基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

石高榮

摘要：基于深度學(xué)習(xí)理論，根據(jù)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，提出了在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境引領(lǐng)學(xué)生積極參與、生成問(wèn)題激發(fā)學(xué)生深度思維、實(shí)踐操作培養(yǎng)學(xué)生知行合一等手段加強(qiáng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的方法。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí) 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

在高中生物學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，教材明確提出了實(shí)驗(yàn)操作步驟，學(xué)生只要機(jī)械地根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟、按部就班就能夠完成實(shí)驗(yàn)操作。在這類實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，學(xué)生往往缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的主動(dòng)構(gòu)建和反思，學(xué)生僅僅只是消極被動(dòng)接受、簡(jiǎn)單重復(fù)和機(jī)械記憶知識(shí)，處于識(shí)記、領(lǐng)會(huì)層次的淺層學(xué)習(xí)。教師如何將這類驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)提升為能夠讓學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)知識(shí)構(gòu)建、能夠批判性學(xué)習(xí)新知識(shí)，并促進(jìn)學(xué)生將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和能力解決實(shí)際問(wèn)題的深度學(xué)習(xí)呢？筆者在高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了如下的嘗試。

1創(chuàng)設(shè)情境，引領(lǐng)學(xué)生的積極參與

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)下的主動(dòng)學(xué)習(xí)是教學(xué)中的學(xué)生學(xué)習(xí)，而不是學(xué)生的自習(xí)，并不能自然發(fā)生，必須要有教師的引領(lǐng)和幫助。創(chuàng)設(shè)真實(shí)有意義的學(xué)習(xí)情境，有利于教師引領(lǐng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。真實(shí)有意義的學(xué)習(xí)情境能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使學(xué)生將學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)由外在的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼男枰嵘笾?，促進(jìn)學(xué)生在感覺(jué)、知覺(jué)、思維、情感、意志、價(jià)值觀等方面全身心投入?yún)⑴c，引導(dǎo)學(xué)生的深度體驗(yàn)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)要求做到以下3點(diǎn)：①創(chuàng)設(shè)的情境要具有生活性，盡量聯(lián)系生活實(shí)踐，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;②創(chuàng)設(shè)的情境要具有挑戰(zhàn)性，能激勵(lì)學(xué)生挑戰(zhàn)自我，促進(jìn)學(xué)生形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);③創(chuàng)設(shè)的情境要具有探究性，才能激發(fā)學(xué)生的深層思維。

例如，“DNA的粗提取與鑒定”是高中生物學(xué)中的經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是為學(xué)生提供從生物體內(nèi)直接提取DNA的機(jī)會(huì)，體驗(yàn)細(xì)胞中DNA的粗提取和鑒定。這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)屬于淺層學(xué)習(xí)目標(biāo)中的識(shí)記、領(lǐng)會(huì)層次，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的興趣往往不高。筆者在實(shí)驗(yàn)前給學(xué)生提供了如下學(xué)習(xí)情境。

油桃是深受消費(fèi)者青睞的一種水果，但在果實(shí)成熟期和采后貯藏期間，普遍存在果肉的褐變現(xiàn)象，降低了果實(shí)的品質(zhì)和價(jià)值。經(jīng)研究，果肉的褐變與多酚氧化酶（PPO）的活性和含量密切相關(guān)。為了解決果肉的褐變問(wèn)題，科學(xué)家利用DNA提取和PCR技術(shù)分離PPO基因，然后用它構(gòu)建反義基因，從而抑制PPO基因的表達(dá)，阻止果肉褐變的發(fā)生。

情境中提供了與學(xué)生生活熟悉的油桃案例，研究成果可以直接應(yīng)用于實(shí)際生活。這種有意義的情境體驗(yàn)活動(dòng)大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活了學(xué)生的思維。學(xué)生迫切希望知道應(yīng)如何去提取DNA，如何更進(jìn)一步去研究DNA，為實(shí)驗(yàn)中如何提取DNA等實(shí)驗(yàn)操作提供了研究的背景，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望。

2生成問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的深度思維

深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者進(jìn)行理解性的學(xué)習(xí)，從而獲得學(xué)科核心概念和原理。理解性學(xué)習(xí)不是事實(shí)內(nèi)容的記憶和積累，是一種超越了簡(jiǎn)單的記憶和信息檢索，發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。教師可以根據(jù)提供的學(xué)習(xí)情境為背景，提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生分析學(xué)習(xí)材料生成問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生圍繞生成的問(wèn)題主線進(jìn)行探索，幫助學(xué)生獲得高質(zhì)量的知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解和深度建構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生深度探究，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

問(wèn)題是深度的思維起點(diǎn)。生成的問(wèn)題要有啟發(fā)性，有利于激發(fā)學(xué)生的思維;生成的問(wèn)題要有系統(tǒng)性，能夠?qū)⒘闵⒌?、碎片化的知識(shí)整合，以利于知識(shí)的遷移;生成的問(wèn)題要有批判性，將學(xué)習(xí)過(guò)程主動(dòng)構(gòu)建與反思，激發(fā)學(xué)生的求異能力，能夠挑戰(zhàn)人類已有的認(rèn)識(shí)成果。問(wèn)題能夠讓學(xué)生在激活先前知識(shí)的基礎(chǔ)上，深度加工所獲得的新知識(shí)，在新知識(shí)和原有知識(shí)之間建立聯(lián)系。

如在上述實(shí)驗(yàn)中，教師提供了油桃DNA粗提取實(shí)驗(yàn)的具體操作過(guò)程，讓學(xué)生圍繞油桃DNA提取過(guò)程，分析其所利用的DNA理化特性。教師以此作為問(wèn)題主線，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深層思維活動(dòng)。學(xué)生歸納總結(jié)，得出：①DNA在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低;②DNA不溶于酒精，而細(xì)胞中的蛋白質(zhì)則溶于酒精;③DNA在80°C以上才變性，而大多數(shù)蛋白質(zhì)不能忍受60～80°C的高溫;④蛋白酶不能催化DNA水解;⑤洗滌劑可以破壞細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)變性，對(duì)DNA沒(méi)有影響。教師以此為理論依據(jù)，為學(xué)生在其他材料中提取DNA提供科學(xué)導(dǎo)向。教師有機(jī)整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)遷移，實(shí)現(xiàn)更深層次的學(xué)習(xí)。

3實(shí)踐操作，培養(yǎng)學(xué)生的知行合一

深度學(xué)習(xí)是知識(shí)遷移與運(yùn)用的過(guò)程，學(xué)生將學(xué)習(xí)所獲得的科學(xué)知識(shí)遷移到實(shí)踐中進(jìn)行運(yùn)用，在新的問(wèn)題情境下解決新情境中的實(shí)際問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)知行合一的過(guò)程。如在上例中，學(xué)生根據(jù)油桃DNA提取的過(guò)程生成了問(wèn)題，總結(jié)得出了DNA的理化特性，此為“知”，根據(jù)DNA的理化性質(zhì)運(yùn)用在新材料中的DNA提取，即為“行”。學(xué)生通過(guò)“行”完成實(shí)驗(yàn)操作，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。

學(xué)生進(jìn)而根據(jù)DNA的性質(zhì)，從洋蔥細(xì)胞或其他材料（如魚(yú)卵、菜花）中提取DNA。學(xué)生可以根據(jù)油桃DNA的提取步驟，運(yùn)用類比方法總結(jié)出洋蔥細(xì)胞等實(shí)驗(yàn)材料中DNA的提取實(shí)驗(yàn)步驟。①選用洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，先將洋蔥進(jìn)行研磨，在研磨實(shí)驗(yàn)時(shí)加入1/10體積的洗滌劑瓦解細(xì)胞膜破碎細(xì)胞，獲取含DNA的濾液;②在溶有DNA的物質(zhì)量濃度為2mol/L的NaCl溶液中加入蒸餾水并向一個(gè)方向輕輕攪拌，目的是稀釋濾液至0.14mol/L，減少DNA的溶解性，有利于DNA更多地析出;③溶有DNA的溶液中分別加入酒精去除濾液中的雜質(zhì)等過(guò)程，提取出純度較高的白色絮狀的DNA。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，通過(guò)遷移與運(yùn)用的知行合一，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

深度學(xué)習(xí)不是學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度和難度，而是關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和狀態(tài)，促進(jìn)學(xué)生深度理解和不斷的自我反思。教師通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，將原本枯燥乏味的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑魬?zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，轉(zhuǎn)變?yōu)槟茏寣W(xué)生一種體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性高。這樣有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)整合和歸納，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)體系的完善，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體把握，有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入思考主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生在追求知識(shí)主動(dòng)加工的過(guò)程中，積極參與，從而體驗(yàn)到成功，提高探究性能力，增強(qiáng)合作意識(shí)。教師關(guān)注學(xué)生應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等的發(fā)展，有利于幫助在學(xué)生運(yùn)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)層次上認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成，落實(shí)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。