基于“大概念”的高中生物学单元整体教学-以“细胞的能量供应和利用”的教学为例 论文

基于“大概念”的高中生物学单元整体教学

——以“细胞的能量供应和利用”的教学为例

摘要

大概念是处于学科中心位置、对学生学习具有引领作用的基础知识。在教学中，教师围绕着生物学大概念组织并开展教学活动，能有效地提高教

学效益，有助于学生对知识的深入理解和迁移应用，也有助于发展学生的生命观念。

关键词大概念；单元整体教学；生物学核心素养；概念图《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中建构了由大概念、重要概念

及次位概念三级概念体系构成的课程内容框架，并对每个大概念都提出了相应的教学建议，而且在实施建议中特别提出了关于概念教学的建议：为了帮助学生形

成正确的生物学重要概念进而建立生物学观念，教师一方面需要向学生提供丰富的、有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑；另一方面，教学活动不应仅

仅停留在让学生记住一些零散的生物学事实的层面上，而是需要通过对事实的抽象和概括，帮助学生建立生物学概念，并以此来建构合理的知识框架，为学生能

【1】

够在新情境下解决相关问题奠定基础。1厘清大概念、重要概念、次位概念、概念之间的关系

大概念，源于美国，也有学者将其译为大观念。大概念并非指学科中某一具体的概念或定理、法则等，而是指向学科核心内容和教学核心任务、反映学科本

质的、能将学科关键思想和相关内容联系起来的关键的特殊的概念。对于大概念，至今尚未形成一个统一的表述，但在一些基本方面已达成共识：在位置上，大概

念处于学科的中心，是一门学科为数不多几个核心概念；在表述上，大概念是对众多知识概念的筛选与整合；在功能上，有助于促进学习者对知识的深度理解与

【2】

迁移；在结构上，大概念与重要概念、一般概念间形成网络结构

。重要概念是生物学科的骨架，主要是对生命现象、规律、理论等的理解和解释，在引导学

生进行思维训练以及提高学习效率方面有重要作用。概念是反应事物本质属性的思维形式，是对事物的抽象与概括，是经过人的组织而形成的体系化的、将众多

科学知识连为整体的科学知识。基于此，下面尝试对“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”这一大概念下的重要概念进行梳理、归类，并从

1次位概念、重要概念和大概念等层级进行整体架构，建立有意义的联系。

例如，重要概念2“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”，是在以下几个次位概念的基础上建构的：

2.1：绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素的

影响。.2：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。

.3：植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中化学能。

.4：生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。

大量的生物学事实，如科学史研究、显微资料、探究实验等，为这些次位概2念的形成提供依据。通过图1的分析，重要概念2的构建不仅基于若干次位概念、

受重要概念1的支撑，还可支撑重要概念3，共同概括出大概念，进而帮助学生建立生命的系统观、结构与功能观及物质与能量观等。

生命的系统观结构与功能观物质与能量观进化与适应观

形成大概念：细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖

概括出重要概念1：物质通

重要概念

2：细胞的

重要概念

3：细胞会过被动运输、主动运

功能绝大多数基于化经历生长、增殖、分输等方式进出细胞，

学反应，这些反应发化、衰老和死亡等生以维持细胞的正常代

生在细胞的特定区域命活动谢活动

抽提出细胞的代谢、细胞的生

支持学习次位概念2.1、

命历程、物质运输和能2.2、2.3、2.4、量转换、信息传递

包括酶、ATP、细胞呼吸、光合作用

2图

1

各级概念之间的关系

2围绕大概念下的重要概念，创设单元学习情境，提出单元核心

问题建构主义教学观认为：用真实情境呈现问题，营造问题解决的环境，有利于

帮助学生在解决问题的过程中活化知识，变事实性知识为解决问题的工具，从而完成对新知识的意义建构。教师通过创设真实而复杂的情境，让学生将知识与生

活、科技发展联系起来，使知识具备迁移性，进而促进学生核心素养的形成。基于此，教师结合章引言给出的日常生活经验，创设以下单元学习情境：石头和

绿叶在阳光照射下，一个发热一个却不会。从这样的常见现象，引入关于植物的叶片与石头在吸收利用光能方面的不同之处，联系绿色植物的光合作用能吸收、

转化和利用能量。在此基础上，简述光合作用的重要意义，提出“细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢？”这一核心问题。

章题图是明亮的阳光洒在绿叶上，绿叶上映衬着蚱蜢的剪影，画面的美感，激发学生产生学习的冲动。绿叶上还画有叶绿体的亚显微结构模式图和光合作用

过程的模式图解，图解突出了光合作用中ATP与ADP的相互转化。章题图左上方的一首诗，形象贴切地点出了章题图的寓意：动植物的生命活动，全都离不开细

胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源是阳光。当学生看到这幅图，读到这首诗，他们的头脑里展开联想：植物的绿叶光合作用生长，蚱蜢吃着绿叶，能量

从阳光进入植物体内，再流进蚱蜢体内；能量在它们的体内流转激荡，用于物质输入输出，用于生长发育……章引言的题图、题诗、引言，用不同的方式，围绕

本单元标题明确表述的“细胞的能量供应和利用”这一主题去创设情境。本章的四节内容，则是在这一情境的烘托下，进一步围绕着“能量供应和利用”逐步展

开。3指向大概念的整体单元教学为学科核心素养落地提供了新路

径生物学学科核心素养是生物学课程育人价值的集中体现。学科核心素养是学

生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。本单元在发展学生的核心素养方面主要有以下作用。

33.1生命观念

学习本章内容有利于学生认识细胞的生活不但需要物质基础，更需要能量驱动，从而建立“细胞的生存需要能量”这一重要概念。教材在阐述有关概念的过

程中，注意体现细胞的能量供应和利用与物质变化的伴随关系，意在让学生认识到生命活动不仅具有物质基础，还需要能量驱动，而能量的供应和利用，都离不

开物质的变化。物质是能量的载体，能量是物质变化的动力，从而初步建立生物学的物质与能量观。教材在介绍有氧呼吸、光合作用过程时，图文结合，将代谢

具体过程与线粒体、叶绿体的结构相对应，直观地表达了结构与功能相适应。细胞呼吸内在机制基本相同，细胞都以ATP作为能量“货币”，可以帮助学生从细

胞代谢的角度，进一步认识生物界的统一性，为深入认识生命有共同起源打基础；教材结合线粒体起源、有氧呼吸与无氧呼吸的关系等内容，利用思维训练、复习

与提高的拓展题，渗透进化思想观念。3.2科学思维

本章教材注意引导学生运用证据和逻辑来评价论点，安排了有关的“思维训练”。教材还介绍了关于探究酶的本质、探索光合作用过程的科学史中众多的事

实证据，以及科学家所采用的科学方法，以证据、逻辑为基础来建构概念，从而帮助学生在概念学习过程中，训练，提升科学思维品质。在教学中，教师要有意

识地训练学生的科学思维，在建构概念的过程中提升学生的科学思维。生物学中的一些重要概念，如原理、规律、定律等都是科学思维的产物，形成这些概念一

般需要分析与综合、比较与分类、归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等科学思维的过程和方法。科学思维既重视概念形成的结果，

【3】

也关注概念形成的过程。3.3科学探究

本章安排了6个“探究·实践”活动，设计这些“探究·实践”活动，意在让学生体验科学探究的过程，学习控制变量、观察和检测因变量，能设置对照实

验、认识对比实验，并能运用所掌握的科学方法和探究技能，开展全过程、开放性的探究——探究环境因素对光合作用强度的影响。科学探究的关键环节是：作

出假设与猜测、设计实验与验证。“大胆假设”既需要直接思维迸发灵感，也需要基于证据的理性思维。实验验证是通过实验、调查、建模等研究方法收集证据，

4并运用逻辑和数学方法对所收集的数据进行分析、综合、论证、推理等，以判断

假设是否成立的科学思维过程。历经科学探究建构概念，通过科学思维形成概念，【4】

并将科学思维融入科学探究之中。.4社会责任

本章教材引导学生关注酶、细胞呼吸和光合作用的有关原理在生产、生活中3的应用，引导学生尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注

生物科学技术与社会的关系。例如，第三节的“练习与应用”中“拓展应用”第1题，就是分析农业生产中采取的措施与细胞呼吸的关系；本章“复习与提高”

的“非选择题”第2题，就结合光合作用的内容，考查学生对影响光合作用的因素的理解，同时考查学生基于科学事实进行合理推测的能力，最后一小题则引导

学生关注光合作用与化石燃料开采和使用的关系，将视野从课堂延伸到社会。本章的学习，对于学生提升社会责任的担当能力和意识都很有意义。

4紧扣概念教学，突出归纳总结

在新知识、新概念的教学中应该遵循学生的认识规律，尽可能多地给学生提供生物学事实及观察、实验的机会，让学生像科学家一样进行生物学知识的发现、

【5】

归纳，领悟从特殊到一般的不完全归纳过程，帮助他们建构生物学重要概念。例如，“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验时，要分析自变量的处理方

【6】

法、因变量的观测指标以及如何控制无关变量，见表

1。表

1

实验模型中自变量、因变量和无关变量的处理方法

变量本实验的具体处理方法

通过调节台灯与实验装置间的距离来设定自变量光照强度

强、中、弱3种光照强度光合作用强度

因变量（O2）

同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量

生长旺盛的绿叶，直径为1cm的圆形叶片，避开大的叶脉，各放入10片小圆形叶片

实验材料CO

浓度

事先通过玻璃管向清水内吹气

2无关变量

叶圆片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用，光照时间观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆

形叶片浮起的数量5温度

室温总结归纳，就是对大脑已摄入知识进行归类、再加工的过程，在知识间建立

各种联系，使整个知识体系更有条理。学习中，引导学生对所学知识及时梳理，【7】

既可以方便学生记忆、理解、巩固，又可以提升学生归纳的技能。本章内容多处教学都可以基于生物学事实和证据运用归纳与概括、分析与比较对所学知识

进行总结归纳，例如有氧呼吸和无氧呼吸有哪些异同点？与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？光反应和暗反应的区别与联系？光合

作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系？等。5指导构建概念图，梳理概念

概念图是组织和图形化表征知识的工具，它包括众多的概念及概念与命题之间的关系，一般由“节点”“连线”及“相关文字标注”组成。教师引导学生从

宏观到微观、从结构到功能的顺序构建概念图（图2），对所学概念进行梳理，能很好地帮助学生构建知识体系，促进学生理解概念本身，进一步明晰各层级概

念间的关系，使零散知识系统化，同时也使学生的结构与功能观、物质与能量观【8】

和进化与适应观等生命观念进一步得到提升。细胞的能量供应和利用

ATP的结构直接能源物质：细胞

需要通过化学反应实现

的能量“货币”—ATP

ATP与ADP相互转化

酶有氧呼吸

无氧呼吸ATP的主要来源—细

过程、特点

化学本质作用特点胞呼吸

绝大多数是降低化蛋白质，少数学反应

为

RNA

活化能专一性、

高效性、作用条

光反应阶段暗反应阶段

能量之源—光与光过程、

特点合作用

件温和图2

6实施过程评价，助推概念的形成

6评价是日常教学过程中不可或缺的重要环节，是教师了解教学过程、调控教

学的行为、提高教学质量的重要手段。评价内容以课程目标、课程内容和学业质量标准为依据，结合具体的教学内容，以生物学大概念、重要概念等主干知识为

依托，检测学生生物学学科核心素养的发展水平。依据评价内容和对象的不同，采用多元评价方式。可采用学生自评和互评、小组评和教师评相结合的形式。评

价方法应多样。例如：学生成长记录；课堂行为观察；作业练习检测；实践与应【9】

用检测；阶段性纸笔检测等。对学生的评价要贯穿于单元教学的整个过程中，既要有课前预习评价，又要有学习过程评价，还要有学习结果评价；既要评价学

生学习方法的使用、思考问题的思维方式、学习态度，还要评价学生完成学习任务后的表现是否达到素养目标的要求。教师除了要评价学生已经学习过的具体知

识及有关技能掌握情况外，更重要的是需要评价学生解决新情境中新问题的能力【10】。

基于大概念的单元整体教学，以创设真实的问题情境、任务驱动、活动探究、实施过程评价等策略，帮助学生构建概念。基于大概念的单元教学具有聚焦学科

核心内容、明确教学核心任务、引导架构学科知识框架、帮助学生形成生命观念，提高学生的生物学学科核心素养。

参考文献【1】中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版【S】.北京：人民教

育出版社，2020:58.【【2】金鑫.科学大概念教学的缘起、价值及实践路径【J】.教学与管理，2019（8）:8-10

3】孙怀宽.在生物学概念教学中促进学生深度学习的探索【J】.中学生物教学，2021（2）：5—6

【【【4】高金山.基于生物学学科属性的概念教学【J】.中学生物教学，2020（6）：26

5】李学斌.例谈初中学生生物