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技术支持下的高中生物学单元整体教学设计

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》强调，教师在教学中应注重知识的系统性和整体性，同时关注学科间的联系，并将科学知识与技术、社会紧密结合[1]。在此背景下，单元整体教学设计作为一种有效的教学策略，将零散知识点整合到主题单元中，能促进学生系统学习和掌握知识，形成并发展系统思维[2]。为解决学生难以直观认知“细胞的结构”等问题，教师可以基于单元，在技术支持下设计任务，加强任务间的逻辑联系，设计合理的进阶梯度，引导学生建模探究。笔者以“细胞的结构”单元为例，以3D打印技术为抓手，设计从观看视频学习制作细胞膜模型到自主原创制作功能细胞模型的递进任务群，深化学生对细胞结构与功能、细胞作为统一整体的理解，培养学生模型与建模、批判性思维等科学思维。此外，借助钉钉群和共享文档实施教学评价，确保即时反馈，促进学习调整。笔者在技术助力下探讨单元教学的整体设计思路，构建核心概念，整合知识，旨在形成系统概念体系，防止知识碎片化，促进学生系统思维和生物学核心素养发展。

一、技术支持下单元整体教学分析

（一）教学内容及学情

“细胞的结构”是高中生物学必修1的核心内容，包括细胞膜、细胞质、细胞核的结构和功能，以及细胞作为统一整体的概念。学生学习这些知识有助于深入理解科学研究过程和本质，促进科学自然观的形成，并为后续学习细胞代谢、增殖和分化等知识奠定基础。学生在初中已对细胞膜、细胞质等结构有所了解，但他们对这些知识的认识往往是孤立的，缺乏对细胞各部分结构功能的深入理解。此外，由于细胞是微观世界的一部分，学生对其缺乏直观认识，导致理解困难。

从认知心理学角度来看，“细胞的结构”单元内容属于“事实性知识”，学生学习这类知识不仅需要记忆，而且需要在理解的基础上建立知识间的内在联系[3]。目前，尽管不少教师在教学中组织学生参与了显微镜观察、细胞图形绘制和模型制作等活动，但未能系统化地展现细胞结构间的联系和整体功能，以至于学生难以形成完整的知识网络。同时，这些活动缺乏明确的任务指引和进阶性的引导，导致学生的参与和学习停留在模仿和表层理解上，未能深入探究细胞结构和功能、部分与整体之间的深层次关系，也无法深刻体验模型与建模等科学思维的应用。

为解决上述问题，笔者尝试应用多种技术手段，对单元进行统整设计。以单元整体情境为起点，串联任务主线，促进任务间的关联性与进阶性；以3D打印技术为抓手，开展模型制作系列活动，将细胞的微观结构具象化，让学生在制作和修正模型的过程中，深度体验模型思维，将隐性的思维过程可视化；以钉钉群和共享文档为评价工具，及时评价，加强反馈和调整；以建构重要概念为主旨，梳理知识，形成单元概念体系。在3D打印模型制作过程中，学生还将综合运用生物学知识、信息技术、数学技能和工程设计思维，进行跨学科综合实践，有利于提高学生的综合素质，也有利于指引学生未来的学习和发展。

（二）单元教学目标

借助信息技术开展“细胞的结构”单元整体教学，旨在达成如下目标。

第一，解释并评价结构模型的科学性，领悟结构与功能观、系统观等生命观念。

第二，使用软件设计多种结构模型，使用3D打印设备将其物化，并通过不断地修正和完善，发展模型与建模、批判性思维等科学思维。

第三，经历查阅资料、分析资料、设计与实施方案、对结果交流与讨论等过程，提升科学探究素养和跨学科综合实践能力。

第四，体验3D打印技术的实际应用，感受科学技术的力量，增强社会责任意识。

二、技术支持下单元整体教学过程

（一）整体设计思路

笔者以社会热点议题“人造细胞”为统领整个单元教学的情境，引领单元概念体系的构建，串联单元任务群。基于知识概念逻辑，设计一系列逻辑连贯、思维进阶的任务群，包括学习3D打印技术制作细胞膜结构模型、复制性模仿制作多种细胞器结构模型、创新性模仿制作细胞核结构模型、自主原创制作特定功能的细胞结构模型。遵循学生思维和能力螺旋式发展规律，开展难度和深度逐步进阶的系列学生活动与评价，使学生思维由低阶到高阶发展（如图1）。

（二）具体教学环节

1.创设单元情境，设计单元任务群

笔者展示“人造细胞”报道，引出核心问题“细胞具有什么结构”，并将其拆分：细胞的边界是什么？细胞内有哪些结构？组成人体的细胞只有一种吗？不同功能的细胞结构有何区别，为什么？笔者将这些问题转化为4项进阶任务：学习3D打印技术制作细胞膜结构模型、复制性模仿制作多种细胞器结构模型、创新性模仿制作细胞核结构模型、自主原创制作特定功能的细胞结构模型。

设计意图：提出社会热点问题引入新课，激发学生探究热情。设计一系列问题引出单元任务群，为学生后续的探究活动指明方向和思路。

2.融合科学技术，进阶式完成任务

任务一：学习3D打印技术制作细胞膜结构模型。

学生协作开展膜的透过性实验，观察透析袋内外溶