深度學習下的高中生物概念教學

丘城鋒

摘要 以“基因頻率”概念為例，通過運用深度學習的策略去指導概念教學，利用概念分析、創(chuàng)設問題情境、拓展相關知識等手段來建構知識框架，達到對概念的深度理解和運用的目的。

關鍵詞 深度學習 基因頻率 概念教學

中圖分類號G633.91

文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》的基本理念以核心素養(yǎng)為宗旨，聚焦大概念，讓學生能夠深刻理解和應用重要的生物學概念，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討和解決現(xiàn)實生活中的某些問題。深度學習就是在理解的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們?nèi)谌胍延械恼J知結構中，能夠在眾多思想間建立聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R遷移到新的情境中，以此作為問題決策解決的一種學習方式。

按照美國教育家布盧姆認知目標分類學的要求，機械記憶和淺層理解是屬于淺層學習的范疇，而深層理解、應用、分析、綜合和評價則屬于較高認知水平的深度學習。因此，教師應深入生物學重要概念的本質(zhì)，掌握概念的內(nèi)涵和外延，而不是讓學生通過識記、背誦來掌握概念。下面以人教版高中生物必修二中“基因頻率”概念為例，嘗試用“深度學習”策略對“基因頻率”概念進行教學。

1 深度學習下的概念教學策略

深度學習要求教師基于學生的現(xiàn)有認知水平，引導學生聯(lián)系和建構、理解和批判、遷移和應用新知識。在生物學課程中，大概念包括對原理、理論等的理解和解釋，是生物學學科知識的主干部分。教師在設計和組織各單元的教學活動時，內(nèi)容圍繞基于大概念下的重要概念來開展。為促進學生對生物學概念的建立、理解和應用，可采用深度學習的教學策略來幫助學生建構概念。圖1為筆者基于深度學習

2 深度學習下的“基因頻率”概念教學過程

2.1 引舊知建新知，激發(fā)認知行為

“基因頻率”是指在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比例。在學習基因頻率概念之前，學生己對拉馬克的進化理論和達爾文的自然選擇學說已有一定的認知，能運用遺傳學定律對后代個體基因型或配子的概率進行計算，能比較可遺傳變異的產(chǎn)生原因和特點。

研究生物進化必須研究種群的基因組成和變化，而基因頻率正是分析和描述種群基因組成和變化的重要概念。教師在圍繞“基因頻率”概念進行教學時，結合人教版教材所提供的素材“用數(shù)學方法討論基因頻率的變化”，引導學生運用孟德爾遺傳定律，從親代的基因型頻率計算子代的基因型頻率和基因頻率，從而認識和理解“基因頻率”的概念。同時，可進一步拓展延伸基因位于性染色體上時，相關性染色體上基因頻率的計算。值得注意的是，如果教學中單純根據(jù)計算來認識基因頻率，會使學生的認知水平停留在計算方法上，導致學生對基因頻率的計算產(chǎn)生厭倦或恐懼，而對概念缺乏深入的理解，不利于發(fā)展學生的科學思維。這就需要教師拓展和延伸知識，激發(fā)學生的認知行為，聚焦“基因頻率”概念的理解和掌握。

2.2 批判性建構“基因頻率”概念

深度學習是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學習，注重深度理解是深度學習的典型特征。批判學習需要學生對所學內(nèi)容追本溯源，深入探究知識背后的思想方法，對知識的取合作出批判性的判斷與把握，從而生成知識與意義。在基因頻率概念教學實施時，大多數(shù)學生認為自然選擇淘汰不利性狀的個體，進而引起種群的基因型頻率的改變，由此學生認為生物進化的實質(zhì)由基因型頻率改變導致。此時，教師引導學生主動思考、質(zhì)疑、交流與討論，分析基因型頻率發(fā)生改變的情況下，種群的基因頻率不一定發(fā)生改變，幫助學生建構基因頻率的概念和基因頻率發(fā)生改變的原因，形成辯證性思維。具體可采取以下策略批判性建構基因頻率的概念。

2.2.1 全面剖析概念，挖掘內(nèi)涵外延

“基因頻率”概念教學要緊抓其內(nèi)涵與外延（表1）。在課堂活動上，教師通過分析概念來提升學生的認知水平，引導學生深入挖掘基因頻率的知識內(nèi)涵和拓展其外延，促進學生深度學習。

2.2.2 創(chuàng)設問題情境，建立知識聯(lián)系

深度學習倡導“新舊知識整合”，目的就是讓學生把知識串聯(lián)起來，而不是孤立每個信息，以便于學生記憶和理解。在重要概念構建的過程中，教師可加強問題情境教學，激發(fā)學生的學習興趣，促使學生對學生現(xiàn)有認知水平進行深加工，建立知識間的聯(lián)系（圖2）。

從基因頻率的概念上看，除涉及到基因頻率的相關計算外，理解基因頻率的核心要素是基因頻率是如何改變的。由此，教師通過創(chuàng)設一連串問題情境來引發(fā)學生思考和討論：冬天到來時，動物的皮毛會變得更為厚重，這發(fā)生進化了嗎？從生物個體來看，個體生命過程中發(fā)生的變化是不是進化上的變化？性狀是由基因控制的，研究生物的進化需如何分析種群的基因組成和變化？個體的有利變異基因所控制的性狀是如何傳遞和擴散？通過上述問題，教師引導學生構建個體、種群、基因庫和基因頻率的知識聯(lián)系，讓學生理解種群是生物進化的基本單位，不同種群的基因頻率和基因庫存在差異。

教師繼續(xù)提問：種群基因庫的不同在于組成的基因種類不同，那等位基因是如何產(chǎn)生的？進化的原材料是什么？自然界的種群的基因頻率能世代不變嗎？種群基因頻率的改變一定隨基因型頻率改變嗎？不同種群基因頻率不同的原因是什么？自然選擇作用的對象是誰？耐藥菌出現(xiàn)的原因是什么？教師在引導學生探討交流的過程中，促進學生整合知識，將基因庫、基因頻率和生物進化關聯(lián)起來，從而理解自然選擇是如何決定生物進化的方向。

2.2.3 拓展知識體系，構建知識框架

新舊知識整合后，需進一步拓展知識體系，教學中結合教材探究“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”中的實例，用數(shù)學方法討論自然選擇使種群基因頻率發(fā)生變化的原因，同時橫向比較基因頻率在世代遺傳中不發(fā)生改變的理想條件。學生結合材料，分析發(fā)現(xiàn)自然條件下哈迪一溫伯格定律是無法實現(xiàn)的，由此教師引導學生辯證思考、交流、討論和分析基因頻率改變的原因（表2），進一步深化學生對基因頻率的理解。

生物進化的實質(zhì)是自然選擇通過作用于個體的表現(xiàn)型使種群基因頻率發(fā)生定向改變。與此同時，教師引導學生分析種群基因頻率的改變并不一定導致新物種的形成，指出種群內(nèi)的基因交流如果不停止，遺傳組成的差異就不會拉大，新物種就難以形成，只有達到生殖隔離后，新物種才得以形成。依據(jù)基因頻率概念的內(nèi)涵與外延，拓展知識體系，引導學生構建基因頻率的知識框架（圖3），促進知識結構化、系統(tǒng)化，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，加深對概念的深度理解。

2.3 遷移運用概念，解決實際問題

教師提供超級細菌相關新聞報道，為學生提供真實問題情境，引導學生分析耐藥菌的出現(xiàn)與抗生素濫用的關系，引發(fā)學生深層次思考：超級細菌產(chǎn)生的根本原因是什么？細菌的抗藥性為什么會越來越強？學生分析生活問題，鞏固提升知識，認識到自然選擇使具有耐藥性的細菌生存下來，并通過持續(xù)的選擇作用，不斷提升細菌的耐藥基因頻率。深度學習重視知識的遷移應用，從本質(zhì)上去理解基因頻率的概念，促進學生更好地理解遷移概念，并運用概念去解決實際問題。

3 教學反思

基于深度學習構建生物學科學概念，要以概念知識為載體，關注學生學習和應用知識的差異。從學生的現(xiàn)有認知水平出發(fā)，分析概念的內(nèi)涵與外延，結合教材創(chuàng)設問題情境，緊抓概念的核心要素，運用批判性思維幫助學生對科學概念和科學本質(zhì)的認識;運用生物變異和自然選擇學說的基本觀念，理解濫用抗生素藥物的危害;運用所學的知識解決自然界和社會生活中的生物學問題。

參考文獻：

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