生物学核心素养与有效教学

高中生物科核心素养与有效教学刘建峰广东省汕头市澄海苏北中学515829摘要核心素养是指最关键、最必要的共同素养，具体到生物科学素养的核心内容，比较公认的包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等。本文拟就生物科学核心素养结合人教版教材内容、考纲要求、全国卷高考原题等进行解读，并就教学中如何有效落实核心素养提出一些建议和参考。关键词核心素养人教版有效教学2022年3月教育部印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》特别突出了核心素养这一关键词。2022年2月中国教育学会开始向全社会公开征求关于《中国学生发展核心素养（征求意见稿）》的意见。核心素养是指最关键、最必要的共同素养，是适用于一切情境和所有人的普遍素养。核心素养也是知识、技能和情感态度(三维教学目标)等的综合表现。它既包括探究能力、解决问题、批判性思维等“认知性素养”，又包括自我管理、组织能力、人际交往等“非认知性素养”。具体到生物科学素养的核心内容，包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等。不难看出，除了生命观念在共同素养基础上具有较为典型的学科属性外，其他三项都具有适用于一切情景的普遍性。在教学中能否有效落实生物科学核心素养，实现从知识本位走向核心素养，必将成为衡量教育教学效果的重要依据。一、生物科学核心素养的解读1.生命观念生命是源于自然随机事件且能在与环境互作中保留下来的具有新陈代谢和自我复制特征的物质形态，生命是结构与功能的统一体，无贵贱之分。生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，有助于理解或解释较大范围的相关事件和现象。学生应该在较好地理解生物学概念性知识的基础上逐渐形成生命观念。基于上述认识，教学中抓好概念的教学就显得尤为重要。一个重要的生物学概念，我们既要掌握其内涵，又要明确其外延；既能从理论上理解，又能在实例中解读；既能明晰其特有的的含义，又能放在一定的知识网络中与其他概念建立有机联系。生命观念知识举例结构与功能观必修1--有机大分子的结构与功能；必修1--细胞的结构与功能；必修2--遗传物质的结构与功能；必修3--反射弧与反射活动；必修3--种群的年龄结构等、群落的空间结构与功能；必修3--生态系统的结构与功能。进化与适应观必修1--细胞结构的进化与适应；必修1--细胞代谢的进化与适应；必修1--细胞分裂的进化与适应；必修2--现代生物进化理论；必修3--调节的进化与适应；必修3--生态系统的进化与适应。稳态与平衡观必修1--细胞膜与细胞内部环境稳定；必修1--液泡与细胞渗透压的稳定；必修1--细胞分裂、凋亡的相对平衡，细胞呼吸与光合作用的相对平衡等；必修3--内环境的稳态与调节；必修3--生态系统的稳定性与生态平衡；选修3--协调与平衡原理。物质与能量观必修1--糖类、脂肪、蛋白质与能量；必修1--ATP是主要的直接能量物质；必修1--细胞呼吸、光合作用与能量的吸收、贮存、释放、利用、散失；必修3--生态系统的物质循环与能量流动；必修3--生态农业与能量的多级化利用。生命观念的应用，要求学生能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象。例如，教学中可以用蛋白质为什么具有功能的多样性这样的问题去渗透结构功能观；用无氧呼吸到有氧呼吸的进化是对生命活动要求高能量利用率的适应去渗透进化与适应观；用内环境的相对稳定是体内细胞进行正常生命生理活动的必要条件去渗透稳态与平衡观；用能量流动是物质循环的动力去渗透物质与能量观等。理性思维崇尚并形成科学思维的习惯；能够运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。关于理性思维的训练，在教学中必须让学生成为课堂的主体，突出自主性，让他们多看、多听、多说，多动手，多思考，多讨论，多相互评价，做到眼、耳、口、手、脑总动员。既有独立的思考和表达过程，又有彼此间的合作与促进。理性思维知识举例归纳与概括必修1--结合光合作用的探究，归纳概括出光合作用的概念；必修1--细胞膜的3大功能都有相对性；必修1--蛋白质是生命活动的主要承担者；必修2--DNA是主要的遗传物质；必修3--负反馈调节是自我调节能力的基础。演绎推理必修1--实验设计；必修2--孟德尔关于遗传因子的假说演绎；必修2--萨顿关于基因与染色体关系的类比推理和假说；必修2--摩尔根关于基因与染色体关系的假说演绎；必修3--促胰液素的发现。模型与建模必修1--真核细胞三维结构模型；必修1--细胞膜流动镶嵌模型；必修2--DNA双螺旋结构模型；必修3--血糖调节动态物理模型；必修3--种群数量变化数学模型。批判性思维必修1--细胞的体积都趋向于小吗？必修1--被动运输不需要需要能量吗？必修2--基因突变一定导致新性状出现吗？必修2--生殖隔离的形成一定要先地理隔离吗？必修3--植物向光性只和生长素分布不均有关吗？篇幅所限，在此仅举一个渗透批判性思维的教学案例：特定物质的跨膜运输方式是唯一的吗？教学时可以先结合必修1第74页科学前沿“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”这一资料，使学生认识到水分子的跨膜运输除了自由扩散还有协助扩散的方式，补充适当的资料使学生认识到细胞要实现快速大量的吸水过程主要靠水通道蛋白的协助扩散方式；钾离子通道和钠离子通道参与的跨膜运输也是协助扩散，强调无机盐离子跨膜运输也可能不是主动运输；结合课本红细胞吸收葡萄糖的方式为协助扩散，小肠绒毛细胞吸收葡萄糖的方式为主动运输，结合下面这道，让学生认识到小肠绒毛上皮细胞也可以通过协助扩散的方式吸收葡萄糖。（2022年汕头市二模试题3.）小肠绒毛上皮细胞膜上存在着两种运输葡萄糖的载体SGLT1(主动运输的载体)和GLUT2(协助扩散的载体)。研究人员根据不同葡萄糖浓度下的运输速率绘制如右图所示曲线,下列说法中不正确的是A.葡萄糖浓度极低时只通过主动运输吸收

B.该实验可以探究不同浓度葡萄糖条件下的主要吸收方式

C.小肠绒毛细胞对葡萄糖的两种运输方式可同时进行

D.在较高浓度下,细胞主要依赖主动运输来增大吸收速率科学探究能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。在开展不同的工作中，都乐于并善于团队合作。人教版课本关于科学探究的基本要求主要有：熟悉探究实验的一般步骤；实验设计前能提出明晰的思路；实验设计时遵守基本原则；有能力确定相关变量并分析；能对实验设计和结论作出合理的评价及补充修正意见。科学探究绝不能流于形式，更不能变成纸上谈兵，只有让学生真正去验证，去探究，去设计，去评价，才能具备真正意义的学科素养。如果少一些演示实验多一些分组实验，少一些预设实验多一些生成实验，少一些观看实验视频多一些自己录制实验视频，就根本不必担心学生缺乏学习兴趣。社会责任生物学科的社会责任是指基于生物学的认识参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。学生应能够关注涉及生物学的社会议题，参与讨论并作出理性解释，辨别迷信和伪科学；主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护环境等相关知识；结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。借助学科教学培养学生的社会责任，本身就是育人价值的很好体现。在教学中，应该打破固有模式，多给学生辩论的机会，理不辩不明；多给学生走上街头宣传科学知识的机会；多给学生结合环保等问题向相关部门进言的机会。社会责任知识例举反对迷信，崇尚科学必修2---特创论与现代生物进化理论；必修1--细胞学说与魏尔肖的修正；必修3--沃泰默与顽固的反射；选修3--转基因食品的安全性问题的讨论。健康生活必修1---合理膳食，坚持有氧运动；必修1--远离致癌因子；必修3--拒绝毒品；必修3--调节与稳态。关爱生命必修2--遗传咨询、产前诊断；必修3--野生动植物的保护；必修3--关爱艾滋病人和携带者。保护环境必修1---细胞膜将细胞外和细胞内部环境分隔开来，使细胞内部环境相对稳定；必修3---内环境稳态的重要性；必修3--人类活动对种群、群落、生态的影响；必修3--生物的间接价值远大于直接价值。结合本地资源开展科学实践学校垃圾分类；校园植被分布调查与建议；韩江沿岸污染源对水质影响的调查；空心菜的农药污染检测；回南天家庭衣物易霉变的处理方法。二、从考纲能力要求看生物科学核心素养高中生物考试说明在考核目标与要求、考试范围上，要求学生不光要重视基础知识，同时也要重视生物科学素养，具体落实到重视四种能力的培养[=1\*Arabic1]。理解能力（1）能理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系，形成知识的网络结构。（2）能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容。（3）能运用所学知识与观点，通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断或得出正确的结论。分析上面对理解能力的要求，在核心素养上的对应关系包括：（1）强调对归纳概括能力的考查，（2）强调对归纳概括、模型与建模的考查，（3）强调对演绎推理、思维方法的考查。总体侧重于考查理性思维、生命观念等方面的素养。2.实验探究能力（1）能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。（2）具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。（3）具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。（4）能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。不难看出，实验探究能力的要求侧重考查的核心素养是理性思维、科学探究。3.获取信息的能力（1）能从课外材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题。（2）关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展以及生物科学发展史上的重要事件。获取信息能力的要求侧重考查的核心素养是生命观念，理性思维，社会责任。4.综合运用能力理论联系实际，综合运用所学知识解决自然界和社会生活中的一些生物学问题。综合运用能力的要求侧重考查的核心素养是理性思维，社会责任。三、从人教版教材要求看生物科学核心素养人教版教材各个模块都突显了对培养学生生物科学核心素养的重视。除了正文部分，还特别补充了大量的各种形式的教学资源。如果说正文是饭，补充的资源就是菜。在教学过程中，教师必须充分认识到这一部分内容的重要性，有效地把这些内容融合到教学过程中去，在教学中突出其核心素养的价值取向，才能保证教学的有效性。下表是对必修模块中出现的教学资源内容和对应的生物科学核心素养的简单归纳。项目核心素养与生活的联系；与社会的联系；科学·技术·社会；调查；课外实践社会责任批判性思维理性思维模型建构理性思维技能训练（提出假说、得出结论）科学探究技能训练（类比推理，识图与作图，分析图解，模型的建构）理性思维技能训练（设计实验，设计实验程序，分析和处理数据，评价实验设计和结论）科学探究资料分析（例如：分泌蛋白的合成与运输等）生命观念四、从高考题命制特点看核心素养的考查《2022年高考理科试题分析》中在评价2022年全国卷（海南）试题特点时，明确指出重视了两个方面的考查：一个是科学素养，一个是生态学观点。下面是对2022年全国卷（乙卷）生物部分学科核心素养考查取向的简析。题号题干选项考点能力与核心素养的考查1题干必修1细胞物质组成，结构和功能本题主要涉及4种细胞器以及细胞核的考查，难度较低，属容易题。考查对象均为核心知识内容，侧重考查核心素养中生命观念的的结构功能观和理性思维的归纳与概括。A细胞器的结构B细胞核内核酸的分布C线粒体的功能D叶绿体的功能2题干必修1物质跨膜运输的方式本题侧重于主动运输的考查，忽略自由扩散的考查，要求能够明确主动运输和协助扩散的异同点。难度中等。核心素养侧重于生命观念的结构与功能观和理性思维中的归纳与概括。A协助扩散的特点B主动运输是逆浓度梯度运输C主动运输需要细胞代谢产生的能量D主动运输需要载体蛋白的参与3题干必修1酶活力测定实验本题侧重考查实验操作动手能力，如果做过该实验，判断是没有问题的。关于保温和计时，仅需判断计时的起点，据此可以排除BD项，至于AC，则是要求学生明确缓冲液的作用：确保反应体系在反应的过程中具有稳定相，不影响酶的作用，所以要自始至终起作用。难度中等。核心素养方面，侧重于科学探究中的实验设计部分。A实验步骤的有序性BCD4题干必修3神经调节从题干看本题是考必修3神经调节，但是命题意图则是考查必修1，侧重情景迁移能力的考查，使用必修3的情景考查必修1的知识。难度中等。核心素养侧重于考查生命观念中的调节与平衡观和理性思维中的归纳和概括。A必修1有氧呼吸的第3阶段B必修3突触间隙中神经递质的移动C必修1蛋白质的生物合成D必修3静息电位的恢复5题干必修3生态系统本题知识载体为必修3生态系统，难度中等。核心素养方面，其中AB考查生命观念中的物质和能量观；CD突出考查社会责任中的保护环境、环境破坏的恢复等。A物质循环和能量流动B能量流动的单向性C人类活动对生态影响的实例D生态平衡原则下的人类活动6题干必修2单基因遗传病的特点，基因频率本题的命题意图是要求学生能够清晰区别常染色体和伴X染色体遗传的区别，以及伴X染色体遗传病在不同性别中的发病率，联系考查学生对基因频率的掌握情况。难度中等。在核心素养的考查中，侧重于理性思维中的归纳与概括和演绎与推理。A常染色体隐性遗传病发病率B常染色体显性遗传病发病率CX染色体显性遗传病发病率DX染色体隐性遗传病发病率29题干必修1ATP的结构，放射性同位素标记法本题考点覆盖必修1---ATP、2---T2噬菌体侵染细菌的实验、DNA半保留复制等内容。难度中等。在能力要求方面，（1）（2）侧重于理性思维中批判性思维的考查；（3）侧重于核心素养中的科学探究及理性思维中的演绎推理。（1）ATP的水解（2）dATP的水解与DNA复制（必修2）（3）DNA的半保留复制（必修2）30题干必修1探究影响光合作用强度的环境条件本题侧重考查必修1探究影响光合作用的环境因素，并要求学生能够分析特定限制因子影响光合作用速率的原因。难度中等。核心素养考查包括科学探究、理性思维的推理、模型与建模分析（数学模型）。（1）光合作用的主要限制因子（光照强度）（2）光合作用的主要限制因子（CO2浓度）（3）特定限制因子影响光合速率的原因分析31题干必修3免疫调节与预防接种本题侧重考查必修3免疫调节与预防接种，同时结合免疫细胞的功能综合考查必修1细胞膜的流动性。难度中等。总体命题导向侧重于核心素养的社会责任中的健康生活、关爱生命；理性思维中的归纳与概括。（1）B淋巴细胞、T淋巴细胞与体液免疫、细胞免疫（2）预防疫苗的属性与作用（3）必修1胞吞、胞吐的共同特点32题干必修2基因与染色体的关系，杂交实验设计与分析本题侧重考查必修2的假说演绎法、遗传分析。难度较大。核心素养的考查侧重于理性思维的演绎与推理。（1）特定基因位置与显隐性判断（2）实验设计验证特定的结论39题干选修1微生物的培养与应用本题侧重考查实验设计和操作能力以及实验结果分析和评价。难度中等。核心素养方面侧重考查科学探究。（1）培养基的营养成分，固体培养基的基质（2）环境中微生物的采集方法（3）实验结果的判断，操作方法的评价40题干选修3基因工程操作的步骤本题侧重考查选修3基因工程，联系考查必修2DNA的自我复制等内容。能力取向侧重基础知识和基本技能。难度中等。核心素养侧重于推理、归纳概括和科学探究等。（1）运载体的必要条件（2）菌种筛选及依据，选择培养基的特点（3）必修2DNA自我复制的条件关于在教学中渗透生物科学核心素养的建议和参考无论是传递知识、开拓思维、组织活动还是互动交流，教师在设计和组织教学时要将传统的“以知识点为核心”的教学观念，转变为“以核心素养为导向”的教学。具体而言，需要体现以下三个着力点。第一，由“抽象知识”转向“具体情境”，注重营造学习情境的真实性。核心素养着力解决的是提高学生面对复杂情境下的问题解决能力，使之能够适应飞速发展的信息时代和复杂多变的未来社会。传统教学以学科知识点为核心，传授的知识往往过于抽象，难以形成解决实际问题的能力。现实中的问题情境往往更加复杂多元，教师在教学中需要注意把抽象问题与真实情境相结合，为学生创设能够利用所学知识解决真实问题的机会。第二，由“知识中心”