例談實驗探究和建模視角的初中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)

朱毅鴻 何君

摘要以“動物的運動依賴于一定的結(jié)構(gòu)”教學(xué)實踐為例，探尋深度學(xué)習(xí)理論在學(xué)科教學(xué)中落地的實踐范式。通過實驗探究、自制模型的組裝修正和論證解釋，引領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)，體悟?qū)W科本質(zhì)及思想方法，形成并發(fā)展必備品格和關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞 實驗探究 模型建構(gòu) 深度學(xué)習(xí)

中圖分類號G633. 91文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

深度學(xué)習(xí)是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學(xué)習(xí)，是實現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的有效途徑。在當(dāng)前教育教學(xué)改革的大背景下，深度學(xué)習(xí)走入學(xué)科教育，成為走向核心素養(yǎng)的必由之路。下面以人教版“動物的運動依賴于一定的結(jié)構(gòu)”教學(xué)實踐為例，以深度學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，探尋深度學(xué)習(xí)理論在學(xué)科教學(xué)中落地的實踐范式。教師引導(dǎo)學(xué)生探究雞翅的關(guān)節(jié)，建構(gòu)動物的運動依賴于一定結(jié)構(gòu)的概念模型，實現(xiàn)從事實到概念再到觀念的意義建構(gòu)；通過自制關(guān)節(jié)模型的組裝與修正等實踐活動，深化學(xué)生對運動結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的認(rèn)識，實現(xiàn)理論與實踐的深度融合，發(fā)揮實踐的育人價值；應(yīng)用模型論證解釋骨、關(guān)節(jié)和肌肉的協(xié)調(diào)配合完成運動的過程，實現(xiàn)高階思維發(fā)展的有意義學(xué)習(xí)。學(xué)生在教師引領(lǐng)下，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)全身心積極參與，使學(xué)生在掌握知識的同時，體悟?qū)W科本質(zhì)及思想方法，形成并發(fā)展必備品格和關(guān)鍵能力。

1實驗探究建構(gòu)概念，培育關(guān)鍵能力

生物學(xué)是建立在實驗為基礎(chǔ)上的科學(xué)，實驗中所呈現(xiàn)的事例、現(xiàn)象和結(jié)果是建構(gòu)概念的重要證據(jù)。人教版八年級上冊“動物的運動”一節(jié)設(shè)置了剪去皮膚雞翅的觀察思考活動。由于鳥的翼和人的上肢是同源器官，學(xué)生觀察雞翅獲得關(guān)于肌肉、骨和關(guān)節(jié)的直觀認(rèn)識，可以遷移運用于哺乳動物運動系統(tǒng)的組成，進而建立“動物運動依賴與一定的結(jié)構(gòu)”這一概念。實際教學(xué)中，學(xué)生分組觀察需要的新鮮雞翅較多，會出現(xiàn)利用率低、實驗材料浪費等問題。另外，教材中對觀察雞翅缺乏具體的操作指導(dǎo)，學(xué)生拿著雞翅不知道要做什么、怎么做，或者胡亂擺弄、走馬觀花?；诖?，筆者設(shè)計了觀察雞翅實驗探究活動，引導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)方法認(rèn)識事物建構(gòu)概念，在問題解決深度學(xué)習(xí)過程中培育學(xué)科關(guān)鍵能力。

“觀察雞翅”實驗探究：

（1）材料準(zhǔn)備：取一個完整的雞翅，用解剖剪除去皮膚，如圖1所示（A、B表示關(guān)節(jié)，①②③表示肌肉）。小心剪開關(guān)節(jié)B外的結(jié)構(gòu)，露出骨。

（2）實驗探究步驟。

①探究骨如何運動：一手抓住翅根基部，另一手依次拉動圖1中的肌肉②、③，觀察翅中的運動。

②探究骨與骨之間的連接：對照教材中的關(guān)節(jié)示意圖，識別關(guān)節(jié)各結(jié)構(gòu)，標(biāo)注出雞翅關(guān)節(jié)各結(jié)構(gòu)；用兩手分別抓住A的兩邊，先扯一扯，再轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，記錄感覺；用鑷子撕一下關(guān)節(jié)A外包裹的關(guān)節(jié)囊，感受關(guān)節(jié)囊的韌性；觀察關(guān)節(jié)B，摸一摸兩塊骨相接觸的表面，記錄觸感。比較下列哪種操作的雞翅運動幅度更大：一手抓住翅根基部，另一手拉動②；b.一手抓住A，另一手拉動①。

（3）結(jié)果記錄：

拉動肌肉，骨的位置會；依次拉動②、③，動作相當(dāng)于、，說明完成一個動作至少需要組肌肉的配合。

感覺關(guān)節(jié)既又。

關(guān)節(jié)囊撕裂，其作用是。

感覺到兩塊骨相接觸的表面，其作用是。

操作運動幅度更大，可能原因。

（4）思考：

①肌肉、骨在運動中分別有什么作用？

②關(guān)節(jié)在運動中有什么作用？

教師課前完成活動的“材料準(zhǔn)備”，課上留給學(xué)生足夠的時間進行實驗探究?；顒訒r，教師引導(dǎo)學(xué)生有序完成每一個操作，獲得真實體驗；引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)象進行分析綜合，學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法；引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度進行思考，為生命觀念的形成做鋪墊。課堂教學(xué)時，學(xué)生4人一組，有的負(fù)責(zé)操作、有的負(fù)責(zé)記錄，分工合作進行實驗探究?！疤骄抗桥c骨之間的連接”是教學(xué)的難點，教師設(shè)計了5個相互關(guān)聯(lián)的操作，由淺入深、由局部到整體進行探究。教師先引導(dǎo)學(xué)生對照剪開的雞翅關(guān)節(jié)與教材關(guān)節(jié)模式圖，識別標(biāo)注雞翅關(guān)節(jié)各結(jié)構(gòu)；再引導(dǎo)學(xué)生通過拉、轉(zhuǎn)、撕、摸等實驗探究活動，體驗關(guān)節(jié)具有既牢固性又靈活性的特點。學(xué)生再通過對完整關(guān)節(jié)A與剪開關(guān)節(jié)B完成運動的對比探究活動，體驗關(guān)節(jié)做為支點能夠使運動更加靈活的特性，認(rèn)識到生物結(jié)構(gòu)的完整性對完成運動的重要意義。在逐步完成的實驗探究過程中，學(xué)生動手動腦、感知體驗，對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系進行解釋，建構(gòu)生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

學(xué)生通過實驗探究獲得了肌肉、骨和關(guān)節(jié)的直觀認(rèn)識，但是所獲的的知識內(nèi)容之間是零散的、碎片化的。深度學(xué)習(xí)是相對于淺層學(xué)習(xí)的一種學(xué)習(xí)方式，重視知識的關(guān)聯(lián)、整合，要求學(xué)生能夠?qū)χR的輸出用科學(xué)準(zhǔn)確的語言或圖表等形式進行表達(dá)。教師引領(lǐng)學(xué)生將知識進行歸納整理，幫助學(xué)生理清知識間內(nèi)在聯(lián)系，促進學(xué)生建構(gòu)“動物的運動依賴于一定的結(jié)構(gòu)”概念模型，形成完整的知識結(jié)構(gòu)體系（圖2）。

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，通過實驗探究獲得科學(xué)事實，再對事實進行分析綜合、抽象概括，將知識深度加工建構(gòu)概念模型，形成既有廣度、又有深度的結(jié)構(gòu)化知識，實現(xiàn)從事實到概念再到觀念的意義建構(gòu)。在此過程中，學(xué)生的實驗探究能力、學(xué)習(xí)理解能力、解決問題能力等生物學(xué)科關(guān)鍵能力得到培育。

2模型修正理解概念，發(fā)展實踐能力

深度學(xué)習(xí)是觸及學(xué)生心靈的意義建構(gòu)過程，高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，強調(diào)學(xué)習(xí)過程中的主動參與，要求教師選擇恰當(dāng)?shù)默F(xiàn)實情境設(shè)計學(xué)習(xí)活動，進一步深化學(xué)生對概念的理解，激發(fā)學(xué)生探究生命奧秘的興趣。學(xué)生通過自制模型的組裝、修正和完善等實踐活動，深入知識內(nèi)核，把握知識的本質(zhì)和深層意義。

教材中設(shè)置了“試一試”活動，要求學(xué)生利用硬紙板、松緊帶和工字釘?shù)炔牧现谱鳌凹∪鉅縿庸沁\動”的簡易模型。常見模型如圖3所示，該模型用螺絲模擬關(guān)節(jié)，不能直觀體現(xiàn)關(guān)節(jié)頭關(guān)節(jié)窩的連接；學(xué)生還容易將松緊帶誤認(rèn)為關(guān)節(jié)囊；模擬屈肘、伸肘動作時也不易操作。因而，對制作材料進行了改進，用較硬泡沫塑料、超輕黏土、氣球等常見材料制作模型。改進后的模型如圖4所示，該模型加上小手以區(qū)分上臂骨和前臂骨，用超輕黏土突顯了關(guān)節(jié)表面軟骨、關(guān)節(jié)頭和關(guān)節(jié)窩形狀，用圓形氣球兩端開口模擬關(guān)節(jié)囊，使抽象的結(jié)構(gòu)更為生動形象。

活動時，學(xué)生4人一組利用分發(fā)材料（圖5）組裝模型，然后進行展示和評價。因為有了之前的觀察探究和概念建構(gòu)，多數(shù)學(xué)生能夠順利完成關(guān)節(jié)的組裝。學(xué)生出現(xiàn)較多的錯誤是肌肉附著的方式，有的將肱二頭肌和肱三頭肌位置裝反了，有的將有兩束（或三束）肌肉的肌腱連在前臂骨上。在學(xué)生困惑之際，教師請學(xué)生做屈肘和伸肘動作，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)屈肘時肱二頭肌收縮鼓起，從而明確肱二頭肌的位于臂的前方，模型中應(yīng)連接在手掌內(nèi)側(cè)，肱三頭肌應(yīng)在外側(cè)。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察教材中的屈伸肘圖，使學(xué)生認(rèn)識到：肱二頭肌的起端有2個頭，而肱三頭肌起端有三個頭，應(yīng)附著在上臂骨上，而且每一塊肌肉都繞過關(guān)節(jié)附著在相鄰的兩塊骨上，收縮時肌肉變短引起關(guān)節(jié)運動。學(xué)生進一步體悟到結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點。

自制模型外顯傳遞已學(xué)知識，以簡化、理想化的形式再現(xiàn)原型的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系，實現(xiàn)理論與實踐的深度融合。學(xué)生分析比較模型與概念之間的契合度和科學(xué)性，實現(xiàn)從抽象到具象的思維提升；修正和完善模型的過程，發(fā)展實踐能力，體現(xiàn)了實踐的育人價值。

3模型論證深入本質(zhì)，提升科學(xué)思維

模型構(gòu)建的過程是思維和行為相統(tǒng)一的過程，不能僅停留在模型結(jié)構(gòu)與原型的契合度層面，應(yīng)用模型進行論證和解釋概念，推動對知識本質(zhì)的理解，達(dá)到更深層次的融會貫通和拓展延伸，提高知識學(xué)習(xí)的意義化。

課堂上，學(xué)生到講臺前用模型演示屈、伸肘動作，并解釋說明運動是如何產(chǎn)生的。這個任務(wù)有一定難度，需要學(xué)生綜合運用所學(xué)知識才能正確模擬。不少學(xué)生演示時用手推動骨來完成屈伸肘動作。針對這一錯誤，教師利用模型演示并解釋：骨本身不會動，是因為肌肉牽拉骨位置發(fā)生改變而產(chǎn)生動作，肌肉收縮的原因是受到神經(jīng)傳來的刺激；一個動作的完成需要至少是由二組肌肉協(xié)調(diào)配合完成的。達(dá)成共識后，學(xué)生調(diào)整方法，再次用模型模擬屈伸肘動作，深化對肌肉、骨和關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)配合產(chǎn)生運動的原理的理解。教師引導(dǎo)學(xué)生將模型應(yīng)用到真實情景中解決日常生活問題，加強學(xué)生對學(xué)習(xí)結(jié)果的外化，最大化發(fā)揮建構(gòu)模型的價值，促進學(xué)生提高用模型方法進行科學(xué)解釋的能力，提升高階思維能力。

教學(xué)中，教師還利用模型演示了關(guān)節(jié)頭從關(guān)節(jié)窩中脫出、骨折斷、肌肉拉傷等情形下無法完成動作，以說明結(jié)構(gòu)的完整性對運動的重要意義，引導(dǎo)學(xué)生在日常生活中要做好保護措施，如充分做好運動前的準(zhǔn)備活動、運動強度適宜等，體現(xiàn)學(xué)有所用、學(xué)以致用，使學(xué)生形成珍愛生命、健康生活的社會責(zé)任。

總之，生物學(xué)深度學(xué)習(xí)是核心素養(yǎng)價值訴求的高度凝練，實現(xiàn)了知識的深度理解、思維的高度提升以及生命的深刻感悟三個方面的發(fā)展與進階。初中生物學(xué)教學(xué)中的深度學(xué)習(xí)實踐，必將對學(xué)生學(xué)習(xí)方式、價值觀念、行為方式乃至整個生活方式的改變產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

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