指向科學(xué)思維培養(yǎng)的高中生物深度學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

王上銳 凌瑩穎

（柳州高級(jí)中學(xué) 廣西柳州 545006）

1 概述

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修改）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確提出應(yīng)聚焦培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，具備開放性、批判性、創(chuàng)造性和邏輯性等特點(diǎn)，是一種綜合理解整合、知識(shí)遷移、總結(jié)運(yùn)用的創(chuàng)新能力?？茖W(xué)思維的本質(zhì)是人對自然界客觀事物的認(rèn)知行為、認(rèn)知方式和認(rèn)知品質(zhì)的反映。因此，具備科學(xué)思維的學(xué)生應(yīng)具有如下能力特征：基于存在的問題，能從不同角度加以分析闡述；基于事實(shí)依據(jù)，能用求真態(tài)度進(jìn)行辯證式思考；基于開拓創(chuàng)新的思想，能對理論知識(shí)加以深化及創(chuàng)造性運(yùn)用；基于事物發(fā)展的規(guī)律，能對知識(shí)進(jìn)行有條理地串聯(lián)。雖然培養(yǎng)科學(xué)思維的途徑和場所有很多，但最重要的陣地仍是生物學(xué)課堂。尤其教師在課堂中運(yùn)用深度學(xué)習(xí)理念進(jìn)行教學(xué)，對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)有事半功倍的成效。

2 深度學(xué)習(xí)的概念

在我國，深度學(xué)習(xí)的概念和特征由黎加厚教授首次提出，他強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí)需要學(xué)習(xí)者批判地學(xué)習(xí)新思想和事實(shí)，結(jié)合原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)并建立聯(lián)系，從而將已有的知識(shí)遷移到新的情境中。由此可見，深度學(xué)習(xí)是一種帶有辯證的學(xué)習(xí)態(tài)度，要求學(xué)生能對知識(shí)的內(nèi)涵與外延進(jìn)行有深度、有廣度、有難度的思索，并將這些收獲進(jìn)行遷移和應(yīng)用，最后還要能對知識(shí)進(jìn)行體系性整合及完善。因此，深度學(xué)習(xí)本質(zhì)上就是一種問題解決學(xué)習(xí)，其發(fā)生起始于問題，能夠極大地拓寬學(xué)生思路，打破思維桎梏；其深入借助于獨(dú)立思考及敢于質(zhì)疑，把學(xué)生從思維僵化中解放出來，使學(xué)生能對客觀事物進(jìn)行辯證討論，而不是陷入“一題只一解”的思維惰性；其高潮在于解決生產(chǎn)生活實(shí)際困難，即學(xué)生能將已經(jīng)獲得的知識(shí)遷移到新的情境中，真正解決生產(chǎn)生活實(shí)際困難，體現(xiàn)思維的創(chuàng)新性；其優(yōu)化體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)化，即學(xué)生能融會(huì)貫通新舊知識(shí)體系，并建立圖形結(jié)構(gòu)，將知識(shí)和思維邏輯化、結(jié)構(gòu)化。綜合分析，從深度學(xué)習(xí)發(fā)生的開端、過程和結(jié)尾來看，每個(gè)階段無一不滲透培育科學(xué)思維。深度學(xué)習(xí)確是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要手段。但是深度學(xué)習(xí)的開展也需要科學(xué)思維作為基石，兩者相輔相成，相得益彰。因此，通過深度學(xué)習(xí)培養(yǎng)科學(xué)思維的教學(xué)策略是能幫助教師達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的螺旋式階梯。

3 教學(xué)實(shí)踐

3.1 巧設(shè)問題，開拓思維

針對同一問題，能夠從不同角度分析從而得到不同答案是開放思維的重要表現(xiàn)。促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展的關(guān)鍵是問題的設(shè)計(jì)。深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式下的問題提出有兩種方式：①讓學(xué)生在探究和發(fā)現(xiàn)的過程中理解生命活動(dòng)發(fā)生的規(guī)律和機(jī)理；②側(cè)重于讓學(xué)生主動(dòng)去體驗(yàn)或者創(chuàng)造出某項(xiàng)成果。前者強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生能用語言或文字進(jìn)行闡明或表述，而后者強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生創(chuàng)造出一些能夠體現(xiàn)事物發(fā)展的成果。例如，在“細(xì)胞器”一節(jié)中，若以“能否為細(xì)胞器做自我介紹”切入，需要學(xué)生從課本內(nèi)容中精煉出各種細(xì)胞器的功能，若從“如何為細(xì)胞器做簡歷”來導(dǎo)入，答案應(yīng)通過學(xué)生制作出的成果來呈現(xiàn)。又如，在“生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)”這一課中，如果從“蛋白質(zhì)在人體內(nèi)經(jīng)過了怎樣的奇妙旅行”這一問題來引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)的是讓學(xué)生進(jìn)行陳述；如果從“如何繪制蛋白質(zhì)‘生命之旅’的地圖”這一問題出發(fā)，則關(guān)注學(xué)生創(chuàng)造的學(xué)習(xí)成果。不管教師以哪一個(gè)問題作為這節(jié)課的切入點(diǎn)，學(xué)生都必須經(jīng)過一系列的思考：人體吃進(jìn)肚子里的蛋白質(zhì)都去哪了？這些被分解后的物質(zhì)又是怎么重新構(gòu)成體內(nèi)的結(jié)構(gòu)？這些結(jié)構(gòu)在人體內(nèi)起到了什么作用？為什么同樣都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，卻能夠執(zhí)行不同的功能？……所以，一個(gè)大問題實(shí)際暗含了多個(gè)小問題。

不難發(fā)現(xiàn)，高中生物教材中的知識(shí)點(diǎn)其實(shí)就是由一個(gè)又一個(gè)的問題串串聯(lián)形成的統(tǒng)一整體。教師如果能改進(jìn)和整合這些問題，用一個(gè)更加具有開放性和創(chuàng)造性的問題來引領(lǐng)這些問題，學(xué)習(xí)的發(fā)生會(huì)來得更簡單而有效。一個(gè)好問題應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：①問題應(yīng)具有啟發(fā)性和調(diào)動(dòng)性。提出的問題一定是學(xué)生感興趣的問題，能夠讓學(xué)生渴望參與到課堂中來，并且能激發(fā)他們分享與表達(dá)的欲望。這就要求教師了解學(xué)生當(dāng)下關(guān)注和好奇的事情，并以此作為切入點(diǎn)。②問題應(yīng)具有靈活性和變通性。問題的答案一定不是單一的，并且會(huì)因?yàn)閷W(xué)生思考程度的不同體現(xiàn)出差異。這些差異會(huì)讓學(xué)生的思想迸發(fā)出火花。③問題應(yīng)具有統(tǒng)領(lǐng)性和概括性。統(tǒng)領(lǐng)性問題的解決依賴于具體化問題的攻破，具體化問題聯(lián)系在一起又構(gòu)成了本節(jié)課的主線。

總而言之，巧妙的問題能在明確教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上打開學(xué)生的思路，是學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的敲門磚，而解決問題又依賴于科學(xué)思維能力的提高，進(jìn)而反向推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的進(jìn)行。

3.2 明辨史學(xué)，批判思考

批判性思維是科學(xué)思維中非常重要的思維方式之一，也是衡量是否具備科學(xué)思維的重要指標(biāo)。這是一種反省式的辯證思維，需要學(xué)生根據(jù)客觀標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)際出發(fā)，公正地評(píng)價(jià)一切，明辨是非。深度學(xué)習(xí)同樣強(qiáng)調(diào)、在理解的基礎(chǔ)上批判地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)。因此批判思維的養(yǎng)成是深度學(xué)習(xí)的重要表現(xiàn)之一。生物科學(xué)史是科學(xué)家研究某一具體生物學(xué)知識(shí)的探索歷程，生物學(xué)是一門發(fā)展的學(xué)科，許多理論會(huì)隨著科學(xué)和技術(shù)的革新而被修正或推翻。這些科學(xué)史料便成為培養(yǎng)批判性思維的好素材。如何巧妙地利用科學(xué)史中的矛盾與沖突，激發(fā)學(xué)生對已有事實(shí)的批判與質(zhì)疑，是教師需要思考的問題。

以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)課為例，教師需要適當(dāng)?shù)靥峁┫鄳?yīng)的背景資料作為鋪墊，如促胰液素的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上源于19世紀(jì)貝爾納的實(shí)驗(yàn)：酸性食糜進(jìn)入小腸會(huì)引起胰腺分泌胰液，胰液通過導(dǎo)管注入小腸，其中的酶用來消化食物。根據(jù)這一現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：小腸如何將胃酸到來的消息傳給胰腺？由于學(xué)生剛剛學(xué)完神經(jīng)調(diào)節(jié)，很自然地會(huì)認(rèn)為這一現(xiàn)象是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。此時(shí)，教師順勢展示消化生理學(xué)奠基人巴甫洛夫的觀點(diǎn)“胰腺分泌胰液是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果”，得到學(xué)生贊同后，繼續(xù)提問：如果要證明這一結(jié)論，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？隨后，教師展示沃泰默的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生分析最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論：胰腺分泌胰液可以不通過神經(jīng)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。雖然最終的結(jié)論與假設(shè)相悖，但教師展示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果足以說明問題。經(jīng)過一番激烈的思想斗爭后，學(xué)生會(huì)對自己所得出的觀點(diǎn)產(chǎn)生極高的認(rèn)同感，但沃泰默得出的結(jié)論：這是一個(gè)十分頑固的神經(jīng)反射，因?yàn)樾∧c上的神經(jīng)難以剔除干凈。這與學(xué)生得到的答案大相徑庭，這種批判和質(zhì)疑引領(lǐng)著學(xué)生進(jìn)一步思考問題：如果要證明確實(shí)是由小腸黏膜分泌的某種物質(zhì)刺激了胰腺分泌胰液，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？由于此時(shí)學(xué)生處于思維的高潮階段，他們會(huì)迫不及待地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。隨后，教師引出斯他林、貝利斯的實(shí)驗(yàn)，最終得出與假設(shè)相符的結(jié)論。在這堂科學(xué)史教學(xué)中，學(xué)生沿著科學(xué)家的探索歷程，體會(huì)了科學(xué)家思考的方式，領(lǐng)會(huì)了科學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)背后的意圖。

一堂完整的科學(xué)史教學(xué)應(yīng)當(dāng)包括問題引導(dǎo)、史料呈現(xiàn)、沖突質(zhì)疑、思考探究、批判升華等幾個(gè)環(huán)節(jié)。史料呈現(xiàn)的目的并不在于讓學(xué)生將科學(xué)家的名字熟記，也不在于粗淺地閱覽一遍科學(xué)家的事跡，而是要讓他們感受科學(xué)家在提出和證明真理時(shí)所經(jīng)歷的曲折，領(lǐng)會(huì)科學(xué)家探索背后的意圖和思想。其中，沖突質(zhì)疑、思考探究是整個(gè)流程中最重要的環(huán)節(jié)，能決定思考到達(dá)的深度、矛盾不夠激烈，不足以深化思想。制造沖突或質(zhì)疑需要教師對史料素材有豐富的積累，編織出一則精彩絕倫的故事，讓學(xué)生不是作為旁觀者，游覽在這段探索歷程，而是作為參與者，完全投入到課堂中。

3.3 自主實(shí)驗(yàn)，遷移創(chuàng)新

創(chuàng)新性是科學(xué)思維的特點(diǎn)之一。思維的創(chuàng)新性需要學(xué)生在解決問題的過程中打破思維的固有模式，提出獨(dú)特有見地的解決方法。能夠觸類旁通和應(yīng)用創(chuàng)新，是檢驗(yàn)學(xué)生對知識(shí)掌握情況的重要指標(biāo)，也是深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。生物學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)源于理論而又有別于理論，理論是實(shí)驗(yàn)的高度總結(jié)，實(shí)驗(yàn)是對理論知識(shí)的深化理解。通過自主實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與應(yīng)用的創(chuàng)新，是科學(xué)思維培養(yǎng)的重要手段。

自主實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生打破定勢思維，不囿于教材，主動(dòng)探索未知，其具體可以體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)材料自主化、實(shí)驗(yàn)過程自主化以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析自主化等方面。例如，關(guān)于綠葉中色素的提取和分離的實(shí)驗(yàn)，教材中建議使用的材料是菠菜葉片，但富含色素的葉片其實(shí)還有很多，教師可以讓學(xué)生帶來自己認(rèn)為的最合適的植物葉片作為實(shí)驗(yàn)材料。學(xué)生對自己帶來的材料格外關(guān)注，往往會(huì)更積極地投入學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程的展開可以源于課本而又高于課本，學(xué)生在閱讀完教材后，肯定會(huì)產(chǎn)生各種問題。例如，各種試劑有什么作用？為何層析液不能沒過濾液細(xì)線？濾紙條帶為何要剪去兩角？……針對這些問題，學(xué)生可以有側(cè)重地進(jìn)行探究，教師在實(shí)驗(yàn)過程中需要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生：探究實(shí)驗(yàn)需要遵循什么原則？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？預(yù)期應(yīng)得到什么結(jié)果？由于實(shí)驗(yàn)材料和過程自主化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析同樣也需要自主化。在結(jié)果分析中，學(xué)生需要先對自己探究問題進(jìn)行分析；由于不同學(xué)生所用材料不一樣，之后又可以進(jìn)行不同材料的結(jié)果分析。教師要適時(shí)抓住學(xué)生活躍的思維，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與深化：能否依據(jù)色素的不同顏色，判斷吸收了什么光？這在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有什么實(shí)踐指導(dǎo)意義？這樣可以從思維的廣度和深度上對本節(jié)課進(jìn)行升華。一次自主實(shí)驗(yàn)不僅實(shí)現(xiàn)了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的攻破，而且使學(xué)生在自主探究中再次體會(huì)了科學(xué)探究的一般流程，達(dá)到一舉多得的效果。

3.4 構(gòu)建模型，梳理邏輯

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，能夠運(yùn)用模型與建模等方法探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。由此可見，模型構(gòu)建是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要手段。高中生物學(xué)教材中的模型構(gòu)建包括物理、數(shù)學(xué)和概念模型三種類型。其中，概念模型能有效地幫助學(xué)生進(jìn)行邏輯串聯(lián)和思維訓(xùn)練。高中生物學(xué)中的概念模型是用文字、圖像、連線等形式描述生命活動(dòng)的規(guī)律和機(jī)理，其呈現(xiàn)出來的形式可以是思維導(dǎo)圖、流程圖等。繪制思維導(dǎo)圖的切入點(diǎn)是確定關(guān)鍵詞，以思維的發(fā)散作為輻射。這種模式非常適用于高度整合的二輪復(fù)習(xí)階段。例如，以哺乳動(dòng)物的成熟紅細(xì)胞作為關(guān)鍵詞，高中教材中提及這一概念的次數(shù)很多，學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思考后應(yīng)該可以聯(lián)想到來源、結(jié)構(gòu)、功能等二級(jí)標(biāo)題，而結(jié)構(gòu)進(jìn)一步又延伸出應(yīng)用（如細(xì)胞膜的提取、磷脂在空氣-水界面排布、血紅蛋白的提取等等）這一個(gè)三級(jí)標(biāo)題。這樣，教師利用一個(gè)關(guān)鍵詞，網(wǎng)羅了從必修到選修的內(nèi)容。這種獨(dú)特的歸納方式讓學(xué)生在回顧知識(shí)的同時(shí)。又有了新的體驗(yàn)。最終呈現(xiàn)出的思維導(dǎo)圖完全取決于學(xué)生思考的深度。這樣不僅幫助學(xué)生進(jìn)行了知識(shí)的回顧和思維的梳理，也讓教師對學(xué)生的思考深度有了進(jìn)一步的了解。又如，在復(fù)習(xí)“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”這一章內(nèi)容時(shí)，教師也可以利用思維導(dǎo)圖，將課本復(fù)雜的內(nèi)容進(jìn)行有邏輯的簡化（圖1）。

圖1 神經(jīng)調(diào)節(jié)思維導(dǎo)圖

教師通過一幅清晰明了的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)串聯(lián)在一起，使學(xué)生在形成框架的同時(shí)又將細(xì)微的知識(shí)點(diǎn)逐一填充。繪制思維導(dǎo)圖的過程不僅是在建立概念知識(shí)的聯(lián)系，更是將學(xué)生思考過程可視化，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步達(dá)成思維的邏輯性和條理性。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的死記硬背、被動(dòng)輸入知識(shí)等淺層學(xué)習(xí)模式會(huì)固化學(xué)生的思維、束縛學(xué)生的發(fā)展，而深度學(xué)習(xí)能較好地達(dá)成科學(xué)思維的培養(yǎng)目標(biāo)，全面促進(jìn)學(xué)生的綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等高階能力。深度學(xué)習(xí)課堂的主體是學(xué)生，學(xué)生永遠(yuǎn)是課堂實(shí)踐中最生動(dòng)和最活躍的分子；課堂的主導(dǎo)是教師，教師可以從問題引導(dǎo)、巧用科學(xué)史、構(gòu)建模型以及自主探究實(shí)驗(yàn)等方面開展教學(xué)，不斷引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展思維的開放性、批判性、創(chuàng)造性和邏輯性。

總之，深度學(xué)習(xí)在促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展上具有獨(dú)特的積極意義。高中生物學(xué)教師應(yīng)深入理解和領(lǐng)悟其中的教育教學(xué)規(guī)律，并適時(shí)、適當(dāng)融入課堂，以實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的培養(yǎng)目標(biāo)。