系统观视角下的初中生物大单元设计——以“种下一粒花生等待开花结果”单元教学设计为例

刘世华

（北京市十一学校龙樾实验中学 北京 100192）

如何发展学生的学科核心素养是当前中学生物学教学的焦点。生物学学科核心素养是学生在真实情境中运用于解决实际问题的能力，是个体知识、能力、情感态度与价值观的综合体现。学科核心素养不是直接由学科教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来的。

打破教材框架，通过分析核心素养、解读课程标准、建构主题、筛选资源、设计学习路径，构建“大单元”，让学生经历知识的探寻、思维的运用，是达成生物学学科核心素养的重要途径。单元教学设计有助于突破“只见树木不见森林”的课时思维，转变只注重零散知识点落实的传统课堂教学理念，帮助从“长时段”整体筹划学科教学，注重学科整体组织化、结构化知识的建构。

那么，如何建构单元教学设计呢？在教学实践中，笔者尝试在系统观视角下，进行初中生物“植物的一生”的大单元教学设计。在初中生物“植物的一生”的教学中，尝试用“种下一粒花生等待开花结果”进行单元重构，用系统的视角研究植物体的生命活动现象和生命活动规律。

1 系统观视角下单元主题和学习目标的确定

花生是一种学生既熟悉又陌生的植物；虽然学生都吃过花生，但对花生地上开花、地下结果的习性，并没有亲眼见过。笔者选择“种下一粒花生等待开花结果”作为单元主题，希望学生能够亲自种下花生，观察花生一生中所发生的变化，将学习置于真实的情境和任务驱动中。

教师设置单元核心问题和单元核心任务。单元核心问题：植物如何适应环境？单元核心任务：种下一粒花生，等待开花结果。并以培养持续理解的能力为目标：①植物体有严整有序的结构，各结构层次上均存在结构与功能的适应；②植物体是一个统一的整体；③物质与能量的变化贯穿植物的一生；④植物养育着自身及生物圈中的其他生物，是生态系统的生产者；⑤植物一生的发展变化均受环境因素影响，不同环境中的植物有适应环境的策略。

本单元的教学内容为：亲历一粒花生种子从萌发、生长、开花、传粉、受精、结果的过程；探索在该过程中，组成花生植物体的细胞、器官、及植物个体层面上分别发生的变化；讨论一株花生如何适应环境，并探究环境因素对花生种子萌发、幼苗生长、开花结果等生长发育过程的影响。

单元重要概念框架是围绕核心任务能够达成的课程标准中重要概念的整理，包括内容及其相互的关系。从图1所示的框架中，不难看出，“细胞是植物体结构和功能的基本单位”是本单元最重要的概念，实际上就是引领学生从“细胞，这个最基本的生命系统的视角，去认识植物的生命现象和生命活动规律”。

2 系统观视角下单元学习活动的设计

本单元的教学设计从构建“花生的植物体是一个统一整体”切入，学生从比较熟悉的器官入手，研究组成花生植物体各器官的形态、结构和功能（图2）。

图2 学生构建生命观念的示意图

花生的植物体作为一个系统，有自己的发展演化过程。从个体发育过程来看，学生更熟悉的是种子的萌发，因此，单元教学设计就从认识种子的结构、探究影响花生种子萌发的因素开始。

经过解剖观察不同种子，学生能构建种子形态的多样性和结构的统一性，即虽然不同种子在大小、形状和结构上存在差异，但是种子都包含种皮和胚。胚是由受精卵发育而成的，是新植物体的幼体，所以种子最重要的功能是发育成新个体。当学生把种子作为一个系统进行研究时，不仅会关注种子中不同组分的分工和协作，以及这样的分工和协作最终的目的和意义，还会关注系统的发展变化趋势。种子在长期演化发展的过程中，从有胚乳种子演化发展为无胚乳种子，最重要的变化是种子中存贮的营养物质与胚的关系越来越密切，更加有利于这些物质在种子萌发过程中快速转移至胚芽、胚轴和胚根，从而为细胞的分裂、生长和分化提供充足的物质和能量。这就是种子萌发过程中，物质和能量变化的实质和意义。

教师引导学生注意：种子作为一个系统，所处环境中的一些因素会对其萌发产生影响。例如，温度、水分和空气，都是通过影响种子中营养物质的转运和利用，从而对胚的细胞的分裂、生长和分化产生影响，因此是种子萌发的重要影响因素。由此，学生认同：系统功能与稳态的维持需要物质和能量的驱动。物质和能量的利用可以促进系统的发展和变化，即种子萌发的过程。

种子萌发过程中，胚根发育成根，胚芽发育成茎和叶，学生能够观察到的是生长发育的现象。教师提出问题：生长发育从细胞层面上看：细胞发生了怎样的变化呢？学习活动就从宏观现象观察到微观机理的研究，即从细胞层面研究生长和发育现象。从细胞视角认识生命现象，必然要借助于显微镜进行观察，在这样的设计中，使用显微镜观察细胞是发现和解决问题的方法。借助于显微镜，学生可以观察到幼根，尤其是根尖部位是由不同形态结构的细胞组成的，细胞形态结构上的特化使得细胞之间就出现了功能上的分工。形态结构相似、功能相同的细胞群，构成了组织。不同组织由于构成的细胞的形态结构和排列方式的差异，出现了功能上的差异，但是不同的组织彼此分工合作，完成了根最重要的功能，即吸收水分和无机盐的功能。学生从而建构概念：根是由不同组织构成的结构和功能单元，是器官。分生区细胞分裂、生长和分化，是根的形态和功能的建成的细胞层面上的解释。

另外，教师提示：根作为器官，也是一个系统。环境中一些因素对根的生长发育和功能的执行，均产生影响。在长期演化发展的过程中，不同植物由于生活环境的差异，形成了与其环境相适应的根系。根系形态结构的多样性是生物与环境在长期演化发展过程中相互作用的结果。但是，不管根系特征如何，根尖结构却高度一致。这样的一致性使得根的生长具有顶端生长的特点，从而与根完成吸收水分和无机盐的功能是相适应的。

这样的学习活动是基于观察的事实，构建重要概念和生命观念的过程。学生由于亲历了知识产生的过程，所以也更加熟练地运用概念和生命观念来解释更多的现象。例如，为什么大多数种子萌发的时候，都是胚根最先突破种皮？这是因为种子中已经存贮有种子萌发所需的其他营养物质，胚根最先突破种皮，有利于吸收水分供种子发育所需。学生还可以进一步解释：莲子萌发时，在自然状态下，莲子所处的环境水分充足，水不是其发育的限制因素。相应的，胚芽快速露出水面，进行光合作用，可为个体发育提供充足的有机物等。因此，胚芽先突破种皮发育成茎和叶。

教师提出问题：根吸收的水分和无机盐，是如何运送到植物体的其他部位？在观察根尖的时候，你们在成熟区观察到了导管的存在，茎中是否也有这样的结构？问题驱动了探究的热情，学生采用在之前获得的解决问题的方法，借助于显微镜观察茎和叶的结构。

教师引导学生总结：对于植物体是一个统一的整体，就是通过系统的研究方法构建的。植物体是由不同的器官组成的，根、茎、叶是植物体的营养器官，分别担负水分与无机盐的吸收、物质的运输以及有机物合成的功能，又通过彼此协作，实现了植物个体的生长和发育。当植物体生长发育到一定阶段，生殖器官——花逐渐形成，通过开花结果，产生种子，实现了种族的延续。

在“种下一粒花生，等待开花结果”的任务驱动下，学生用水培、在实验室用花盆栽种、在地里种植等不同方式种植花生，研究环境因素对花生的生长发育和生殖过程中某一阶段、某一生命过程和现象的影响。例如，探究影响种子萌发的因素的过程中，学生通过探究活动，知道温度、水和空气对种子的萌发有影响，种子萌发需要适宜的温度、适量的水和充足的空气。在这个过程中，学生亲历了一粒花生种子变成花生幼苗的过程，也亲眼所见花生的子叶出土后变成绿色；观察了花生开花后，伸长的果柄将花生子房推入土中的过程，从而根据花生发育的过程构建的概念体系。

教师提出问题：当种子萌发后，幼苗成长过程中，光、温度、水、无机盐等对植物的生长有怎样的影响？花生开花后，哪些因素会影响开花率和结果率？这些问题的解决都可以通过设计探究活动一探究竟。另外，学生还看到了杂草与花生的竞争关系，花生病虫害对其生长的影响，不自觉地就将花生植物体作为一个整体，放到其生态环境中，研究生态系统的组成及其运行。

3 系统观视角下单元学习评估设计

持续性评价是为单元学习活动持续地提供清晰反馈，帮助学生改进学习的过程，包括建立标准并提供反馈。在每节课的学习中，有任务导航和自我评估等方式对学习效果进行评估和反馈。除此之外，单元评估将评估学生单元学习的结果，包括能反映学科本质及思想方法、能够促进学生深度理解和灵活应用的知识、技能、策略和情感态度价值观。

单元评估内容：图文并茂地用细胞构建一株植物体（任选一种被子植物）。评价标准：①应包含六大器官；②标注构成根茎叶等器官的细胞或组织的形态、结构与功能，及其分布；③标注水和无机盐在植物体内吸收、运输、散失及利用的途径；④标注有机物在植物体内合成、运输、贮存、利用的途径；⑤用简要语言描述植物的一生；⑥用简要语言描述植物生长发育过程；⑦用简要语言尝试阐明植物体是一个统一的整体；⑧标注光、水、温度等非生物因素对该植物不同阶段的影响。

4 教学反思

系统观视角下的“种下一粒花生等待开花结果”的单元学习活动，为学生提供了一个亲历一粒花生从种子萌发、幼苗生长、开花与结果全过程的学习实践。在这个过程中，学生观察组成花生植物体的细胞、器官及植物个体层面上分别发生的变化。学习过程是真实的实践和真正的研究，学习目标的达成是通过实践中获得事实和实验结果的基础上，自己构建的。在看护花生生长的过程中，学生认识了花生的生存环境中的环境因素对花生的影响，以及花生是如何适应环境的。这对于城市学生来说，是难能可贵的学习和生活经验，他们在精心呵护花生成长的过程中，对“成长”有了深入的理解，在浇水、施肥、除草等过程中，不仅获得了劳动的技能，更是对结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命观念有了深刻的理解。

系统观的视角给学生提供了一个从整体来对生命现象和生命活动规律研究的方式和方法。在“种下一粒花生等待开花结果”的过程中，学生从细胞、组织、器官和个体等不同的生命系统，研究系统的组成要素和功能、系统要素之间的分工协作、环境因素对系统的影响、系统功能与稳态的维持及系统的发展变化。这种系统观视角研究问题的方法，学生可以迁移应用到其他生物体的研究，如人体的研究。这些关键能力转化为了学生的学科核心素养，促进了学科核心素养的落地。