产生的多样类型的激素，通过体液传送而发挥调节作用，实现机体稳态”“1.5免疫系统能够抵御病原体的侵袭，识别并清除机体内衰老、死亡或异常的细胞，实现机体稳态”之间也有着密切的横向联系。三个重要概念都指向一个核心问题：内环境稳态的调节如何进行？教师可以提炼这几个概念关联的大概念“人和动物保持稳态的调节机制”，以此作为单元教学的主题。

概念1下的重要概念“1.6植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的调节”主要指向一个核心问题：植物生长素和其他植物激素是如何调节植物生命活动的？这一核心问题又指向大概念中的“植物激素调节”，教师可以此作为单元教学的主题。

(二)高中生物学单元教学主题选择的路径

在进行单元教学主题选择时，教师可按照以下路径来完成。单元主题的选择聚焦了大概念，从各概念的关联中找出核心问题，再由核心问题指向大概念，继而确定单元教学的主题。

三、高中生物学单元教学的活动设计

(一)情境导学活动设计

著名教育家杜威在《我们怎样思维》中指出：思维最主要的一个功能就是在新情境中解答问题，排除疑虑，整个思维的过程其实就是梳理、分析和解决问题的过程。换句话说就是人的思维始于疑问。运用情境，可以促进学生的思维训练与知识应用。情境学习理论的哲学基础是建构主义，强调知识是人在情境中与各种要素不断互动、建构的过程和结果。[3]在大单元教学过程中，如果可以以问题情境主线开展教学活动，创建一个能够贯穿整个单元教学始终的真实情境，以问题导学，将学生需要解决的问题信息包含在特定的问题情境中，就可以深化学生对不同层次概念的理解与迁移。[4]创设情境不难，但适当的情境不容易创设。教师如果只是零散地展示不同知识点所对应的情境素材，不仅很难帮助学生理解整个单元的学习内容，而且还会让学生思维混乱、无所适从，无法把割裂的知识联系并建构为整个单元的知识网络。所以，如何创建一个贯穿整个单元始终的真实情境尤为重要。在新教材中，有很多贴合知识的真实情境，教师如果能用好教材中的情境，加以拓展，设置问题串，就可以很好地把一个单元的教学内容串联起来，避免出现知识点散乱的现象。

仍以“种群”相关单元设计为例，在人教版选择性必修2第1节“种群的数量特征”的问题探讨部分，展示了2015年我国科学家在东北长白山脉北部地区共监测到东北豹42只这一真实情境，还分别统计了不同年龄段和不同性别的东北豹的数量。在教材中关于种群的内容中多次出现对东北豹的研究并提出相应问题。教师可以利用教材情境，增设大情境下的小情境，每个小情境对应相应的学习任务，借此整合单元知识，让学生对大单元整体学习目标有直观的理解。

情境及问题设置如下：

【课题1】走进东北豹“种群”

学生在做该题时、易错点为：对5L不知如何处理、代数据时就是5L、不知道用把5L水的质量算出来、还有的学生就只算出水吸收的热量。所以做题时、要认真审题、还要学会把前后知识连贯应用起来。

情境：长白山脉北部地区有东北豹，调查东北豹的种群数量。

问题：通过阅读教材，理解样方法、标志重捕法等几种估算种群密度的方法，提出问题：(1)调查长白山脉的长白松和东北豹应分别使用哪种方法，理由是什么？(2)在调查过程中，有哪些注意事项？

【课题2】东北豹家族的变迁

情境：几十年前，东北地区广袤无边的森林里，生活着许多东北豹，后来人类活动增多，影响了东北豹的生存情况。

问题：根据任务，设置情境，提出问题：(1)为什么东北豹在人为保护的措施下种群数量仍不能迅速增长？(2)我国东北地区森林在人类采伐林木、垦荒种地、建设铁路后数量减少，而近些年国家全面禁止天然林商业性采伐，建立自然保护区，种群数量持续增多，这与什么有关呢？(3)科学家对东北豹雌雄个体数目和各年龄段个体数目进行研究有什么意义呢？

情境：东北豹生活的长白山脉有51种外来物种，其中危害性较强的有稻水象甲、美洲斑潜蝇、日本松干蚧、栗山天牛、菜豆象、松针红斑病菌。它们传播和扩散的速度很快。

问题：(1)外来物种的种群数量增长的形式可用什么曲线表示？理由是什么？(2)如何利用曲线探讨外来物种入侵的治理情况？

【课题4】给东北豹一个安逸的家

情境：东北豹在广袤无边的森林里生活，但森林的资源和空间是有限的。

问题：(1)东北豹生活的长白山脉环境中资源空间有限，东北豹的种群数量增长的形式可用什么曲线表示？(2)根据曲线分析，如何提高东北豹的种群环境容纳量？对濒危物种的保护应该如何进行？

【课题5】东北豹的“家园”

情境：东北豹生活的长白山脉有很多种群，它们的种群数量总在波动中，东北豹也如是。东北豹生活的森林中，植物种群数量在不同时期都有不同的变化。

问题：(1)森林中的动植物受到哪些非生物因素的影响？(2)种群内部生物之间是否相互影响？(3)种群数量是否受到其他生物种群的影响？

教师可以以情境问题为主线，引导学生完成一个单元的学习过程。学生逐步建立单元概念学习网络，将单元内的相关概念串起来，对概念进行深度的理解，可以有效促进科学思维和问题解决能力的提高。

(二)建模教学活动设计

“模型与建模”是认识事物本质属性和相互关系的科学方法，能够有效揭示事物的本质、特征或规律，使复杂抽象的内容形象化、具体化，帮助学生描述、解释科学现象或预测发展趋势。[5]课程标准和教材都把模型建构作为高中生物学考查的内容之一。大单元教学中，建构单元模型有助于学生将对知识抽象的理解通过图画、图表等形象的方式进行表达，加深对科学概念的理解。学生厘清复杂内容的内在逻辑关系，围绕科学问题构建模型，有助于学生在科学思维和科学探究等方面得到较好的发展。[6]

学生的学习与科学家的研究都是探索未知的认识过程，当学生或科学家面对一个客观的物质现象或过程时，复杂的组成因素使他们难以把握其本质和规律。在这个过程中，可以通过建构模型，吸收主要因素，忽略对象系统中的非本质因素，从而将复杂的物质现象和过程进行抽象的概括和简化，进而可以通过图画、图表等具体直观的形式进行形象化表征。因此，通过对物质现象和过程构建模型，可以增进人们对其本质的理解和认识。学生可以自主构建模型来进行探究学习，也可以直接使用科学家们发展成熟的模型进行科学解释。在科学发展的历程中，科学家不断构建、应用和修正模型，发展了很多在当时历史条件下得到广泛科学共识的模型，从而使科学模型成为科学知识的一种类型。教师在教学过程中，可根据学生的理解水平将科学模型进行适当调整作为教学内容，帮助学生理解物质现象和过程。[7]这主要是为了将已知的概念进行具体化，所建立的模型不是为了揭示一个科学现象，而是通过构建模型的过程来再现课本的知识，帮助学生加深对概念认识和理解，并体验具体化的模型的作用。[8]

例如在“细胞增殖”专题中，学生可以建构“有丝分裂的模型”，从已知的知识入手，通过染色体和DNA的变化连接整个有丝分裂的过程，这里教师可以使用物理模型的方式引导学生理解有丝分裂这一科学现象。学生也可以通过绘制曲线，构建数学模型，理解变化过程。学生在之后的学习中还可以构建“有丝分裂和减数分裂的区别的模型”，模型和模型之间还可以建立联系，构建单元大概念模型。将物理、数学、概念三种以上的模型应用到教学中，可以更好地帮助学生体验知识的建构过程。在建构模型的过程中，教师可以通过一些作业活动，让学生不断应用模型，也可以对模型进行修正，增进学生对知识本质的理解。[9]

(三)指向学科核心素养的项目化学习活动设计

项目化学习以真实生活中的问题作为任务驱动，引导学生在项目式活动中通过调查研究、设计方案、探究实践、发明创造、自我修正等项目流程的探究学习，实现知识的自主习得，探究实践和科学思维核心素养的达成。学生在综合运用知识提升能力和素养的同时，实现从“解题”到“解决问题”的提升，是大单元项目化学习的核心价值。[10]

教师可以把单元的教学内容转化为一个学科的项目化学习活动，通过一系列学习探究的过程，组织学生在解决问题的过程中主动构建知识，最终落实核心素养的发展。也可以进行跨学科教学，打破单一学科界限，指导学生利用其他学科知识和经验解决生物学科问题，加深学生对知识的理解，拓展学生思维，提高课堂教学效率。

四、结语

综上，高中生物大单元教学中，教师要关注单元教学主题的选择，不要拘泥于课本顺序。根据大概念划分的主题会让学生更容易厘清概念之间的逻辑关系，实现大概念单元教学的目标。而在选择的主题下，设计合适的学习活动也非常重要。在聚焦大概念的教学思路下，建构概念学习模型，并利用大情境设计以大单元为单位的项目化学习活动，都可以有效关联各个概念，真正提升学生的科学思维。