基于學(xué)科核心素養(yǎng)的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)——以“尿液的形成和排出”為例

張 培 石琳娜

（1.北京師范大學(xué)昌平附屬學(xué)校 北京 102206）

（2.北京市昌平區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 北京 102200）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的課程基本理念中明確提出以核心素養(yǎng)為宗旨。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。這也為初中生物學(xué)教學(xué)提供了改革的方向和要求。如何開展指向?qū)W科核心素養(yǎng)的有效教學(xué)？這要求教師必須提升教學(xué)設(shè)計(jì)的站位，即從關(guān)注單一的知識點(diǎn)、課時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇髥卧O(shè)計(jì)。只有這樣，才能改變學(xué)科知識點(diǎn)的碎片化教學(xué)，才能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與素養(yǎng)目標(biāo)的有效對接。因此，筆者以“尿液的形成和排出”為例進(jìn)行了單元教學(xué)設(shè)計(jì)的探索。

1 確定指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.1 分析單元學(xué)習(xí)內(nèi)容

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中共涉及50個(gè)重要概念。本單元以重要概念為單位區(qū)分事實(shí)和概念，厘清概念之間的邏輯關(guān)系，建構(gòu)概念圖。本單元需要形成的重要概念為“泌尿系統(tǒng)包括腎臟、輸尿管、膀胱和尿道，其功能是排除廢物和多余的水”。這一重要概念的形成建立在“泌尿系統(tǒng)由腎臟、輸尿管、膀胱和尿道組成”“腎臟形成尿液的基本結(jié)構(gòu)是腎單位”“尿液是血液流經(jīng)腎單位時(shí)形成的”“尿的形成是連續(xù)的，尿的排出是間歇的”等多個(gè)次位概念的基礎(chǔ)上。同時(shí)，這一重要概念的達(dá)成又是學(xué)生理解“人體各系統(tǒng)正常工作為細(xì)胞提供了相對穩(wěn)定的生存條件”“神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)人體生命活動(dòng)”“人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體”等其他概念的有力支撐。

1.2 指向?qū)W科核心素養(yǎng)

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。本單元教學(xué)設(shè)計(jì)從落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)，在各課時(shí)內(nèi)通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、演繹推理和假說驗(yàn)證，讓學(xué)生在問題解決、批評質(zhì)疑的過程中主動(dòng)構(gòu)建腎單位的模型以及尿液的形成和排出過程，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到“技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的同時(shí)科學(xué)發(fā)展有利于指導(dǎo)社會生活”，最終使學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、局部與整體觀，并養(yǎng)成健康的生活習(xí)慣。

基于上述分析，確立本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)：①說出人體產(chǎn)生的主要代謝廢物及排出途徑，從穩(wěn)態(tài)與平衡觀的角度描述排泄的概念以及對人體生命活動(dòng)的意義。②描述人體泌尿系統(tǒng)的組成，闡明腎臟各部分結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，概述尿液的形成過程，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。③觀察并描述哺乳動(dòng)物腎臟的形態(tài)和主要結(jié)構(gòu)；自主觀察腎臟縱切切片，描述腎單位的結(jié)構(gòu)。④能夠根據(jù)腎單位的功能，推測腎單位的結(jié)構(gòu)并制作物理模型，能夠基于觀察修正模型。⑤基于科學(xué)史，能夠?qū)κ穼?shí)資料進(jìn)行信息獲取和數(shù)據(jù)分析，嘗試概括結(jié)論。⑥逐步養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習(xí)慣。

2 實(shí)施“問題-任務(wù)-活動(dòng)”為主線的單元教學(xué)設(shè)計(jì)

為了更好地實(shí)現(xiàn)單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師需要將目標(biāo)轉(zhuǎn)化為可理解探索的問題，這就是核心問題。有了核心問題，在課堂上還需要有核心任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生完成對核心問題的探索?；诤诵娜蝿?wù)，教師呈現(xiàn)系統(tǒng)化、多樣化的學(xué)習(xí)材料，設(shè)計(jì)系統(tǒng)、有層次的子任務(wù)，將其轉(zhuǎn)變成一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)單元教學(xué)的實(shí)施。在本單元的規(guī)劃中，先從整體入手，以“人體是如何排出代謝廢物的？”為核心問題。在課堂實(shí)施層面，確立以下任務(wù)和活動(dòng)。

（1）任務(wù)①認(rèn)識人體泌尿系統(tǒng)的組成。

活動(dòng)①基于數(shù)據(jù)，分析認(rèn)識人體排泄的主要途徑，認(rèn)識泌尿系統(tǒng)。學(xué)生分析人體排出代謝廢物的相關(guān)資料，認(rèn)識人體排泄的途徑。通過比較，發(fā)現(xiàn)其主要途徑是排尿，依賴于泌尿系統(tǒng)完成。學(xué)生觀察人體泌尿系統(tǒng)的組成模式圖，描述泌尿系統(tǒng)包括的器官和各自的功能。

活動(dòng)②觀察腎臟，描述哺乳動(dòng)物腎臟的形態(tài)和主要結(jié)構(gòu)。學(xué)生分組按由外向內(nèi)的順序觀察哺乳動(dòng)物腎臟的外部形態(tài)和縱剖面結(jié)構(gòu)，觀察后進(jìn)行描述。

活動(dòng)③由宏觀腎臟到微觀腎單位，自主構(gòu)建腎單位模型。教師由宏觀腎臟過渡到微觀腎單位，并提供小腸、肺等重要器官的結(jié)構(gòu)與功能資料，以及漏斗、塑料管、濾紙、注射器等實(shí)驗(yàn)材料。學(xué)生根據(jù)資料，類比推理腎單位的功能及應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行小組合作，假設(shè)并初步構(gòu)建腎單位的物理模型。各小組在pad平臺進(jìn)行自建模型的交流共享。之后，學(xué)生借助顯微鏡觀察腎臟縱切切片，依據(jù)真實(shí)的腎單位結(jié)構(gòu)自主修正自建模型，歸納概括腎單位的結(jié)構(gòu)及功能，由此提升創(chuàng)造性思維和“事實(shí)-假設(shè)-證據(jù)”的科學(xué)思維，體驗(yàn)科學(xué)研究思路，建立結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）任務(wù)②認(rèn)識尿液的形成過程。

活動(dòng)①尿液形成機(jī)制的科學(xué)史分析，嘗試作出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的預(yù)期。學(xué)生分析鮑曼和路德維希兩位科學(xué)家對尿液形成過程的不同假設(shè)，找出兩種假設(shè)的最大差異。教師提出問題：要想證明你認(rèn)同的假設(shè)，腎單位的三個(gè)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)抽取哪個(gè)部位的液體進(jìn)行成分分析？學(xué)生分析思考作出判斷，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論的預(yù)期。

活動(dòng)②血漿和原尿的主要成分?jǐn)?shù)據(jù)分析，構(gòu)建腎小球的濾過作用。教師指出，隨著科技的發(fā)展，科學(xué)家做出微細(xì)管可以抽取腎單位結(jié)構(gòu)中的液體，進(jìn)行成分分析。學(xué)生比較血漿與原尿的主要成分，小組討論，分析問題：原尿和血漿的成分有什么顯著不同？血液在流經(jīng)腎小球時(shí)發(fā)生了什么變化？觀察電子顯微鏡下腎小球和腎小囊壁的超微結(jié)構(gòu)及動(dòng)畫模擬，說明原因。

活動(dòng)③原尿和尿液的主要成分?jǐn)?shù)據(jù)分析，構(gòu)建腎小管的重吸收作用：教師提出問題：腎小囊中的原尿就是人們所說的尿液嗎？學(xué)生對比分析原尿和尿液的主要成分，小組討論、回答問題：原尿中有哪些人體需要的物質(zhì)？物質(zhì)在腎小管和毛細(xì)血管間會發(fā)生什么變化？通過數(shù)值比較，分析重吸收的不同物質(zhì)量的差異。

由此，通過科學(xué)史和數(shù)據(jù)分析，教師引導(dǎo)學(xué)生小組學(xué)習(xí)、合作探究，促使學(xué)生的思維層層深入，自主構(gòu)建尿液的形成過程。教師對尿液形成機(jī)制的科學(xué)史進(jìn)行加工處理，設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性地提出科學(xué)探究方案，讓學(xué)生親歷探索尿液形成的提出問題、作出假設(shè)、尋找證據(jù)、得出結(jié)論的科學(xué)流程，培養(yǎng)學(xué)生的歸納概括、比較分析、邏輯推理等科學(xué)思維，并進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能觀。學(xué)生通過認(rèn)識科學(xué)的發(fā)展以及與實(shí)際生活的聯(lián)系，突出落實(shí)了科學(xué)、技術(shù)和社會相互關(guān)系的教育，培養(yǎng)參與相關(guān)事務(wù)的討論、解決現(xiàn)實(shí)生活問題的社會責(zé)任意識。

（3）任務(wù)③認(rèn)識尿液的排出及認(rèn)同泌尿系統(tǒng)的衛(wèi)生保健。

活動(dòng)①構(gòu)建尿液的收集和排出過程概念模型。由微觀腎單位回歸到宏觀腎臟及泌尿系統(tǒng)的組成，學(xué)生自主構(gòu)建尿液的形成和排出過程概念模型，并認(rèn)同膀胱暫存尿液功能的意義。教師聯(lián)系實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生分析神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)部位受損患者以及嬰幼兒的小便失禁現(xiàn)象，說明尿液的排出受神經(jīng)系統(tǒng)支配。認(rèn)同人體各個(gè)系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，完成生命活動(dòng)，人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體。

活動(dòng)②解讀尿常規(guī)化驗(yàn)單，解釋代謝廢物排出的意義。學(xué)生分析正常樣本與異常樣本的尿液化驗(yàn)單，解決問題：異常尿液樣本中分別有哪些指標(biāo)不正常？異常尿液樣本的患者分別最有可能是腎臟的哪個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問題？為避免此異常情況發(fā)生，維持健康生活，你有哪些建議？教師結(jié)合生活實(shí)際，從穩(wěn)態(tài)與平衡觀的角度引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成適量飲水、及時(shí)排尿的生活習(xí)慣。

活動(dòng)③人類泌尿系統(tǒng)疾病和治療資料分析。教師創(chuàng)設(shè)FSGS（局灶性節(jié)段性腎小球硬化）及血液透析治療的情境，引導(dǎo)學(xué)生分析：FSGS的病變器官是哪里？FSGS患者進(jìn)行尿常規(guī)檢查時(shí)，常見蛋白尿、血尿和糖尿，原因是什么？從血液循環(huán)的角度分析，透析儀器為什么要分別與患者的動(dòng)脈和靜脈相連？過濾前的透析液成分應(yīng)與體內(nèi)哪種液體成分相似？血液透析相當(dāng)于尿液形成過程中的哪個(gè)環(huán)節(jié)？半透膜相當(dāng)于腎單位中的哪些結(jié)構(gòu)？腎衰竭患者除了進(jìn)行血液透析外，還有什么治療方法？根據(jù)相關(guān)研究成果，嘗試提出新的治療思路？由此幫助學(xué)生建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、問題解決的能力。

3 落實(shí)“教-學(xué)-評”一體的單元評價(jià)目標(biāo)

教學(xué)評價(jià)是檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)達(dá)成程度的主要手段，要注重評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)過程的一致性。教學(xué)評價(jià)要注意多元化，不僅注重學(xué)生的結(jié)果性評價(jià)，更要注重學(xué)生學(xué)習(xí)的形成性評價(jià)。

本單元的評價(jià)目標(biāo)包括：①能夠分析尿常規(guī)化驗(yàn)單，說明疾病原因。評估的標(biāo)準(zhǔn)是信息獲取準(zhǔn)確、解釋合理、邏輯可靠。②能夠分析人類泌尿系統(tǒng)疾病，并提出解決方案。評估的標(biāo)準(zhǔn)是探究問題清楚、方案設(shè)計(jì)合理。③在進(jìn)行腎臟解剖觀察時(shí)，動(dòng)作要準(zhǔn)確、熟練、規(guī)范，并能說明腎臟的結(jié)構(gòu)與功能。④觀察腎臟縱切切片，認(rèn)識腎單位時(shí)，描述要準(zhǔn)確清晰，能基于結(jié)構(gòu)與功能觀構(gòu)建腎單位模型。⑤對尿液形成過程的科學(xué)史進(jìn)行分析時(shí)，能準(zhǔn)確獲取信息，進(jìn)行合理解釋，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)期和討論，并形成重要概念。⑥強(qiáng)烈認(rèn)同養(yǎng)成健康生活習(xí)慣的必要性。⑦試題評價(jià)時(shí)，題目作答準(zhǔn)確率高。

大單元教學(xué)設(shè)計(jì)是一種教學(xué)設(shè)計(jì)理念和策略，強(qiáng)調(diào)把一個(gè)主題或單元的內(nèi)容作為一個(gè)整體，實(shí)施統(tǒng)一的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)、單元學(xué)習(xí)過程和單元教學(xué)評價(jià)，凸顯了學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成的整體性、滲透性和長期性。大單元教學(xué)設(shè)計(jì)有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)目標(biāo)的有效設(shè)計(jì)和持續(xù)落實(shí)，為生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的最終達(dá)成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，指向?qū)W科核心素養(yǎng)的大單元設(shè)計(jì)是落實(shí)立德樹人、發(fā)展素質(zhì)教育、深化課程改革的必然要求，也是學(xué)科核心素養(yǎng)落地的關(guān)鍵路徑。