深度學習理論在發(fā)展學生生物學學科核心素養(yǎng)中的實踐

朱曉燕 張 罡 解凱彬

(1 福建省南平市教師進修學院 南平 353000； 2 福建省邵武第四中學 邵武 354000； 3 南京師范大學教師教育學院 南京 210097)

深度學習作為一種特定的學習概念，指的是一種以高階思維(如分析、綜合、評價和創(chuàng)造等)對復雜概念或知識的理解與運用為主要認知活動的持續(xù)性學習過程[1]。本文以人教版高中教材(必修2)《遺傳與進化》中第2章“基因和染色體的關(guān)系”第1節(jié)“減數(shù)分裂和受精作用”的學習為例，探討在深度學習導向下的課堂教學中，培養(yǎng)生物學學科核心素養(yǎng)的策略。

1 問題真實情境創(chuàng)設，促進概念的深入理解

深度學習將學習任務“錨定”在真實的問題情境中，并在其中需要鑲嵌解決問題所需要的學業(yè)內(nèi)容知識、元認知策略和學習策略，使學生在完成任務的過程中建構(gòu)知識和技能[2]。在真實情境中以問題為導向的教學，一方面可激發(fā)學生的學習動機，另一方面可幫助學生利用高階思維，對知識進行深加工，而不僅僅局限于低水平的知識記憶。這有利于學生對科學概念和科學過程的深入理解，從而促進核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[3]。

例如，通過創(chuàng)設情境，以問題引入學習： 有性生殖的生物也以有絲分裂的方式產(chǎn)生配子，經(jīng)過受精作用雌雄配子結(jié)合，子代細胞中染色體數(shù)目就是親代染色體數(shù)目的兩倍。這樣，每繁殖一次，子代的染色體就翻一倍?？蓡枺?該物種的染色體數(shù)目是不是以2n一直增加下去？這顯然與物種染色體數(shù)目穩(wěn)定的事實不符。進一步追問： 親代是怎樣把染色體遺傳給后代的？引發(fā)學生關(guān)注并思考問題。接著可介紹科學家的探索歷程，引出生物學家魏斯曼的預測： 在卵細胞和精子成熟的過程中，必然有一個特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半；受精時，精子和卵細胞融合后，恢復成正常的染色體數(shù)目。19世紀80年代其他科學家的顯微鏡觀察證實了魏斯曼的預測。比利時科學家比耐登用體細胞中只有兩對染色體的馬蛔蟲進行研究，發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲精子和卵細胞中的染色體數(shù)目都只有體細胞的一半，而在受精卵中又恢復成兩對染色體。后來的科學家確認精子和卵細胞的形成要經(jīng)過減數(shù)分裂，并描述了減數(shù)分裂的全過程。在這個過程中，引導學生體驗科學的思維過程和科學探究的基本方法，理解科學知識的關(guān)聯(lián)性與開放性。引出本節(jié)課“減數(shù)分裂和受精作用”的內(nèi)容。

魏斯曼的預見是科學家在對大量事實進行觀察、分析的基礎上的科學推測，創(chuàng)設問題化情境，由科學史引入學習，呈現(xiàn)由事實到觀點、規(guī)律和理論的邏輯過程，引導學生用科學方式來理解學科知識體系，感悟“科學是創(chuàng)造性的工作”“科學知識可能隨著研究的深入而改變”“科學工作依賴觀察和推論”和“科學工作采用基于實證的范式”。這些科學本質(zhì)觀的形成，對于學生形成概念、理解生命觀念、促進學生生物學學科核心素養(yǎng)目標的達成有著重要意義。

2 課前合作自主探究，有效地關(guān)聯(lián)新舊知識

深度學習理論認為，知識的獲得不是簡單的知識疊加與記憶，而是理解基礎上的知識整合與運用。因此，深度學習源于對未知事物的探索，強調(diào)學習者的理解性學習與多維知識整合，是學習者所接觸的新知識與原有認知結(jié)構(gòu)建立實質(zhì)性聯(lián)系的過程[1]。

例如，“減數(shù)分裂和受精作用”一節(jié)的學習建立于初中有關(guān)受精的知識及(必修1)《分子與細胞》模塊的學習。在學習之前，學生對細胞增殖、細胞周期和有絲分裂等概念已經(jīng)有了比較深入的了解。學習小組的建立，增進學生之間的交流，促使學生主動將新舊知識進行聯(lián)系，在已有知識結(jié)構(gòu)的基礎上建構(gòu)新知識。深度學習體現(xiàn)為學生通過多樣化的學習策略達到對知識的深層理解。自主閱讀、交流思考等方式，有利于學生拓展思維、增強學習的交互效應。課前為學生準備視頻、微課、PPT課件和導學案的學習資料包。由學生通過學習小組，從多角度展開自主學習。學生圍繞學習主題進行充分交流和互動，促進對新知識的理解，形成新舊知識之間的聯(lián)系，從而建構(gòu)有機的生物學概念網(wǎng)絡。學生在認識孟德爾遺傳規(guī)律的基礎上，進一步理解減數(shù)分裂過程和受精作用的實質(zhì)： 有性生殖保持親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，是通過染色體行為和數(shù)量的變化來實現(xiàn)的；減數(shù)分裂是一種特殊的有絲分裂。

學習小組間的交流互動是促進深度學習的關(guān)鍵，能有效激發(fā)學習動機，提升學生自我效能感、增強團隊協(xié)作能力和凝聚力。自主的合作探究，有利于釋疑解惑，逐步厘清概念，形成生物學基本觀念。學生通過概念網(wǎng)絡化過程領悟生物學思想，并由此達成對生物學知識的理解，而不僅僅是將概念學習局限于文字上的記憶。

3 模型建構(gòu)釋疑討論，關(guān)注知識批判性理解

深度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，對知識的取舍做出批判性的判斷與把握，從而生成知識與意義[1]。教學中學生通過模型建構(gòu)，體驗知識的形成過程；展開思維探究，對建構(gòu)的模型進行評價，促進學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

例如，在教學中可先設置問題串： ①什么是減數(shù)分裂？②減數(shù)分裂有何特點？③減數(shù)分裂結(jié)果如何？組織學生討論同源染色體、非同源染色體、姐妹染色單體、聯(lián)會和四分體等較為抽象的新概念。并且開展模型建構(gòu)，組織學生利用紅、藍兩色毛線、白紙和鉛筆等材料，假設體細胞染色體數(shù)為4條，模擬表示減數(shù)第一次分裂中期、后期，減數(shù)第二次分裂中期和后期以及有絲分裂中期、后期細胞中的染色體。分小組建構(gòu)減數(shù)分裂精子形成過程中染色體模型。學生互相答疑，教師適時點撥解答，幫助學生透徹理解，解決學生自主學習過程中遇到的疑難問題，為達成學習目標排除障礙。

在模型建構(gòu)過程中，可用手機將學生制作的典型模型拍照上傳到教師電腦依次播放。教師引導學生結(jié)合各時期的特征，分析學生制作的模型，共同討論評析，指出錯誤并分析原因，及時加以糾正，澄清學生錯誤認知，進一步深化學生對減數(shù)分裂不同時期染色體變化的理解。教師通過這一環(huán)節(jié)同時可了解該學生是否真正理解了減數(shù)分裂的概念，并能將概念應用到其他學生建構(gòu)模型的評價中，促進學生對知識的批判性理解。

4 游戲活動當堂反饋，實現(xiàn)學習遷移

深度學習所獲得的知識和技能是可遷移的。能夠在新情境下遷移應用所學的知識，并達成結(jié)構(gòu)化，才是對知識的深度理解。在設計學習活動時應注重學習內(nèi)容的多樣性和相互關(guān)聯(lián)性，讓學生在不同的情境和任務中審視和理解相同的知識，幫助其跨情境遷移運用[3]。

例如，在教學中用兩套打亂順序、大小和顏色完全一樣的貼圖教具，請學生排除多余的干擾貼圖，選擇出表示精子形成過程的一套在黑板上排列。此項活動的目的是幫助學生系統(tǒng)地理解從精原細胞開始進行減數(shù)分裂形成精子的全過程，以游戲方式對學生的學習進行課堂學習檢測。要能熟練準確地選擇出正確的貼圖，需要學生對減數(shù)分裂精子形成過程有清晰的理解。教師再引導全班學生對所展示的貼圖進行評價、糾錯，促進學生對知識的深入理解。繼而，由小組成員對照貼圖簡述減數(shù)分裂精子形成過程，并總結(jié)減數(shù)第一、第二次分裂的特征。在此過程中，學生由對減數(shù)分裂單個時期的認識上升到整體過程的理解，建立減數(shù)分裂精子形成的過程系統(tǒng)知識。接著，教師從黑板上取減數(shù)第一次分裂中期貼圖教具，翻轉(zhuǎn)到背面，補充介紹貼圖的巧妙創(chuàng)意： 貼圖教具采用雙面設計，可解釋同源染色體分裂時非同源染色體自由組合。然后，按順序?qū)⒑诎迳系馁N圖教具一一翻到背面，向?qū)W生展示自由組合的結(jié)果，增加了配子中染色體組成的種類。進一步引導學生思考，減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)目減半發(fā)生在哪一次分裂？請分析原因。引導學生由對精子形成過程各個時期的理解，上升到對整個過程染色體行為變化規(guī)律的理解。

在游戲活動的過程中，學生達成了知識的完整建構(gòu)，并實現(xiàn)知識的遷移與應用。讓學生在不同的情境和任務中審視和理解相關(guān)的知識，實現(xiàn)不同情境下知識的連續(xù)建構(gòu)和遷移運用。學生在學習中達成問題解決、深度理解、概念轉(zhuǎn)變和知識遷移，實現(xiàn)了深度學習。

5 課后練習拓展延伸，促發(fā)評價反思

深度學習還強調(diào)對學習過程的建構(gòu)反思。可利用教材第17頁圖2-2設置課后練習題，根據(jù)精子形成過程中染色體、DNA和姐妹染色單體數(shù)目的規(guī)律性變化填寫在表格中(表1)。再請學生將表1中減數(shù)分裂過程中DNA、染色體及染色單體數(shù)目的規(guī)律性變化繪制成曲線圖。

表1 精子形成過程中染色體、DNA和姐妹染色單體數(shù)的變化

通過以上圖表訓練形式，可培養(yǎng)學生總結(jié)歸納的能力，為區(qū)別有絲分裂和減數(shù)分裂各時期特點做鋪墊。同時，也培養(yǎng)學生圖文轉(zhuǎn)化能力，訓練用坐標圖直觀表達生物學規(guī)律的能力。

本節(jié)課的教學引導學生歸納和總結(jié)減數(shù)分裂的本質(zhì)，選擇自主探究與模型建構(gòu)為主線的學習策略，引導學生逐步完善概念網(wǎng)絡。并在學習過程中，進一步深化對生命科學基本觀念的理解，認同科學實證思想，在知識遞進的過程中，促進學習能力的發(fā)展，達成學科核心素養(yǎng)的要求。