深度學習視域下高中生物學教學的實踐

吳美云

摘 要：本文以“深度學習”理論為指導，在“血糖平衡調節(jié)”的教學中通過情境創(chuàng)設聯結經驗、穿針引線構建模型、模型變式體悟實質、模型應用深化責任四個教學環(huán)節(jié)指向深度學習的五大特征（聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價）;旨在引導學生開展深度學習，培養(yǎng)高階思維，構建深度學習的高中生物課堂。

關鍵詞：深度學習;血糖調節(jié);模型建構

深度學習概念源于人工智能領域，近年來因時代對人才的需求及信息發(fā)展的技術支持使其在教育體系中迅速興盛。所謂深度學習，是指在教師的引領下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程[1]。與簡單機械的淺層學習有別，深度學習具有情境深、發(fā)展深、責任深等特點，它更強調學生情境思辨、邏輯推理、實驗驗證、遷移應用等高級思維能力的培養(yǎng)?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》明確提出“核心素養(yǎng)為宗旨”的課程基本理念，深度學習作為落實核心素養(yǎng)的重要“腳手架”，是促進學生必備品格和關鍵能力發(fā)展的重要途徑。下面以“血糖平衡調節(jié)”為例探討深度學習理念在高中生物課堂教學中的實踐。

一、教材分析與設計思路

血糖調節(jié)是人教版高中生物必修3“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”模塊中的重點內容，該部分內容與人體的消化、呼吸、循環(huán)、泌尿等代謝知識息息相關。血糖調節(jié)是學生在學習內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的生理意義和神經調節(jié)的基礎上，對激素調節(jié)在人體穩(wěn)態(tài)維持中的作用的進一步詮釋。其中激素在血糖平衡調節(jié)中的作用以及與下丘腦之間的辯證關系是全新的內容，也是本節(jié)課的難點?；趯W生的前概念分析，在實際教學中可從學生思維的“最近發(fā)展區(qū)”出發(fā)，為難點的突破設置一定的知識階梯，所以在本節(jié)課中筆者采用搭建多重支架引導學生自主建構概念，體驗血糖調節(jié)模型構建;通過相關實驗的設計培養(yǎng)學生科學探究的高階思維。為了進一步在本節(jié)課中落實深度學習的理念，筆者設計了如圖所示的教學環(huán)節(jié)（圖1）。

二、教學目標的制定

基于課程標準及學生的認知思維水平，制訂了如下教學目標：①能夠利用圖表和資料分析血糖調節(jié)的動態(tài)過程，樹立穩(wěn)態(tài)與平衡觀;嘗試構建血糖平衡調節(jié)模型，學會運用證據修正模型，逐步發(fā)展模型與建模的科學思維。②能夠運用“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”這一生命觀念分析糖尿病的病因，關注糖尿病患者的需求，提出糖尿病預防和治療的可行途徑，形成社會責任意識。

三、教學過程

（一）情境創(chuàng)設聯結經驗

深度學習強調知識是有內在聯系的結構與系統(tǒng)，聯結學生已有的前概念和新知識是開展深度學習的基礎。以真實的生活情境為載體，能夠激發(fā)學生的學習興趣，讓學生在真實情境支架下實現知識符號與現實生活的相互轉化。[2]簡單來講，當學生的學習活動融入真實的情境時，深度學習才會發(fā)生。通過前概念分析，學生腦海中已經有部分關于低血糖、糖尿病的認識，這部分經驗可以作為新概念的生長點，初步達成血液中的葡萄糖含量的高低對保證人體能量供應以及保持人體健康有重要意義的認識，進而激發(fā)學生對體內血糖平衡調節(jié)學習的渴望。

角色體驗：某同學沒有吃早飯的習慣，一天早上出現了冒冷汗，嘴唇蒼白等癥狀，如果你是醫(yī)生，你將做出什么樣的診斷？如何證明你的診斷？學生可以結合生活經驗得到用血糖儀檢測血糖濃度的方法。列表呈現：人體內血糖濃度范圍及癥狀，教師引入課題：體內的血糖是如何調節(jié)的呢？

經驗分析：結合已有的生活體驗，分析體內的血糖有哪些來源？又可以合成、轉化成哪些物質？構建血糖來源和去路的概念模型。

（二）穿針引線構建模型

活動與體驗是深度學習的核心特征，“活動”是指以學生為主體的主動活動，而非生理活動或受他人支配的肢體活動，“體驗”是指學生在活動中生發(fā)的內心體驗。[1]深入理解教材，是開展有意義學習的重要保證。血糖平衡調節(jié)中激素與下丘腦聯系的邏輯點是本節(jié)課的重點及難點，單純通過被動、機械閱讀教材獲得的知識并不能內化為學生的認知。為此筆者在深入剖析教材中的知識后適當延伸拓展，以素材為載體，以活動促發(fā)展，精心搭建多重支架，助力學生建構血糖平衡調節(jié)體系，為達成教學目標設計了以下幾個環(huán)節(jié)：

環(huán)節(jié)1：PPT呈現人進食一段時間后以及運動后血糖濃度與胰島素濃度、胰高血糖素濃度關系曲線，結合教材的相關資料，試用相應的文字與箭頭構建飯后與運動后的血糖調節(jié)過程的反饋模型，并總結出激素調節(jié)模型圖，完成后組內交流。

環(huán)節(jié)2：提供背景資料引導學生全面分析，對血糖調節(jié)中的神經調節(jié)途徑再補充，認識內分泌系統(tǒng)和神經系統(tǒng)共同調節(jié)人體生命活動的一般規(guī)律。各小組分享血糖平衡調節(jié)體系，教師用希沃助手展示學生構建的血糖平衡綜合模型，同時結合師生、生生互評，加以完善對學生活動的評價。血糖平衡調節(jié)的綜合生理模型及激素調節(jié)模型圖如下所示。

設計意圖：學生在前概念的基礎上，體驗血糖調節(jié)圖解式概念模型的構建。教師以問題驅動，并適時補充素材幫助學生解決問題、反復推敲、完善模型，從而明確模型建構的科學方法，促進分析問題能力的培養(yǎng)。

（三）模型變式體悟實質

瑞典學者馬飛龍指出，學生的學習結果與教師對教學中的變與不變的內容的呈現和處理密切相關。[1]深度學習離不開科學思維，教師應引導學生變換思維角度去分析問題、解決問題，將課堂學習推向更深的層面。

環(huán)節(jié)1：在交流思辨中進一步明晰胰島素的功能。空腹抽血后，定量飲用高濃度的葡糖溶液，一段時間后測試血糖濃度，嘗試畫出正常人與糖尿病患者（胰島B細胞分泌功能不足者）的血糖濃度變化曲線圖。教師追問：“正常人與胰島B細胞分泌功能不足者血糖濃度變化趨勢都是先上升，再下降，但下降速率不同。誰的下降速率慢？為什么？”

環(huán)節(jié)2：如何證明后者下降速率慢是因為胰島素分泌不足引起的？試設計實驗證明胰島素具有降血糖的功能，要求學生根據提供的實驗材料（若干只發(fā)育良好且狀況一致的小鼠，生理鹽水、注射器、適宜濃度的胰島素、高濃度葡萄糖等）寫出實驗思路并預測結果。

設計意圖：通過概念模型與數學模型的轉換，讓學生有意識地建構知識的聯系，有助于學生理清所學知識的內在邏輯線索，培養(yǎng)學生模型轉化處理能力的同時實現對血糖平衡調節(jié)知識的內化。其中實驗設計過程則是學生實證意識的培養(yǎng)以及對科學本質的體悟。

（四）模型應用深化責任

遷移與應用是深度學習的屬性特征，“遷移”是對已有經驗的拓展與延伸，“應用”強調將所學的知識操作化、外顯化。學生在解決真實復雜情境中的問題時，通過有效整合學科相關知識，并不斷修正、調適知識，從抽象到具體，從經驗到實踐，完成對學習內容的認知深化以及綜合能力的提升，最終實現核心素養(yǎng)的落地。因此筆者呈現以下情境指導學生運用血糖平衡模型，解決生活中常見的問題，適時引導學生對學習情況進行反思與評價。

環(huán)節(jié)1：呈現尿糖與糖尿病的資料，《黃帝內經》中對糖尿病的癥狀描述如下：“多飲而渴不止，多食而饑不止，多溲而膏濁不止。”設疑：尿糖能否等同于糖尿??？試利用血糖調節(jié)知識并結合內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的內容解釋糖尿病患者為什么會出現上述癥狀？學生分析現象、深入思考并討論回答問題。

環(huán)節(jié)2：通過呈現2型糖尿病的資料及胰島素作用機制圖（圖4），重點引導學生從細胞和分子水平分析血糖調節(jié)機制，如果你是糖尿病新療法的工作者，除了注射胰島素外，你認為糖尿病控制和治療還有哪些可行途徑？最后教師還可以介紹中國科學家人工合成結晶牛胰島素的科研成果，促進學生愛國價值觀念的深化。

設計意圖：立德樹人在生物學科教學中的指向，包括健康的生活理念和正確的價值觀。在已有的知識和生活經驗的基礎上，借助糖尿病患者癥狀的原因分析，引導學生將穩(wěn)態(tài)與平衡觀運用于生活、服務于生活。

結束語

深度學習不是機械的教學方法，而是教師在課堂中進行有效性教學的多元化途徑，教師可根據教材和學情，靈活選擇深度學習發(fā)生的機制催生深度學習，關注學生的共同基礎和多元發(fā)展需求。[3]本節(jié)課以低血糖為切入點引出血糖調節(jié)，教師通過知識有機整合引導學生構建血糖平衡調節(jié)概念模型，利用模型變式實現重要概念的再加工，以情境為載體將生物學知識遷移自我評價水平中，以實現生物學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻

[1]郭華.深度學習及其意義[J].課程·教材·教法，2016，36（11）：25-32.

[2]于偉東，丁奕然.問題式與情境式對比中的主線教學審視[J].生物學通報，2016，5l（12）：38-40.

[3]謝倩，李韶山.例談基于深度學習典型機制的高中生物學教學[J].中學生物學，2019，35（8）：23-25.