基于学科核心素养的大单元教学设计——以“尿液的形成和排出”为例

张 培 石琳娜

（1.北京师范大学昌平附属学校 北京 102206）

（2.北京市昌平区教师进修学校 北京 102200）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的课程基本理念中明确提出以核心素养为宗旨。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。这也为初中生物学教学提供了改革的方向和要求。如何开展指向学科核心素养的有效教学？这要求教师必须提升教学设计的站位，即从关注单一的知识点、课时转变为大单元设计。只有这样，才能改变学科知识点的碎片化教学，才能真正实现教学设计与素养目标的有效对接。因此，笔者以“尿液的形成和排出”为例进行了单元教学设计的探索。

1 确定指向学科核心素养的单元学习目标

1.1 分析单元学习内容

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》中共涉及50个重要概念。本单元以重要概念为单位区分事实和概念，厘清概念之间的逻辑关系，建构概念图。本单元需要形成的重要概念为“泌尿系统包括肾脏、输尿管、膀胱和尿道，其功能是排除废物和多余的水”。这一重要概念的形成建立在“泌尿系统由肾脏、输尿管、膀胱和尿道组成”“肾脏形成尿液的基本结构是肾单位”“尿液是血液流经肾单位时形成的”“尿的形成是连续的，尿的排出是间歇的”等多个次位概念的基础上。同时，这一重要概念的达成又是学生理解“人体各系统正常工作为细胞提供了相对稳定的生存条件”“神经系统和内分泌系统调节人体生命活动”“人体是一个统一的整体”等其他概念的有力支撑。

1.2 指向学科核心素养

生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。本单元教学设计从落实学科核心素养出发，在各课时内通过创设情境，引导学生进行科学探究、演绎推理和假说验证，让学生在问题解决、批评质疑的过程中主动构建肾单位的模型以及尿液的形成和排出过程，引导学生认识到“技术进步推动科学发展的同时科学发展有利于指导社会生活”，最终使学生形成结构与功能观、稳态与平衡观、局部与整体观，并养成健康的生活习惯。

基于上述分析，确立本单元学习目标：①说出人体产生的主要代谢废物及排出途径，从稳态与平衡观的角度描述排泄的概念以及对人体生命活动的意义。②描述人体泌尿系统的组成，阐明肾脏各部分结构与功能的关系，概述尿液的形成过程，形成结构与功能观。③观察并描述哺乳动物肾脏的形态和主要结构；自主观察肾脏纵切切片，描述肾单位的结构。④能够根据肾单位的功能，推测肾单位的结构并制作物理模型，能够基于观察修正模型。⑤基于科学史，能够对史实资料进行信息获取和数据分析，尝试概括结论。⑥逐步养成良好的卫生习惯。

2 实施“问题-任务-活动”为主线的单元教学设计

为了更好地实现单元学习目标，教师需要将目标转化为可理解探索的问题，这就是核心问题。有了核心问题，在课堂上还需要有核心任务，驱动学生完成对核心问题的探索。基于核心任务，教师呈现系统化、多样化的学习材料，设计系统、有层次的子任务，将其转变成一个个学习活动，引导单元教学的实施。在本单元的规划中，先从整体入手，以“人体是如何排出代谢废物的？”为核心问题。在课堂实施层面，确立以下任务和活动。

（1）任务①认识人体泌尿系统的组成。

活动①基于数据，分析认识人体排泄的主要途径，认识泌尿系统。学生分析人体排出代谢废物的相关资料，认识人体排泄的途径。通过比较，发现其主要途径是排尿，依赖于泌尿系统完成。学生观察人体泌尿系统的组成模式图，描述泌尿系统包括的器官和各自的功能。

活动②观察肾脏，描述哺乳动物肾脏的形态和主要结构。学生分组按由外向内的顺序观察哺乳动物肾脏的外部形态和纵剖面结构，观察后进行描述。

活动③由宏观肾脏到微观肾单位，自主构建肾单位模型。教师由宏观肾脏过渡到微观肾单位，并提供小肠、肺等重要器官的结构与功能资料，以及漏斗、塑料管、滤纸、注射器等实验材料。学生根据资料，类比推理肾单位的功能及应具有的结构，然后进行小组合作，假设并初步构建肾单位的物理模型。各小组在pad平台进行自建模型的交流共享。之后，学生借助显微镜观察肾脏纵切切片，依据真实的肾单位结构自主修正自建模型，归纳概括肾单位的结构及功能，由此提升创造性思维和“事实-假设-证据”的科学思维，体验科学研究思路，建立结构与功能观。

（2）任务②认识尿液的形成过程。

活动①尿液形成机制的科学史分析，尝试作出实验结果和结论的预期。学生分析鲍曼和路德维希两位科学家对尿液形成过程的不同假设，找出两种假设的最大差异。教师提出问题：要想证明你认同的假设，肾单位的三个结构中，应抽取哪个部位的液体进行成分分析？学生分析思考作出判断，并进行实验结果及结论的预期。

活动②血浆和原尿的主要成分数据分析，构建肾小球的滤过作用。教师指出，随着科技的发展，科学家做出微细管可以抽取肾单位结构中的液体，进行成分分析。学生比较血浆与原尿的主要成分，小组讨论，分析问题：原尿和血浆的成分有什么显著不同？血液在流经肾小球时发生了什么变化？观察电子显微镜下肾小球和肾小囊壁的超微结构及动画模拟，说明原因。

活动③原尿和尿液的主要成分数据分析，构建肾小管的重吸收作用：教师提出问题：肾小囊中的原尿就是人们所说的尿液吗？学生对比分析原尿和尿液的主要成分，小组讨论、回答问题：原尿中有哪些人体需要的物质？物质在肾小管和毛细血管间会发生什么变化？通过数值比较，分析重吸收的不同物质量的差异。

由此，通过科学史和数据分析，教师引导学生小组学习、合作探究，促使学生的思维层层深入，自主构建尿液的形成过程。教师对尿液形成机制的科学史进行加工处理，设计问题，引导学生创新性地提出科学探究方案，让学生亲历探索尿液形成的提出问题、作出假设、寻找证据、得出结论的科学流程，培养学生的归纳概括、比较分析、逻辑推理等科学思维，并进一步促进学生建立结构与功能观。学生通过认识科学的发展以及与实际生活的联系，突出落实了科学、技术和社会相互关系的教育，培养参与相关事务的讨论、解决现实生活问题的社会责任意识。

（3）任务③认识尿液的排出及认同泌尿系统的卫生保健。

活动①构建尿液的收集和排出过程概念模型。由微观肾单位回归到宏观肾脏及泌尿系统的组成，学生自主构建尿液的形成和排出过程概念模型，并认同膀胱暂存尿液功能的意义。教师联系实际，引导学生分析神经系统相关部位受损患者以及婴幼儿的小便失禁现象，说明尿液的排出受神经系统支配。认同人体各个系统相互联系、相互协调，完成生命活动，人体是一个统一的整体。

活动②解读尿常规化验单，解释代谢废物排出的意义。学生分析正常样本与异常样本的尿液化验单，解决问题：异常尿液样本中分别有哪些指标不正常？异常尿液样本的患者分别最有可能是肾脏的哪个结构出现了问题？为避免此异常情况发生，维持健康生活，你有哪些建议？教师结合生活实际，从稳态与平衡观的角度引导学生养成适量饮水、及时排尿的生活习惯。

活动③人类泌尿系统疾病和治疗资料分析。教师创设FSGS（局灶性节段性肾小球硬化）及血液透析治疗的情境，引导学生分析：FSGS的病变器官是哪里？FSGS患者进行尿常规检查时，常见蛋白尿、血尿和糖尿，原因是什么？从血液循环的角度分析，透析仪器为什么要分别与患者的动脉和静脉相连？过滤前的透析液成分应与体内哪种液体成分相似？血液透析相当于尿液形成过程中的哪个环节？半透膜相当于肾单位中的哪些结构？肾衰竭患者除了进行血液透析外，还有什么治疗方法？根据相关研究成果，尝试提出新的治疗思路？由此帮助学生建立稳态与平衡观，培养学生学以致用、问题解决的能力。

3 落实“教-学-评”一体的单元评价目标

教学评价是检验目标达成程度的主要手段，要注重评价标准与教学目标、学习过程的一致性。教学评价要注意多元化，不仅注重学生的结果性评价，更要注重学生学习的形成性评价。

本单元的评价目标包括：①能够分析尿常规化验单，说明疾病原因。评估的标准是信息获取准确、解释合理、逻辑可靠。②能够分析人类泌尿系统疾病，并提出解决方案。评估的标准是探究问题清楚、方案设计合理。③在进行肾脏解剖观察时，动作要准确、熟练、规范，并能说明肾脏的结构与功能。④观察肾脏纵切切片，认识肾单位时，描述要准确清晰，能基于结构与功能观构建肾单位模型。⑤对尿液形成过程的科学史进行分析时，能准确获取信息，进行合理解释，对实验结果进行预期和讨论，并形成重要概念。⑥强烈认同养成健康生活习惯的必要性。⑦试题评价时，题目作答准确率高。

大单元教学设计是一种教学设计理念和策略，强调把一个主题或单元的内容作为一个整体，实施统一的单元学习目标、单元学习过程和单元教学评价，凸显了学科核心素养养成的整体性、渗透性和长期性。大单元教学设计有利于实现学科教学目标的有效设计和持续落实，为生物学学科核心素养的最终达成打下坚实的基础。因此，指向学科核心素养的大单元设计是落实立德树人、发展素质教育、深化课程改革的必然要求，也是学科核心素养落地的关键路径。