基于深度學(xué)習(xí)的高中生物真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)

王丙全

隨著人工智能研究的快速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)越來(lái)越多地映入人們的視野。深度學(xué)習(xí)于2006年被提出，是機(jī)器學(xué)習(xí)研究中的一個(gè)全新領(lǐng)域，它模擬人腦的思維機(jī)制、記憶機(jī)制等，對(duì)圖像、聲音、文本等進(jìn)行解釋和處理，由此引發(fā)了人們對(duì)深度學(xué)習(xí)的高度關(guān)注。在高中生物學(xué)教學(xué)中，教師可以通過(guò)對(duì)深度學(xué)習(xí)的更多理解，從無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)狀態(tài)中去審視學(xué)生的學(xué)習(xí)心理、學(xué)習(xí)方式及教師的教學(xué)模式等，進(jìn)而通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境高效培養(yǎng)學(xué)生的高中生物核心素養(yǎng)。

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境的途徑

生物學(xué)科與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系非常密切，各版本教材在編著過(guò)程中也引入了許多真實(shí)情境，但由于時(shí)效性、地域性、篇幅等諸多限制，難以充分發(fā)揮真實(shí)情境在教學(xué)中的作用，這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合學(xué)情、教情，因地制宜地挖掘、遴選真實(shí)情境素材，以啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高教學(xué)效率。

1.1關(guān)注與教材知識(shí)有緊密聯(lián)系的現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象或社會(huì)熱點(diǎn)事件

從現(xiàn)實(shí)生活中挖掘情境資源可以讓學(xué)生感覺(jué)到學(xué)習(xí)生物學(xué)的意義和重要性。例如，在“體溫調(diào)節(jié)”這部分內(nèi)容的教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)了以下幾個(gè)真實(shí)的問(wèn)題情境：在冬天，處于嚴(yán)寒北方的人們走出屋外常常會(huì)打哆嗦，這是為什么呢？身體出現(xiàn)這種應(yīng)激反應(yīng)具有什么生物學(xué)意義呢？上體育課或早上跑步時(shí)，臉為什么會(huì)變紅？有一個(gè)成語(yǔ)叫“饑寒交迫”，為什么會(huì)把“饑”與“寒”關(guān)聯(lián)在一起呢？對(duì)于這些問(wèn)題情境，學(xué)生在日常生活或?qū)W習(xí)中經(jīng)歷過(guò)有些現(xiàn)象，有些問(wèn)題沒(méi)有特別關(guān)注過(guò)，以此引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心與求知欲，為深度學(xué)習(xí)奠定良好的心理基礎(chǔ)。

又如，在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)有關(guān)“ATP”的知識(shí)時(shí)，教師可提前準(zhǔn)備一些ATP藥盒，讓學(xué)生在小組內(nèi)就說(shuō)明書(shū)中“ATP的成分組成”“ATP的功效”“ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化”“注意事項(xiàng)”“不良反應(yīng)”等進(jìn)行閱讀和交流總結(jié)，進(jìn)而結(jié)合教材內(nèi)容展開(kāi)該部分的教學(xué)。這一真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，能夠拉近知識(shí)與生活的距離，讓學(xué)生感到既新鮮又實(shí)用，從而以良好的心態(tài)進(jìn)入到對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)中。

在教學(xué)中，教師要善于挖掘教材知識(shí)與實(shí)際生活的聯(lián)系，不宜牽強(qiáng)附會(huì)，所選擇的生活情境應(yīng)以學(xué)生的切身體驗(yàn)為主，這樣才能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的積極性。

1.2注重知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程

生物學(xué)科學(xué)史在教學(xué)中有十分重要的價(jià)值，可以讓學(xué)生了解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，也可以讓學(xué)生從中感知到科學(xué)研究的艱辛，以及學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的方法和技能等。“酶”“光合作用”“孟德?tīng)栠z傳定律”“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”等高中生物學(xué)主干知識(shí)都是以史料為主線，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)理論和實(shí)踐的關(guān)系，以及感悟科學(xué)探索過(guò)程中所需的鍥而不舍、不畏艱難、精誠(chéng)合作等科學(xué)研究品質(zhì)。教師在平時(shí)也要多閱讀一些介紹生物科學(xué)發(fā)展史的書(shū)籍，以豐富自己的知識(shí)儲(chǔ)備，也為課堂教學(xué)錦上添花，從而使教學(xué)過(guò)程精彩紛呈、亮點(diǎn)不斷。

1.3善于挖掘科技最新進(jìn)展信息

生命科學(xué)的最新進(jìn)展和重大突破是寶貴的生物教學(xué)資源，例如，每年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，有許多與教材知識(shí)具有緊密的聯(lián)系。如屠呦呦發(fā)現(xiàn)的利用青蒿素治療瘧疾新療法，可以與教材中的“育種”“生物多樣性價(jià)值”等知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，從而創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的情境，讓學(xué)生分析其中所蘊(yùn)含的生物學(xué)原理和概念。

2.基于深度學(xué)習(xí)的高中生物真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)

2.1利用真實(shí)情境，引領(lǐng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主與合作，倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)對(duì)教材知識(shí)的遷移解決實(shí)際問(wèn)題的能力。真實(shí)情境正以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為先導(dǎo)，旨在充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，使其對(duì)教材中的生物學(xué)原理、重要結(jié)論、核心概念等知識(shí)獲得深刻理解，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

例如，在進(jìn)行“細(xì)胞呼吸”這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，教師可以提前一周給學(xué)生布置一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)：準(zhǔn)備兩個(gè)帶蓋的玻璃瓶，其中一個(gè)（甲瓶）裝入剛榨的葡萄汁，另一個(gè)（乙瓶）裝入經(jīng)過(guò)煮沸的葡萄汁，放置在相同的環(huán)境中，幾天后讓學(xué)生觀察所發(fā)生的現(xiàn)象。在課堂教學(xué)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)甲瓶中產(chǎn)生了大量的氣泡，教師要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將甲瓶中的氣體導(dǎo)入到澄清的石灰水中，結(jié)果石灰水變渾濁了，說(shuō)明甲瓶中產(chǎn)生了CO2。然后教師要求學(xué)生分別打開(kāi)甲乙兩瓶口，學(xué)生發(fā)現(xiàn)甲瓶中有股酒味，而乙瓶中沒(méi)有此現(xiàn)象。然后，教師再要求學(xué)生用顯微鏡對(duì)兩份樣本進(jìn)行觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)甲瓶中有大量的酵母菌，而乙瓶中沒(méi)有。此時(shí)，教師提出問(wèn)題：甲瓶中發(fā)生了什么化學(xué)反應(yīng)呢？

結(jié)合以上所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究：甲瓶在剛密封時(shí)還有一部分氧氣，隨后慢慢地變成無(wú)氧狀態(tài)，那么，酒精是在有氧條件下還是無(wú)氧條件下產(chǎn)生的呢？CO2又是在有氧條件下還是無(wú)氧條件下產(chǎn)生的呢？

學(xué)生探究：自主設(shè)計(jì)有氧裝置和無(wú)氧裝置，探究酵母菌細(xì)胞在有氧和無(wú)氧條件下的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論和改進(jìn)。

教師演示：利用O2傳感器和溫度傳感器，定量測(cè)定酵母菌在有氧環(huán)境和無(wú)氧環(huán)境下產(chǎn)生的CO2以及在此過(guò)程中的溫度變化情況。經(jīng)過(guò)多次演示和測(cè)定記錄，從中歸納共性的地方。與學(xué)生一起討論分析，最終得出結(jié)論：酵母菌細(xì)胞呼吸會(huì)釋放能量。

以上實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)，充分培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力和實(shí)驗(yàn)思維方法，讓學(xué)生感悟到了科學(xué)論證的過(guò)程和意義，對(duì)學(xué)生樹(shù)立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和意識(shí)也有十分重要的促進(jìn)作用。

2.2以科學(xué)史料為情境主線，引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)

生命科學(xué)史是真實(shí)情境挖掘的重要素材來(lái)源，教師要充分挖掘、運(yùn)用科學(xué)史料，并將之作為情境主線，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探尋、體悟知識(shí)的形成，并構(gòu)建知識(shí)體系。

例如，在進(jìn)行“一個(gè)脫氧核苷酸”模型的構(gòu)建時(shí)，教師可以為學(xué)生提供以下幾則史料，讓學(xué)生思考并構(gòu)建：

史料1：1910年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者科塞爾等人證明了“核素”是由糖、磷酸與嘌呤堿、嘧啶堿等成分組成的。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，“核素”具有酸性，因此，更名為“核酸”。

史料2：1909年，美國(guó)生物化學(xué)家歐文發(fā)現(xiàn)，核酸中的碳水化合物是由5個(gè)碳原子組成的核糖分子。

史料3：1930年，歐文又發(fā)現(xiàn)米歇爾所發(fā)現(xiàn)的“胸腺核酸”中的糖分子比塞勒從酵母菌中發(fā)現(xiàn)的“酵母核酸”中的糖分子少一個(gè)氧原子，因此，將這種糖分子稱作“脫氧核糖”；含兩種不同糖分子的核酸分別稱為“脫氧核糖核酸”（DNA）與“核糖核酸”（RNA）。

史料4：1934年，歐文將核酸分解成許多亞單位———核苷酸。

學(xué)生通過(guò)對(duì)四則史料的閱讀和分析，從思維層面上經(jīng)歷了一次科學(xué)探究的過(guò)程，并從真實(shí)的情境中感悟到了科學(xué)家探索未知世界的不懈精神和解決問(wèn)題的方法，并對(duì)知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)和理解。

2.3基于真實(shí)情境，評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果

對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程及結(jié)果的評(píng)價(jià)，應(yīng)與真實(shí)情境相結(jié)合，讓學(xué)生從中體驗(yàn)到成功的喜悅，并認(rèn)識(shí)到在能力和知識(shí)方面需不斷加強(qiáng)的地方。

例如，在學(xué)生學(xué)習(xí)完“人類遺傳病”之后，教師提出問(wèn)題：某單基因遺傳病究竟屬于何種遺傳方式？要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)調(diào)查表，研究調(diào)查對(duì)象，確定調(diào)查方案，以此對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

綜上所述，在學(xué)案編寫(xiě)、教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)、學(xué)生評(píng)價(jià)等教學(xué)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)上，均可通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境觸發(fā)學(xué)生的思維，讓教學(xué)與學(xué)生的認(rèn)知同步進(jìn)行，為學(xué)生的深度學(xué)習(xí)創(chuàng)造有利條件，從而提高教學(xué)效果，并使學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)在潛移默化中得到不斷發(fā)展。

（西藏林芝市第二高級(jí)中學(xué)，西藏林芝860000）