新课标背景下的生物教学：基于核心素养的主题式单元教学设计与实践

1、基于核心素养的主题式单元教学设计与实践以生态系统的稳态、平衡与可持续发展主题为例摘要：以雾灵山和白洋淀生态系统的真实科学研究数据为情境，确定“生态系统的稳态、平衡与可持续发展”为单元主题，分别从不同角度使单元学习内容结构化、学习活动设计任务化，充分调动学生学习的主观能动性。引导学生讨论生态热点问题，尝试构建模型分析模型修正模型，提出生态经济和谐发展方案等，从而培养和提升学生解决问题的能力和生物学学科核心素养。关键词：单元教学设计 核心素养 生态系统稳定性新时代教育的首要目标是培养学生形成伴其一生的关键能力和必备品格。结合生物学科特点和学生发展核心素养的要求，普通高中生物学课程标准（2017年版

2、2020年修订）内容“学科核心素养与课程目标（一）学科核心素养”的“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任”成为生物教师确定课程目标、遴选教学内容、设计教学活动的依据。单一课时设计存在着知识碎片化，学生素养训练不全面等诸多局限性，以单元教学设计为抓手能很好地解决这些矛盾。01教学背景分析1.1 确定单元主题 生态系统的学习涉及到与实际生活密切相关的生态环境问题。现如今，生态问题是社会热点议题，生态文明建设中，要求学生能在理解生态系统发展规律的基础上，关注环境问题，提高环境保护意识。中国的生物多样性保护白皮书中提到：中国坚持在发展中保护、在保护中发展，改善生态环境质量，协同推进生物多样性保护与绿

3、色发展。因此，维持和提升生态系统稳定性成为学生解决生态学问题的核心内容，这个过程中学生需要厘清：1）各成分之间复杂的种间关系；2）外界影响因素造成的此消彼长；3）应用生态学概念解决实际问题；4）建立人与自然和谐共处的可持续发展理念。从而在科学探究中，树立生命观念、发展科学思维、提升社会责任。因此，确定的单元主题为生态系统的稳态、平衡与可持续性发展。1.2 教学内容分析 1.2.1 分析核心概念 人教版教材选择性必修2 生物与环境统领在概念2（图 1）下，共涉及4 个重要概念和22个次位概念。“生态系统稳定性”是建立在生态系统结构“各成分相互影响”以及生态系统功能“物质循环、能量流动和信息传递”

4、基础上的应用，既联系又相对独立，利用科学研究的真实数据作为学习情境，有利于在结构化知识体系的前提下，培养和提升学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。1.2.2 教材中的地位 生态系统稳定性与前后章节存在着承上启下的逻辑关系。“如何维持生态系统的稳定性”是本单元教学分析问题、解决问题的要点，学生要关注生态系统自我调节能力和影响其动态平衡的相关因素，学生可以利用前面章节学习的“种群、群落、生态系统结构与功能”的相关知识，完成课堂内、外的学习任务。通过信息检索、自主探究及小组合作等形式，学生充分进行组内和组间的交流，总结维持自然与人工生态系统稳定性的要素，以及针对更为复杂的实际问题提出行之有效的解

5、决方案。1.3 学生情况分析 综合课堂学习状态及课前测试内容，进行学生情况分析结果如下：1）从知识角度，学生能够理解生态系统稳定性涉及到的独立概念，即生态系统具有一定的调节能力，但怎么调节，与成分、结构和功能之间有什么联系，功能中物质循环、能量流动和信息传递三者关系以及对稳定性的贡献是什么，学生无法建立其中的联系，尤其是在相似概念辨析以及应用成体系的概念群解决更为复杂情境下的新问题时，还存在比较大的困难。2）从能力角度，学生具备一定的分析问题、解决问题的能力，但仅限于解释简单的生命现象，一旦提供的事实或证据复杂多样，如多种成分对生态系统造成影响，成分之间相互关系复杂等，涉及的思维广度和深度较大

6、时，从获取信息到全面表达等环节就会出现问题，说明学生的应用和创新能力还处于比较初级的阶段。3）从素养角度，社会责任这一部分，由于各个学科间可以迁移，大多数学生是套用，并不能系统说明与生态系统稳态、平衡、可持续发展与人类开发、利用之间的生物学原理所在。学生回答问题时，生命观念仍停留在水平一和水平二阶段，不能迁移解决复杂问题。科学思维在逻辑表达上最不理想，大多数也只停留在水平一、二阶段。02单元教学设计2.1 学习目标 图2中所列单元学习目标，包含学生应该达成的学习目标和达到该目标的主要素养水平，其中 AD 分别代表生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，数字代表水平层次，如学生通过案例分析讨论，

7、运用物质与能量平衡观，解释具体生态系统的稳定性，最终要达到生命观念水平四的要求。又如，为常见生态系统的合理利用和维持可持续发展提出有价值的建议，主要侧重社会责任水平四的要求。而每一个学习目标中，有相互的交叉，还包含了对于其他素养的要求。2.2 学习任务 学习任务是分布在不同课时中的，主要设计意图是帮助学生能够实现概念构建到概念应用、简单问题到复杂问题解决的过渡：1）学生能够亲历科学探究过程，体会简单人工生态系统与复杂自然生态系统的差异，认识到研究问题需要遵循由简入繁的思维逻辑；2）学生能够根据森林和湖泊，即陆生和水生生态系统2个实例，分别从自然因素和人类活动2个角度分析稳定性影响因素，寻找其中

8、的差异性和统一性，构建生态系统稳定性的概念体系和分析提升稳定性的方法。3）学生通过合作、运用科学思维，发现并提出解决实际问题的具体方案，以此提升学生对于生态系统结构与功能、稳态与平衡等生命观念的建立和完善，对于常见生态系统的利用和可持续发展提出有价值的建议，培养学生的社会责任感。首先，学生分析自然因素对雾灵山生态系统的影响，逐步生成生态系统稳定性的各级概念，并能够根据数据分析和情境，构建生态系统稳定性的概念体系。从而进一步完成任务1和任务2，即分别是：1）根据植被生物量、总固碳释氧量和净固碳释氧量，从生态系统功能的角度分析实现稳态的表征及对环境的调节能力；2）根据海拔、温度、水源和土壤等自然因

9、素对雾灵山植物群落组成和多样性变化的规律性研究（如具体植被与节肢动物群落随季节变化关系），从生态系统结构角度分析实现稳态的基本表征及受到影响后的调节过程，总结生态系统的自我调节能力和机制。课后作业设计为任务 3：分组制作水生生态瓶，并对其他小组生态瓶进行评价。其次，学生根据白洋淀生态监测数据，应用生态系统稳定性的概念和原理分析得出白洋淀水域生态系统能够在一定限度内为人类提供可利用的资源，开发适度就可以通过自我调节抵御干扰，但超过限度的利用和环境污染会导致生态系统崩溃等结论，提出并设计可持续发展措施和治理方案。为达成相关学习目标，学生需依次完成3个任务，即任务4：分析府河白洋淀生态系统的稳定性，

10、并利用河流自净简化模式图说明其调节过程；任务5：探索白洋淀生态系统稳定性下降的主要原因；任务6：在实现生态-经济平衡发展的前提下，提高白洋淀生态系统稳定性的措施。2.3 课时安排 第1课时，将北京雾灵山生态系统的科研资料改编为探究学案，让学生通过分析自然因素对生态系统的干扰，构建生态系统稳定性的概念体系。第2课时，改编白洋淀生态系统的研究文献内容，让学生通过以生态瓶稳定性的实践探究作为研究基础，根据资料分析人类活动对水生生态系统稳定性的影响。在生态系统学习过程中，学生要完成设计“生态瓶”的作业，2个课时与作业之间相辅相成，互为补充，从概念形成到实践再到概念应用，一脉相承，其关系及板书设计见图

11、3。03课时教学实践现以第2课时为例，简要说明学生在任务驱动下达成相关学习目标的过程。 3.1 教学目标 1）运用结构与功能、稳态与平衡等生命观念，结合数据分析解释白洋淀生态系统稳定性状况；2）能够为白洋淀生态系统的合理利用和维持可持续发展提出有价值的建议。 3.2 教学重点和难点 1）重点：分析白洋淀生态系统结构和功能，阐明生态系统的自我调节能力；2）难点：能够基于事实分析，运用生命观念解决实际问题，并树立社会责任。 3.3 教学过程 学生对自制的生态瓶稳定性做出判断，开启由简单可控人工水生生态系统的思考，到复杂水生生态系统白洋淀稳定性的探究活动。首先，教师呈现出真实科学研究白洋淀源头之一府

12、河水质调研数据（表 1）及类似河流生态系统受到生活污水（含大量有机物） 轻度污染后的示意图（图 4）提出任务1（单元设计解读）。学生结合数据和图，作出推测，并通过寻找证据，对河流受到轻度污染后，仍然能够维持稳定性进行归因，并自主完成污水、好氧细菌、藻类、溶解氧、无机盐的关系图，树立通过负反馈调节，维持物质能量平衡，即可维持生态系统稳定性的意识。教师从影响稳态的因素和维持稳定性特征的角度，引发学生认知冲突，过渡到任务2，即学生需要应用物质与平衡观进一步分析白洋淀生态系统的稳定性，资料见表 2。学生以小组为单位通过对表中数据进行讨论，得出“白洋淀生态系统稳定性下降”的结论，并根据白洋淀富营养化资料

13、，进一步讨论污水、藻类、溶解氧、好氧菌、鱼虾等生物的关系，并自主完善关系图。在构建关系图时，学生能分析出该生态系统物质与能量的平衡、生态系统的结构和功能均遭到破坏，从而找到白洋淀生态系统稳定性失衡的原因，即人类活动造成的污染和过渡利用导致白洋淀出现正反馈调节现象。在效益与生态的矛盾下，教师顺势提出任务3，要求学生利用平衡生态与经济效益双赢的发展策略，提出治理方案。学生的建议是基于前面研究提出的，教师在评价学生方案时，更是提供了真实治理方案以及白洋淀生态系统稳定性提升的研究证据。在整节课中，学生通过学以致用，提升了对绿色生态发展，构建美丽中国等相关社会热点的关注度，体会到中学生在未来祖国发展中所

14、肩负的社会责任。04学习评价4.1 过程性评价 1）关于生态瓶制作（以小组为单位）：评价内容包含生态瓶（可模拟创新不同生态系统）的设计、实验结果记录，生态瓶存活时间的长短及美观程度，评价标准见表 3。结果是：学生制作生态瓶的热情很高，优秀小组占比能够达到40%；所有小组均能合格。2）课堂学案的评价标准：第2课时中对于学生完成的关系图及提出的综合治理方案进行评价，通过学生的反馈情况，判断学生是否达到相应的学科核心素养水平。如果在任务1中完成关系图时，学生能够主动提出以达成稳态为前提，说明可以达到生命观念的水平三；如果在任务2中完善关系图时，能够分析出外源和内源因素均会导致生态系统失衡，且提出超过

15、影响因素导致正反馈的发生，则说明已达到生命观念的水平四。此外，学生在任务3中提出的治理方案，仅答出污水处理，则达到社会责任的水平一；若能答出污水处理和生物操纵，说明已达到社会责任的水平三；如果能够答到污水处理、生物操纵以及考虑到人与自然、经济效益与生态和谐发展，说明能够达到社会责任的水平四。 根据教学课堂反馈和学案回收情况，进行结果分析：大多数学生能够在教师引导过程中达成生命观念的水平三和水平四，少数学生仍停留在水平一和水平二；学生在获取信息的过程中，少数学生能够找到信息之间的逻辑关系，因此，小组合作的重要性就体现在任务1和任务2中，组内的讨论和相互指导，能够帮助同伴顺畅思路，完成任务。此外，

16、社会责任虽然比较易于达成， 但由于课堂时间有限，绝大多数学生能够在教师问题引导中达成相关目标，但教师仍必须要求学生在笔头的落实，以实现在课程中的持续训练，完成潜移默化、内化于心的过程。 4.2 终结性评价 利用相关习题进行终结性评价，其评价标准是：围绕“稳态与平衡”“结构与功能”等生命观念，通过不同角度的设问，综合考查学生理解、推理、解释归因、思辨创新等多种科学思维能力，与此同时，考查学生关于生态的社会责任意识。对学生的不同程度回答进行水平归因，以此更好指导和调整后期教学。此外，通过测试题的结果分析显示，学生解决实际问题的能力有所提升，能够准确获取题目中的关键信息，通过应用生态系统相关概念进行

17、解释归因和思辨创新，具备一定的社会责任意识。05教学反思“生态系统稳态、平衡与可持续发展”的单元设计，首先秉承立德树人的教育核心思想，教师对学生身边生态系统的科学研究进行加工和改编（如雾灵山陆生、白洋淀水生生态系统），利用完整的真实情境帮助学生构建知识体系、深层次理解和应用概念体系，解决问题。通过对不同影响因素的分析，帮助学生寻找不同生态系统稳定性维持和提升的差异性与统一性，建立生态系统稳定性的分析和保护模型。引导学生关注社会热点问题的同时，充分体会生物学知识在解决生产生活实际问题时的广泛应用，明确环境保护、建设美丽中国的重要意义，加深对“绿色”理念的理解以及生态意识的建立。其次，尊重学生思维发展过程，对关系图的绘制和过程分析，都遵循着由简入繁，由概念建构到动手实践，再到概念应用解决问题等思维逻辑和研究思路，逐渐递进，不断深入，充分调动学习者主观能动性，积极探索生态系统稳定性背后的原理及规律，构建生态系统反馈调节的分