基于深度學習的實驗教學設計與實踐
——以觀察“魚尾鰭的血液流動”為例

（南京航空航天大學附屬初級中學 江蘇南京 210000）

深度教學是指促進學生對所學知識進行批判性理解、整合性建構、創(chuàng)新性遷移的一種教學方式，有利于培養(yǎng)學生的高級思維能力和批判創(chuàng)新能力。因此，學生在教師創(chuàng)設的情境下進行深度體驗，通過深度探究解決問題，才能鍛煉科學思維，構建自己的概念體系，從而提高生物學學科核心素養(yǎng)。觀察“魚尾鰭的血液流動”實驗是開展深度教學的極好素材。學生可基于實踐問題自主探究，對實驗步驟進行創(chuàng)新或實驗不足進行改進，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高科學探究能力，達成深度學習。

1 教材分析

本實驗為蘇教版《生物學》七年級下冊第十章第二節(jié)“人體的血液循環(huán)”中的一個實驗。該實驗主要探究血液的流動和血管的種類，且與前后章節(jié)內(nèi)容聯(lián)系相當密切，既是對前面所學血液和血管知識的進一步了解，同時也是為之后的血液循環(huán)做準備。

2 教學目標

①通過描述動脈、靜脈和毛細血管的結構與功能特點，形成結構與功能觀。

②通過觀察小魚尾鰭內(nèi)血液流動的現(xiàn)象，逐步發(fā)展比較與分類、批判性思維等方法。

③通過對血液循環(huán)知識的學習，主動宣傳關注生命。

3 教學流程

3.1 新課導入

深度學習實質上是復雜的信息加工過程，教師要深入挖掘與教材內(nèi)容相關聯(lián)的生活的知識，使學習內(nèi)容具有“框架式”特征，引導學生實現(xiàn)基于問題的多維度、立體式的知識整合，從而促進學生進行有意義的知識建構。

本次實驗課上，教師先展示手背上的“青筋”圖片，為引出靜脈做鋪墊；播放頸部血管搏動的視頻，為引出動脈做鋪墊；然后，讓學生自己描述刷牙時牙齦出血的現(xiàn)象，為引出毛細血管做鋪墊。教師創(chuàng)設情境，促進學生感知血管，從而聚焦本節(jié)課的主要內(nèi)容，促進學生在課堂中開展深度學習。

接著，教師提出問題：人體需要的氧氣和養(yǎng)料必須及時運來，二氧化碳等廢物必須及時運走，人體才能正常進行生命活動。這些物質的運輸主要是由血液來完成的。血液在人體哪些部位流動？怎樣流動？流動的動力是什么？教師利用問題，促進學生進一步搭建血液循環(huán)和血管之間的知識框架，為探究實驗的開展做好準備。

3.2 小組合作撰寫實驗方案并交流

深度學習需要教師提出的有教育價值問題的引導。好問題才能引導學生在高階思維中較為持久地追尋具體知識所蘊含的思想與方法，以及問題解決的核心策略。

教師可把學生分成小組，深入學生小組，與學生共同討論實驗中會出現(xiàn)的問題；也可以提示會出現(xiàn)的問題，引導學習小組展開充分討論。例如，觀察前，如何把小魚頭部的鰓蓋和軀干包裹起來，并露出口和尾部，以防止小魚亂動，保證小魚能正常呼吸？小魚在培養(yǎng)皿中會跳動，怎么辦？觀察時為什么經(jīng)常用滴管往棉花上滴水？如何使小魚少受傷害？根據(jù)什么特征識別毛細血管？實驗結束后，為什么將小魚放歸原來的生活環(huán)境？

教師不能干涉學生對這些問題的解決，因為學生不僅要掌握知識與方法，還需要靈活運用所學的知識與方法創(chuàng)造性地解決問題。這恰恰就是深度學習的本質特征之一。

3.3 小組觀察小魚尾鰭內(nèi)血液流動的情況

3.3.1 實驗教學過程

深度學習需要教師在實驗過程中重點關注學生元認知能力和思維品質的發(fā)展。大量研究表明，學生學習的重要收獲來源于經(jīng)常向學生提供有關他們學習的反饋，尤其是通過設計、交流、評價實驗方案，提高科學思維及探究能力。

教師提供如中指般長度、鮮活、尾鰭完整無損的野生小鯽魚，引導學生思考采用該種實驗材料的優(yōu)點。在探究實驗開展前，教師審核每個小組實驗設計的安全性、可行性，以及是否符合實驗倫理等。通過審核的小組，撰寫實驗設計具體方案。設計不完善的小組也根據(jù)討論結果再完善方案。

3.3.2 分組實驗探究

教師要鼓勵小組利用實驗室現(xiàn)有的光學顯微鏡和鐵架臺，加上手機自制數(shù)碼顯微鏡，記錄視野下小魚尾鰭內(nèi)血液流動的情況，將微觀世界生動形象地展現(xiàn)在組員面前，并以視頻或圖像的形式長期保留，方便學生交流。

觀察前，學習小組先對小魚進行麻醉。每個小組用的麻醉劑可能不同，教師要鼓勵學生對比嘗試酒精等不同試劑的麻醉效果。之后，學生再用顯微鏡對魚尾鰭進行觀察。

在學習小組探究時，教師深入各小組，用手機拍攝和采集學生創(chuàng)新或不當?shù)膶嶒灧椒ê筒僮鬟^程，作為后續(xù)實驗討論和分析的素材。

實驗中，學生在顯微鏡下難以直接觀察到三種血管，只能根據(jù)紅細胞通過血管的情況推知和分辨。教師要利用這一點，組織學習小組開展討論，引導學生深度建構動、靜血管和毛細血管的特點。教師引導學生先找到紅細胞單行通過的血管（毛細血管），再根據(jù)血流方向“順藤摸瓜”尋找“源”——逐漸分流的血管（小動脈），尋找“流”——逐漸匯合的血管（小靜脈）。最后，教師提出問題，促進學生思考：你能觀察到幾種不同的血管？在不同的血管中，血液流動的速度是否相同？

3.4 歸納總結

教師展示三種血管模式圖及血液在三種血管內(nèi)流動情況的動畫。

學生觀察后填表并比較三種血管管壁的厚薄、管徑的大小以及血流的速度和方向。

4 教學反思

在實驗教學中，教師無法掌握學生的課前預習情況，不知道學生開展探究實驗的準備是否充分。而且，很多學生會按照教科書所示步驟開展實驗操作，這樣不利于培養(yǎng)學生的科學思維。教師創(chuàng)設有效情境，提出系列問題。學生通過深入討論可能出現(xiàn)的問題以及處理問題的策略，不斷激發(fā)對該實驗的好奇心和興趣，實現(xiàn)深度學習，掌握新知識，培養(yǎng)批判性思維，從而可以深入探究活動，且發(fā)揮學習小組中每個學生的作用。學生通過對本實驗的設計及交流，應用生物學知識解決實踐問題，提高了科學思維和探究能力，有利于問題解決、有效溝通、協(xié)作能力等深度學習能力的提升。在本實驗中，由于光學顯微鏡一次只能供一人觀察使用，無法實現(xiàn)學生之間的圖像共享和結果交流，所以，教師引導學生通過信息技術解決這個問題。

血液循環(huán)的這一部分內(nèi)容，通常的教學過于看重孤立、零散的書本知識，而與社會生活、生產(chǎn)實踐、自然世界和認知經(jīng)驗融合度不高，教師要引導學生深度建構，整合內(nèi)容。本節(jié)課上，教師充分調(diào)動學生的積極性和主動性，引導學生通過自己動手尋找探究實驗的最佳方法，突破了教學難點，提高了課堂的教學效率。學生靈活運用所學知識和能力，將其遷移到實踐中，解決實際問題。這節(jié)實驗教學不僅讓學生提高實驗技能，增強了團隊合作意識，通過促進學生使用比較和歸納的思維方法，強化和鞏固了學生的知識，促進學生建構自己的知識體系，為后面教學內(nèi)容奠定了基礎；同時，又增強了學生珍愛生命，保護動物的情感。