指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)實(shí)踐與研究

吳志強(qiáng)

摘要以“基因在染色體上”一節(jié)課的教學(xué)為例，嘗試將深度學(xué)習(xí)引入生物學(xué)教學(xué)中，直至學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。在真實(shí)的生物學(xué)情境中提出問(wèn)題進(jìn)行情境設(shè)疑，在事實(shí)材料的相關(guān)性中綜合分析進(jìn)行推理論證，在辨別假說(shuō)真假中求證求真進(jìn)行推斷預(yù)判，在學(xué)習(xí)行為證據(jù)中推理判斷進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí) 核心素養(yǎng) 基因在染色體上 情景教學(xué) 過(guò)程性評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

20世紀(jì)50年代馬頓和薩喬提出的深度學(xué)習(xí)，對(duì)應(yīng)認(rèn)知水平重心在應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)上，重視對(duì)事物所包含的各種信息按照一定邏輯進(jìn)行整合，有理有據(jù)的討論、推理、遷移，將舊知識(shí)重新構(gòu)建自己知識(shí)體系的一種學(xué)習(xí)理論。這種理論與《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）中科學(xué)思維和科學(xué)探究生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在能力層次提出的要求保持高度一致。學(xué)生通過(guò)深度學(xué)習(xí)習(xí)得學(xué)科內(nèi)容后，能將知識(shí)遷移到現(xiàn)實(shí)情境中解決問(wèn)題所需具備的學(xué)科核心素養(yǎng)及與人協(xié)作、實(shí)踐創(chuàng)新等能力。因此，深度學(xué)習(xí)是轉(zhuǎn)變育人方式，落實(shí)立德樹人，指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)的重要途徑。

“基因在染色體上”一節(jié)課的傳統(tǒng)教學(xué)容易停留在淺層學(xué)習(xí)層面上，學(xué)生在學(xué)習(xí)薩頓假說(shuō)的基礎(chǔ)上闡述摩爾根的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，接受知識(shí)的過(guò)程是一個(gè)死板的、缺乏生命力以及科學(xué)思維和探究能力的過(guò)程。學(xué)生被動(dòng)地接受“滿堂灌”，不能區(qū)分科學(xué)史實(shí)驗(yàn)中的事實(shí)和推理，無(wú)法建立邏輯關(guān)聯(lián)，論證能力更是無(wú)從談起。因此，學(xué)生很難在這種教學(xué)中收獲核心素養(yǎng)應(yīng)有的提升。建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性，認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)生成、建構(gòu)、理解的過(guò)程。學(xué)生經(jīng)歷了從提出多種假說(shuō)到否定多數(shù)假說(shuō)再肯定某種假說(shuō)的過(guò)程，充分地提升了自己的科學(xué)研究能力。《新課標(biāo)》提出的概念教學(xué)不是傳統(tǒng)概念中的定義，概念應(yīng)包括概念本身的表述形式、概念的內(nèi)涵與外延、概念的模型建構(gòu)、概念的獲得方法等?；谏疃葘W(xué)習(xí)理論，教師嘗試將紅眼、白眼果蠅帶進(jìn)課堂，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景，再現(xiàn)摩爾根的研究歷程，引導(dǎo)學(xué)生積極探究、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明基因在染色體上，逐步加深學(xué)生對(duì)“基因在染色體上”的理解，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)該概念。

1情境設(shè)疑：在真實(shí)的生物學(xué)情境中提出問(wèn)題在傳統(tǒng)的“知識(shí)性傳授”教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容是對(duì)陳述性知識(shí)的講解，忽視知識(shí)所處的情景載體，割裂了學(xué)科知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的具體體現(xiàn)?；谡鎸?shí)生物學(xué)問(wèn)題的學(xué)習(xí)很好的避免的這些弊端，將知識(shí)蘊(yùn)含在真實(shí)、具體的情景中。在學(xué)生對(duì)情景的討論、思考和解釋中，完成了對(duì)知識(shí)和技能的掌握，并發(fā)展了科學(xué)思維、生命觀念等學(xué)科核心素養(yǎng)。真實(shí)的生物學(xué)問(wèn)題可以來(lái)源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)、科學(xué)論文文獻(xiàn)、對(duì)生活中現(xiàn)象的觀察等。

在開(kāi)展“基因在染色體上”教學(xué)時(shí)，教師可以設(shè)置兩個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，即將白眼雄果蠅與雌性紅眼果蠅交配得到F（1實(shí)驗(yàn)一），F(xiàn)1代紅眼雌果蠅與紅眼雄果蠅相互交配得到F（2實(shí)驗(yàn)二）。實(shí)驗(yàn)一結(jié)果顯示F1代全是紅眼，實(shí)驗(yàn)二結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中各組數(shù)據(jù)不一。針對(duì)這兩個(gè)試驗(yàn)情境，教師引導(dǎo)學(xué)生思考并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)一中的紅眼和白眼這對(duì)相對(duì)性狀的顯隱性如何？如何繼續(xù)驗(yàn)證你的想法？實(shí)驗(yàn)二中的白眼性狀為什么只出現(xiàn)于雄性果蠅中？紅眼與白眼的比例是多少？是否符合孟德?tīng)柕倪z傳定律？哪個(gè)基因是隱性基因？白眼性狀存在的性別有什么特點(diǎn)？教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)紅白眼基因的遺傳與性狀的相關(guān)性，聯(lián)系學(xué)生已有的性別決定知識(shí)，使學(xué)生將基因與染色體建立聯(lián)系。

分析自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一定是學(xué)生腦海中時(shí)刻思考的問(wèn)題，容易促進(jìn)學(xué)生的思考、討論、論證和推理。論證推理是深度學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生運(yùn)用實(shí)證去對(duì)某一論點(diǎn)或結(jié)論佐證的思維過(guò)程和語(yǔ)言組織表達(dá)形式，論證過(guò)程常常包含一個(gè)或多個(gè)推理。由于論證是用論據(jù)去論證結(jié)論，很多時(shí)候論據(jù)的真實(shí)性本身又需要論證，因此，教師在教學(xué)中選擇真實(shí)情景就尤顯重要。

2推理論證：在事實(shí)材料的相關(guān)性中綜合分析

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)活動(dòng)與體驗(yàn)之后對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容本質(zhì)的深度加工，需要學(xué)生對(duì)已有事實(shí)進(jìn)行推理、論證得出相應(yīng)的結(jié)論或假說(shuō)。推理論證就是從已知信息得出新信息的思維過(guò)程，這是培育生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的極佳途徑。

在“基因在染色體上”的學(xué)習(xí)時(shí)，結(jié)合果蠅的染色體圖解，教師指出果蠅的性別決定方式。由基因決定生物的性狀，性染色體組成決定果蠅的性別。性狀與性別相關(guān)聯(lián)則側(cè)意味著基因與染色體也具有一定的關(guān)聯(lián)性（圖1）。在學(xué)生建立起基因與染色體的聯(lián)系后，教師可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)基因和染色體的4種平行關(guān)系，通過(guò)思考和討論，學(xué)生利用類比推理，做出“基因在染色體上”的假說(shuō)。教師追問(wèn)：果蠅的紅白眼基因究竟在性染色體的什么部位上呢？根據(jù)圖1中的展示，利用演繹推理，學(xué)生繼續(xù)得出推論，即白眼基因只位于Y染色體上（假說(shuō)①），白眼基因只位于X染色體上（假說(shuō)②），白眼基因位于X和Y染色體的同源區(qū)段（假說(shuō)③）。

科學(xué)思維強(qiáng)調(diào)識(shí)別、揭露和反駁錯(cuò)誤的推理和論證。一個(gè)推理論證的結(jié)論或推論是否正確，主要是從推理形式本身是否有效、前提是否真實(shí)和能否正確預(yù)測(cè)出新的事實(shí)或證據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。上述的3個(gè)假說(shuō)不可能都正確，提出假說(shuō)后，學(xué)生接下來(lái)的任務(wù)就是尋找證據(jù)去證實(shí)或證偽。假說(shuō)①不能解釋實(shí)驗(yàn)一、二中F1、F2代的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也就是前提是假命題，因此假說(shuō)①被否定。再利用演繹推理，利用假說(shuō)②、③的結(jié)論來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的現(xiàn)象。推理發(fā)現(xiàn)，這兩種假說(shuō)都能解釋兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖2、圖3），這意味著假說(shuō)②、③都沒(méi)有被否定，即現(xiàn)有前提是真命題，邏輯推理形式有效，辨證真?zhèn)蔚木椭皇Ｏ履芊耦A(yù)測(cè)新的事實(shí)作為證據(jù)。

3推斷預(yù)判：在辨別假說(shuō)真假中求證求真

批判性思維是一種質(zhì)疑、批判和拷問(wèn)的思維，更關(guān)注的是評(píng)價(jià)各種推理和論證能力，要求給出一種判斷或結(jié)論的理由，并通過(guò)分析、評(píng)價(jià)自己和他人的推理或論證，來(lái)設(shè)計(jì)更好的推理或論證。這需要學(xué)生能對(duì)隱含在真實(shí)情景中的學(xué)科知識(shí)和原理進(jìn)行揭示和假定，并對(duì)這些假定的合理性進(jìn)行科學(xué)批判后，做出合理的辯護(hù)。在深度學(xué)習(xí)中，為了更好地發(fā)展和培育學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，教師學(xué)生置身在真實(shí)情境中、開(kāi)放的任務(wù)活動(dòng)中，解決各種陌生而復(fù)雜的問(wèn)題中，不斷深度的思考和討論、批判和質(zhì)疑、總結(jié)和反思，最終在打破常規(guī)中重構(gòu)新的知識(shí)體系。假說(shuō)②、3究竟哪個(gè)是真命題？最關(guān)鍵的就是哪種假說(shuō)能預(yù)測(cè)另一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考：設(shè)計(jì)哪種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)合適？檢測(cè)的親本果蠅如何選擇？不同假說(shuō)對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)的結(jié)果是否相同？......教師一步一步地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行遺傳實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、結(jié)果預(yù)測(cè)及其分析。

學(xué)生在理解、遷移和分析后，不難發(fā)現(xiàn)：測(cè)交有兩種組合，即白眼雌性果蠅與F1紅眼雄性果蠅或白眼雄性果蠅與F1紅眼雌性果蠅。但是，在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上根本就沒(méi)有白眼雌性果蠅，因此，只能選擇白眼雄性果蠅與F1紅眼雌性果蠅進(jìn)行測(cè)交。很快，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)，如果選擇白眼雄性果蠅與F1紅眼雌性果蠅進(jìn)行測(cè)交，假說(shuō)2和假說(shuō)3出現(xiàn)的結(jié)果都是紅眼♀∶紅眼♂∶白眼♀∶白眼♂=1∶1∶1∶1。有學(xué)生質(zhì)疑這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁_(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果。繼續(xù)通過(guò)討論，學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中推理的邏輯，一旦出現(xiàn)預(yù)測(cè)的結(jié)果，不管假說(shuō)2和假說(shuō)3哪個(gè)正確，都不影響得出控制紅、白眼性狀的基因在染色體上的結(jié)論（圖4）。

在深度學(xué)習(xí)的影響下，學(xué)生僅僅得出“基因在染色體上”的結(jié)論，并不能滿足學(xué)習(xí)需求，他們更渴望去解決之前提出的假說(shuō)究竟誰(shuí)是真命題誰(shuí)是假命題，自發(fā)地繼續(xù)設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)去尋找證據(jù)。在上述演繹推理之后，進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)。將白眼雄性果蠅與F1紅眼雌性果蠅進(jìn)行測(cè)交（實(shí)驗(yàn)三），并在實(shí)驗(yàn)三中獲得的白眼雌性果蠅與野生型紅眼雄性果蠅進(jìn)行雜交（實(shí)驗(yàn)四）。小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)最終表明假說(shuō)2正確，假說(shuō)3錯(cuò)誤。這種研究將白眼基因與X染色體聯(lián)系起來(lái)，從而證明了基因在染色體上。

當(dāng)學(xué)生得到“基因在染色體上”結(jié)論后，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生回顧科學(xué)史，重新梳理科學(xué)史的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從1903年薩頓提出“基因在染色體上”的假說(shuō)，1904年摩爾根開(kāi)始用果蠅做胚胎學(xué)研究，1908年斯蒂文斯發(fā)現(xiàn)果蠅的性染色體為XY型，1910年摩爾根利用偶然發(fā)現(xiàn)的一只白眼雄果蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一直到1916年摩爾根的學(xué)生布里奇斯進(jìn)行果蠅雜交實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞學(xué)觀察，無(wú)可辯駁地證明了基因在染色體上。梳理這段科學(xué)史時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生比較自己在尋找的解決辦法與科學(xué)史中的異同之處，評(píng)價(jià)各自采取措施的效果，指出在百年的探索中每位科學(xué)家所做工作的價(jià)值。

通過(guò)這樣的深度學(xué)習(xí)之后，學(xué)生驚訝發(fā)現(xiàn)他們短時(shí)間內(nèi)的探索，與100多年前美國(guó)的遺傳學(xué)家薩頓和美國(guó)的生物學(xué)家摩爾根所做的研究如出一轍。教師帶領(lǐng)學(xué)生在科學(xué)史中找到學(xué)習(xí)內(nèi)容的聯(lián)系，塑造尊重歷史、善于省察、理性思辨的學(xué)習(xí)文化。

4評(píng)價(jià)分析：在學(xué)習(xí)行為證據(jù)中推理判斷

任何教學(xué)的設(shè)計(jì)都需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，即評(píng)價(jià)分析，它是促進(jìn)學(xué)生指向核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)的具體體現(xiàn)，是學(xué)生在深度學(xué)習(xí)某一內(nèi)容后進(jìn)行理性探索、融會(huì)貫通，能夠根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某一新事件的真?zhèn)魏脡?、事件背后價(jià)值等進(jìn)行推理和判斷。

在深度學(xué)習(xí)中，教師的評(píng)價(jià)應(yīng)該更多地關(guān)注學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)有沒(méi)有得到提升，提升幅度有多大，有哪些具體的依據(jù)等。因此，教師做好過(guò)程性評(píng)價(jià)就是一個(gè)理想的選擇，關(guān)注學(xué)生在真實(shí)情景下所表現(xiàn)出具體技能和素養(yǎng)，包括呈現(xiàn)具有生物學(xué)原理的真實(shí)情景，設(shè)計(jì)、實(shí)施并解決問(wèn)題的能力，與同學(xué)和諧相處、順利溝通、協(xié)同合作完成既定任務(wù)等。因此，深度學(xué)習(xí)的課堂上，教師要確保學(xué)生在習(xí)得專長(zhǎng)、解決問(wèn)題和高階思維等構(gòu)成上深層次理解和構(gòu)建知識(shí)體系，在評(píng)價(jià)目標(biāo)、評(píng)價(jià)任務(wù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方式上做好評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。評(píng)價(jià)目標(biāo)的設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)標(biāo)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)維度進(jìn)行質(zhì)量的描述，評(píng)價(jià)任務(wù)盡量在真實(shí)情景中給定學(xué)生具體問(wèn)題去解決，并根據(jù)可能出現(xiàn)的答案，擬定相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)的方式應(yīng)該多元化，既要有體現(xiàn)學(xué)科教學(xué)知識(shí)性的學(xué)案設(shè)計(jì)，也可以有課堂觀察等過(guò)程性評(píng)價(jià)，還可以有實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、調(diào)查報(bào)告的撰寫、師生訪談的開(kāi)展、課后問(wèn)卷的設(shè)計(jì)與實(shí)施等。

例如，在上述的教學(xué)案例中，學(xué)生學(xué)習(xí)完成之后，有沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，即在基因和染色體的相關(guān)事實(shí)基礎(chǔ)上，能不能利用科學(xué)思維、科學(xué)探究等素養(yǎng)來(lái)闡明基因在染色體上;能否從基因和染色體兩者關(guān)系對(duì)孟德?tīng)栠z傳規(guī)律作出科學(xué)的解釋;結(jié)合學(xué)生自己的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)與科學(xué)史的學(xué)習(xí)，有沒(méi)有產(chǎn)生對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)，對(duì)科學(xué)研究過(guò)程中需要的既要做到尊重事實(shí)，又要具有敢于質(zhì)疑的批判性科學(xué)精神有認(rèn)同和內(nèi)化等（過(guò)程性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)表1）。

評(píng)價(jià)需要教師對(duì)各項(xiàng)各類信息進(jìn)行收集、整理、分析、判斷，然后再根據(jù)這些證據(jù)對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)表，給每位學(xué)生核定評(píng)價(jià)結(jié)果。這種評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的評(píng)價(jià)依據(jù)之一，也可以用于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)思維品質(zhì)以及教師教學(xué)方式的改進(jìn)等。

新一輪課程改革強(qiáng)調(diào)立德樹人根本任務(wù)，更具體細(xì)化的表現(xiàn)在核心素養(yǎng)的發(fā)展上。深度學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)將高階思維作為培養(yǎng)目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為不懈追求。因此，指向核心素養(yǎng)的生物學(xué)深度學(xué)習(xí)符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，切合國(guó)家在轉(zhuǎn)變育人方式下的課堂教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

孫懷寬.在生物學(xué)概念教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的探索[J].中學(xué)生物教學(xué)，2021，（4）：4-7.