生物學科核心素養視角下的單元主題教學
——以海水稻為情境的單元主題教學為例

裘 麗

（四川省成都市西北中學 四川成都 610041）

單元主題教學又叫大單元教學，首先，這是一種教學思想；其次，是一種教學方式。不同于教材中的“主題單元教學”，單元主題教學要求教師站在更高的角度，以整個學段（高中或者初中）作為一個整體，通盤考慮培養學生的核心素養和關鍵能力，以促進學生的全面發展。

從淵源上看，中國古代的學校教育最初就是一種混合式的、不分學科的教育方式。直到隋唐時，才逐漸開始進行粗略的分科。后來出現了新式的學堂，又設立了學校，這時才細分出國文、算數等學科，出現正規的單元型教材，形成了以單元教學為手段的授課方式。在2000年，開始有人提出大單元教學模式，經過近20年的摸索實踐，這種教學方式逐步顯現出其存在的價值。本文以海水稻的生理、研究、開發為線索，探究在學科核心素養的基礎上，如何整合高中生物學的知識，以大單元的教學方式，進行生物學教學。

一、單元主題教學的操作與要求

單元主題教學并非單個的教案或教學案例，也不是機械地整合單元內容。教師不能對跨學段知識強行整編，而是要深入研究，合理統籌，根據學生學習的規律，將相應的知識內容有機結合，進行教學設計。

這種教學設計方式對教師的教育思想和教學能力提出了更高的要求。這樣的要求表現在以下幾個方面：1.要求教師要以課程標準為依據，跨年級進行知識的有效遷移；2.要求教師根據教學實際，重構新的知識和能力系統；3.要求教師在課堂教學時，不能簡單重復教學內容，而要把不同的教學內容進行有機結合，并在結合中加深拓寬、升華完善；4.要求教師設計教學環節時，不以暫時的學生成績為目標，而要連貫緊湊，對學生的核心素養和關鍵能力的提高效果明顯。這種教學思路的成形過程，是從單章教學發展到單元教學，再從單元教學發展到單元主題教學，并不是一蹴而就的。

筆者以海水稻為線索，嘗試進行單元主題教學，頗有些收獲。

二、單元主題教學的實例：以海水稻為線索的高中生物單元主題教學

（一）教學背景

海水稻其實只是耐鹽堿水稻的通俗名稱，是指能在鹽堿濃度為0.3%以上的鹽堿地生長，且單產可達300kg/畝以上的一類水稻品種。它除了具有耐鹽堿的優點，還具有抗澇、抗倒伏、抗病蟲害等能力，比普通水稻具有更強的生存優勢。研究海水稻具有現實意義：在國家層面上，水稻是糧食作物，所謂“無農不穩”，糧食生產在國家的經濟、民生、安全等方面是國家民生的基礎，起著壓艙石的作用；海水稻的研究成功，為國家穩定糧食生產、提高土地的利用、保障國家經濟安全提供可能。在社會層面上，海水稻的種植，使原來不能有產出的鹽堿地有了產出，使荒地變成了良田；在個人層面上，海水稻的米呈現紅色，不僅含有豐富的淀粉，還含有天然的可溶性紅色色素和氨基酸、高蛋白、鈣，另外含有硒、鎂、鋅、銅、鐵、鉬、錳等微量元素，營養價值高。所以，海水稻是很好的教學材料。

（二）關于海水稻的單元主題教學

海水稻相關知識的教學可以貫穿于整個高中生物學科教育中，這對提高學生對問題的整體認知有很好的幫助；海水稻的教學情境可以引導學生將所學理論與實際相結合，提升學習知識和技能的目的性；教師可以以實例鼓勵學生好好學習相關知識，報效祖國。通過學習海水稻的研究過程，學生們將領會到：一項工程，如果沒有國家的統籌安排，靠個人或小團體的力量是不可能完成的，從而提高學生的國家意識。海水稻的研究通過了各個國家科研機構的合作，在科學家的帶領下，集全體人民的力量來造福全球。

三、具體課程設計

（一）高一年級上期：物質進出細胞的實例、物質跨膜運輸的方式

課程引入時，教師可以提出問題“海水稻為什么比普通水稻更耐鹽堿”來導入情境。學習人教版必修一《物質跨膜運輸的實例》，研究水進出植物細胞的方式：滲透作用。學生學習的過程中，教師可將海水稻的根毛細胞在蔗糖液中的狀態和普通水稻相對照，再用海水稻根毛細胞在較濃鹽水（KNO3溶液）中的表現引出下節課的內容。

由上節的實驗結果引出“為什么在濃鹽水中，海水稻和普通水稻都會出現質壁分離，但海水稻可以更早地出現質壁分離復原？為什么它比普通水稻更耐鹽堿？”引出《物質跨膜運輸的方式》。研究海水稻主動運輸的載體比普通水稻豐富。

（二）高一年級下期：基因對性狀的控制

教師在教學時可以提出問題：“為什么海水稻比普通水稻細胞膜上的載體豐富？”以此為情境，由學生討論得出，這是由于海水稻具有相應的基因，且表達此基因強度高。然后教師繼續提出問題：“為什么海水稻具有眾多載體的基因？”為以后學習選擇性必修三《基因工程及其應用》埋下伏筆。讓學生體會育種工作者通過基因工程以及其他育種工作育出海水稻工作的艱苦。

（三）高二年級上期：學習選擇性必修一《生態環境的保護》

教師在課程引入或總結時，可以提出問題：“海水稻引入農業生產中，有什么利弊？”引導學生討論，辯證地看問題。

（四）高三一輪復習時可以將以上知識點加以整合，并對比研究藜麥抗旱耐鹽的結構特點。

（五）高三二輪復習可以以海水稻為主題，進行主題整合教學。

四、從核心素養解讀課程設計

生物學核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個維度，下面就本課程進行這四個維度的分析。

（一）高一年級上期，學習新課：物質進出細胞的實例

第一節課：這節課首先應該建立感性認識。首先，老師拿出事先制作好的把根泡在清水或較濃鹽水中24小時的普通水稻，要求學生通過對水稻狀態的觀察，認識到水稻根的吸水、失水與周圍溶液的濃度有關，泡在低濃度的溶液中吸水，泡在高濃度的溶液中失水（科學探究）。老師可以在這之后放一段視頻，介紹我國海水稻的研究和成果。然后展示滲透裝置，觀察現象。通過對滲透裝置模型的學習，學生掌握細胞滲透吸水的原理，并通過討論，建立滲透模型，分析細胞如何滲透吸水或者失水（科學思維）。

然后，老師和學生一起討論如何設計實驗，探究植物細胞的吸水和失水。學生通過提出問題、做出假設、設計實驗。通過小組討論，擬訂實驗方案（科學探究）。

第二節課：學生按照上節課設計的實驗方案進行實驗，獲得結果，總結，得出結論（科學探究）。這時，老師可以拿出海水稻和普通水稻的根細胞臨時裝片，請大家預測將兩組細胞都置于0.3g/ml的KNO3溶液中，細胞是否會質壁分離。

學生們通常會猜測水稻的根細胞會出現質壁分離，可能還有學生會猜測根細胞會出現自動的質壁分離復原。

然后老師利用顯微投影儀進行實驗，請學生們觀察現象，結果發現：雖然兩組水稻的根細胞都會發生質壁分離，然后出現質壁分離復原（第一重認知刷新），但是海水稻質壁分離的程度小于普通水稻，出現復原的時間早于普通水稻（第二次認知刷新）。學生們產生了新的問題：為什么細胞會出現質壁分離后，自動出現質壁分離復原？為什么海水稻的質壁分離和質壁分離復原的出現時間都早于普通水稻？（科學探究）帶著問題，老師進入下節課的學習。

（二）高一年級上期：物質跨膜運輸的方式

教師在教學過程中可以向學生提問：為什么海水稻比普通水稻更耐旱和耐鹽堿？帶著問題，學生學習物質是如何進出細胞的。

在學習過程中，學生們通過查找資料，獲知：海水稻的根細胞膜上具有更多的無機鹽離子的載體，細胞液的濃度更大，通過分析這些結構特征是否有利于海水稻吸收更多的水和無機鹽離子、對根細胞的滲透吸水的影響，來理解物質跨膜運輸的方式對植物細胞生長發育的作用（科學思維、生命觀念）。

（三）高一年級下期：基因對性狀的控制

基因對性狀的控制的兩種方式，都可以通過海水稻的實例得以實現。海水稻的細胞呼吸和光合作用較普通水稻旺盛，這些主要是通過相應的酶的作用來實現的；海水稻細胞膜上的載體種類和數量很豐富，使海水稻吸收無機鹽離子的能力很強。這些特征與基因有關嗎？（生命觀念）教師在教學過程中提出問題，引發學生的討論，最后體會到基因是如何控制性狀的（生命觀念）。

（四）高三年級上期：整合以上知識點

這時，教師可以把海水稻和藜麥做對比，先研究藜麥抗旱耐鹽特性和高營養價值特點與藜麥結構特點的關系，通過視頻播放藜麥的耐旱耐鹽機制成因，教師提問：藜麥的耐旱耐鹽特性與其結構有關，這樣的結構是怎樣形成的？（科學思維）

學生通過小組討論：藜麥的耐旱耐鹽結構與其特有的基因組有關，它的結構特性是其基因組在特定的時間、空間上程序性表達的結果（生命觀念）。

然后學生分別研究耐旱和耐鹽特性的產生：通過科學家繪制出藜麥基因組草圖，其中包含11億個堿基對。初步分析顯示，藜麥有6萬多個“有用基因”，部分基因或與藜麥耐旱、高營養等特性有關。破解藜麥基因組將有助于了解其耐旱、高營養的遺傳原因，用于改良農作物品種（社會責任）。

教師提出任務一：經過育種專家的研究，發現控制藜麥的耐旱特性有一組基因，我們想要研發耐旱的水稻，有什么育種方法？具體怎樣做？要求學生畫出育種路線圖。師生共同討論和評價育種方案（科學思維）。

中國科學院上海植物逆境生物學研究中心張蘅研究組和朱健康研究組，通過對藜麥基因組的高質量組裝和鹽泡細胞的轉錄組分析，揭示了藜麥耐鹽和高營養價值的分子機制。研究表明，鹽泡細胞是在藜麥耐鹽過程中起重要作用的一類細胞，研究人員提出了從表皮細胞到鹽泡細胞離子轉運的分子模型（科學思維）。

教師提出任務二：經過育種專家的研究，發現控制藜麥的耐鹽特性有一組基因，我們想要研發耐鹽的水稻，有什么育種方法？具體怎樣做？要求學生經過討論，畫出育種路線圖。師生共同討論和評價育種方案（科學思維）。

教師提出任務三：我們將藜麥耐旱和耐鹽的基因分別轉到了水稻A和水稻B上，我們想要研發既耐鹽又耐旱的海水稻，我們應該怎樣完成？要求學生經過討論，畫出育種路線圖。師生共同討論和評價育種方案（科學思維）。

教師展示關于水稻的習性的資料和袁隆平的雜交水稻：水稻是天然的閉花自花授粉的植物，但是，我們發現只有抗旱耐鹽水稻是雜合子時，才能表現出其抗旱耐鹽的特性來。這時介紹袁隆平的雜交水稻的育種方案（社會責任）。

教師提出任務四：現有一個水稻雄性不育系A，和抗旱耐鹽水稻純合系B，請問如何長期獲得具有抗旱耐鹽特性的水稻。要求學生經過討論，畫出育種路線圖。師生共同討論和評價育種方案（科學思維）。

（五）高三年級上期：海水稻與生態系統的關系

教師展示我國海水稻的研究現狀：各地科研部門不僅研究出了高產的抗旱耐鹽的新的水稻品種，還與各地自己的水稻品種雜交，獲得了適宜當地氣候的口感更佳的高產海水稻。

教師提出問題：這樣的水稻有那么多優點，可以立即推廣種植嗎？假設你就是負責人，如果能夠推廣種植，你認為應該怎樣推廣？如果不能立即推廣種植，你認為是什么原因？

總結：海水稻的研發是一項復雜、工作量巨大的工程，不僅需要每個研發人員的努力，還需要各部門的通力合作，甚至全世界的相關機構也要參與其中，這就要全國、全世界的人們共同完成，所以我們認為有一個協調優秀、致力于改善人民生活的國家政府，是全體國民，甚至是全世界人民的幸事。各位同學也要學好知識，提升能力，造福人民（生命觀念、社會責任）。

結語

將海水稻作為情境，貫穿于整個高中生物學的教學課程中，抽絲剝繭，步步深入，層層遞進，符合人們對事物由表及里、由點到面的認知過程，揭示出人們如何通過對一件事物進行多角度、多層次的研究，最后揭示事物的核心本質和與其他事物的關系。在學習過程中，大家學習如何利用各種方法、手段，多人協調配合，共同完成研究。

這樣的學習方式，可以發展學生的核心素養，建立正確的世界觀、人生觀、價值觀，有利于提升學生的認知水平，創造更加美好的人生。同時，讓具有生物學科素養的人才服務于社會，服務于人類。