高中生物学“科学素养导航图”绘制与分析——以“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”为例

◇云南师范大学生命科学学院 李 源 吴 楠 蔡金红

本文主要以大概念“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”为理论基础，以生物学核心素养为导向，以“科学素养导航图”为媒介，呈现学习目标，重、难点及各知识点的衔接等方面，以期为学者们绘制、运用及分析科学素养导航图提供一定的参考。

我国《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称课标）中使用大概念、重要概念及次位概念的形式呈现课程主要内容。“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”是课标中十个大概念之一，在此大概念下有三个重要概念及其下共有十个次位概念，皆为生物学的基本知识和主要内容。课标在阐述这些内容后，指出为促进生物学学科核心素养的提升建议开展的教学活动。笔者根据大概念、重要概念、次位概念绘制了一幅围绕大概念的核心素养导航图。本文主要阐述这幅科学素养导航图的绘制和分析，以及分析此图的作用影响。

图1 “细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”科学素养导航图

绘制一幅完整的科学素养导航图需要包含概念、连接箭头、标注块、年级范围这四个要素[1]。由此，笔者在绘制概念科学素养导航图时，将生物概念填于文本框内，标注块（维度）位于图的底端，年级范围在此阶段概念或内容的左上方，把相关知识点的流向用箭头连接。起点是学生入学前或入学时的基础，终点是学生学完高中课程后对该部分知识的掌握程度和达到的科学素养程度，从起点到终点，描绘了学生对大概念认知的过程，以上是笔者根据课标绘制的“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”科学素养导航图。

从科学素养导航图的横向来看，该主题的学习分为4个阶段，分别是幼儿园至二年级、三年级至六年级、七年级至八年级、九年级至十二年级。教师可以通过该图了解学生在各阶段所学的知识，掌握学情的基础上将有利于教师对该部分知识的教学。从纵向来看，该大概念下的内容被划分成2个维度，分别为：细胞的生存需要能量和营养物质，细胞通过分裂实现增殖。在每个维度上都可以清晰地看出，学生对同一维度知识的逐层深入，不同维度之间的知识又交错联系，构成了一幅完整的科学素养导航图。

“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”此知识幼儿园至二年级阶段未涉及较深，目的是让学生在宏观层面上认识动植物的生存需要营养、水和空气，需要排出代谢废物和依赖生存空间。同时，学生知道大部分的物体都是由小部件组合而成，通过显微镜可以看到身边的动植物是由一个个小的细胞组成。

三年级至六年级则需要学习生命科学的相关内容，在我国义务教育小学科学课程标准中也明确指出小学各阶段的学生对生命科学内容学习的要求，如对于“动物能适应环境，通过获取植物和其他动物的养分来维持生存”的学习时，一二年级的学生要求举例说出动物可以通过眼、耳、鼻等与环境接触；
三四年级的学生要求举例说出动物适应季节变化的方式，说出这些变化对维持动物生存的作用；
五六年级的学生要求举例说出动物在气候、食物、空气和水源等环境变化时的行为[2]。

七年级至八年级学习“生物需要营养物质、能量、水和空气，其中植物、动物都可以通过呼吸作用排除代谢废物；
植物还可以通过光合作用产生营养物质；
生物具有繁衍的特性所有生物都是由细胞组成的，从只有一个细胞的生物到具有成千上万个细胞的生物；
显微镜使人们可以看到细胞的细节”等生物知识皆在为高中阶段学习“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”奠定基础。

九年级至十二年级（因九年级不学习生物学课程，此阶段要求即为高中阶段要求）要求学习“物质通过被动运输、主动运输、胞吞胞吐等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动。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。细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命进程。”[3]等相关知识点。

（1）培养学生的核心素养。高中阶段的核心素养包含四个维度，分别是：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。构建科学素养导航图，能较好地呈现概念之间的联系和发展过程，既符合学生的认知发展规律，又能促进科学素养的连续一致发展[4]。此导航图既是对学生应当学习知识的呈现，也是对发展学生科学素养及能力的呈现，小学初中重点是对“生物的生存需要营养、水和空气，需要排出代谢废物和依赖生存空间”等知识的学习，在知道细胞生物由细胞组成后，才能进一步认识到高中阶段学习的“动植物细胞的呼吸作用，植物的光合作用之间能量的转换。且个体在生长发育过程中，细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命进程。”知识由浅入深，学生的能力、综合素质也不断提高，在学习知识的基础上，运用光合作用、呼吸作用、酶等知识解决生活生产中的问题。

（2）确定学习目标，分析重难点。“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”科学素养导航图是基于课标设计的，既包含了课标中的要求，也选取了课本中的重点、难点内容，既方便学生理清重难点，也可以帮助教师整理梳理重难点。学生利用此图可以明确学习的目标，知道重点、难点的内容，客服重点突破难点，也有利于学生及时检测阶段性学习结。针对此内容的重难点是从认识生物到细胞生物的组成，从生物生存需要的营养和能量转换到此营养的来源、能量的来源原理，从细胞的增殖分化到衰老和死亡的生命进程等。这幅图将零碎的重难点知识集中展示，将知识系统性的联系起来，帮助学生更好地掌握此知识点。教师也利用此图归纳重难点，制定可行的教学计划，利于教育教学的开展。

（3）衔接各知识点，使知识成串。科学素养导航图绘制出各阶段的内容之间的联系和进程，并给出此知识点可以衔接的内容，如“细胞不断分裂、生长更多的细胞，供机体成长与代谢”可以衔接到必修2中“遗传信息的调控”的相关知识；
“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”可以和“生态系统中物质流、能量流”相互联系，他们的相互关系被清晰展示出来，在一定程度上能够帮助学生理清前后知识的联系，把学习的知识成串理解，以达到更好的学习效果。

（4）总结各知识点，便于复习。高中阶段涉“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”内容涉及生物学必修1中的3个章节共9节的内容，知识相对零碎，学生通过翻阅书籍复习，将会花费大量时间。因此，为了提高学生的学习效率，学生可借助科学素养导航图来复习该部分知识，学生可以根据这幅图的内容层次，依次去复习重难点，根据此图的引导去回忆相关知识点，将能够更方便、有效地理解记忆知识，能够节省时间，提高学习效率。学生也可以根据此图更清晰地了解自己学习到的知识点，不易理解的知识点，针对性地弥补不足，对知识进行有效的复习。

通过对《科学素养导航图》这本书中各进展图的阅读以及查阅相关文献，笔者根据课标初步绘制并分析了“细胞生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”科学素养导航图。若将该图用于高中阶段生物的教学，将能有效地帮助该阶段学生学习该知识，学生可以通过该图来复习相关知识点，根据图上的知识要求，进而查漏补缺，衔接各本教材之间的内容，把知识串在一起，培养学生的科学素养的同时，也可以达到更好的学习效果。高中教师也可以利用该图了解学生在学习这部分知识的基础，小学科学课程中、初中课程中学习的内容，教师通过对该图的阅读，对所有知识有系统的了解，便于教师确定学生的学习目标、教学重难点，制定可行的教学计划。

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