深度學習理論支撐的高中生物課堂科學思維的培養

孔 勇 （江蘇省宜興中學 江蘇無錫 214200）

杜威說，“如果他不能籌劃他自己解決問題的方法，自己尋找出路，他就學不到什么；即使他能背出一些正確答案，百分之百正確，他還是學不到什么”。在高中生物課堂教學實踐中，教師應根據學習內容、教學目標、學習環境條件，合理運用包括情境創設策略、探究性學習策略、辯論式學習策略等各種教學策略，精心設計課堂教學流程，引導學生主動參與深度學習，加強學生對知識的深度理解，強調運用知識解決問題的能力和創造性思維的培養，為發展學生生物學學科核心素養服務。

在認知學習領域中，布盧姆等人把教學目標分為六大層次，從低到高依次為：識記、理解、應用、分析、綜合和評價。淺層學習的認知水平停留在第一、第二層，它是把信息作為孤立的、不相關的事實來接受和記憶，這樣的學習是為了考試而對材料進行表面的、短時的記憶，不能促進對知識和信息的理解和長期保持。而深度學習的認知水平則對應后面的四大層次，上海師范大學黎加厚教授認為：“深度學習，是指在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的一種學習方式。”

“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。

1 優化概念深度學習來發展學生的邏輯思維

生物學概念是生物學知識的重要組成部分，是生物學的基礎和精髓，是發展學生思維的核心，是高中生物教學的重要內容。學習生物學的關鍵是理解生物學概念。在高中生物教學中，教師要結合實際，創設好真正的情境，組織好各種觀察、實驗等探究性學習活動，在真實情境中幫助學生增加概念學習的感性認識，克服對微觀結構認識的困難，使學生領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能。模型是人們用物質形式或圖形形式再現原型客體的某種本質特征，如結構（整體的或部分的）、功能、屬性、關系、過程等，在高中生物教學中，通過構建模型和直接認知模型來把握生物學概念，是當前生物學課堂中培養學生邏輯思維能力的常用教學方法。概念模型圖是由節點和連線組成的一系列概念的結構化表征。圖中的節點表示某一命題或領域內的各概念；連線則表示節點概念間的內在邏輯關系，通過綜合與分層來反映概念之間的相互關系。概念模型圖可以將陳述性的知識程序化、清晰化，可以將零散的知識系統化，避免知識的負遷移，從而使學生形成完整的概念體系。

例如，為幫助學生達成對“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”這一大概念的理解，促進學生邏輯思維的養成和生物學學科核心素養的提升，在進行必修1教學時，教師可讓學生完成細胞結構圖（不同時期，內容不同），讓學生在學習中不斷完善和補充細胞圖，使學生逐漸形成“細胞內各個代謝是一個有機整體”的生物學觀念。完成概念的學習后，學生應能夠深度分析、總結，形成科學素養：①從結構與功能相適應這一視角，解釋細胞由多種多樣的分子組成，這些分子是細胞執行各項生命活動的物質基礎；②建構并使用細胞模型，闡明細胞各部分結構通過分工與合作，形成相互協調的有機整體，實現細胞水平的各項生命活動；③觀察多種多樣的細胞，說明這些細胞具有多種形態和功能，但同時又都具有相似的基本結構。

在課堂小結、單元復習、專題復習中，教師使用概念模型圖可以提高課堂教學效率。實際上，在課堂預習時，也可以通過提供概念模型圖的框架，要求學生通過自學來填寫所缺概念，這樣操作性較強，有利于學生把握知識脈絡。這種運用概念模型圖的教學方式不僅有利于學生自主學習，師生交流，還有利于教師及時發現學生存在的問題，便于課堂評價。

2 優化生物學史深度學習來培養學生的科學思維

生物科學史是高中生物學教學中對學生進行科學素養教學的較好的原始材料，教師應當充分用好這些材料。生物科學的發展不可能一帆風順，而是在批判、繼承、發展中曲折前行。生物科學史的學習對于培養學生的批判性思維能力非常重要。

案例：高中必修1中“生物膜的流動鑲嵌模型”這節課主要包括3個部分：①科學家對細胞膜結構的探索歷程。這是一個很好的科學史教育素材，通過引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力。②細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識。學生必須展開想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間結構，形成空間思維能力，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，有助于更好地理解下一節物質跨膜運輸的方式。③高中學生具備了一定的觀察和認知能力，分析思維的目的性、連續性和邏輯性也已初步建立，但還很不完善，對事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并對探索科學的過程與方法及結論的形成缺乏理性的思考，所以本節課的探究學習可以進一步幫助學生發展理性思維、邏輯思維、批判性思維能力。

本節課中提到羅伯特森于1959年提出的生物膜模型，所有的生物膜都是由蛋白質—脂質—蛋白質三層結構構成，他把生物膜描述為靜態的統一結構。這時，教師要組織學生學生觀看多媒體圖片討論總結“三明治”結構模型的缺點。“三明治”結構模型的缺點有：①所有膜結構都相同，沒有差異；②是靜態的結構。教師要注意引導學生根據生活中的一些生物學現象敢于提出質疑的聲音。如，變形蟲在吞噬草履蟲說明了什么？“三明治”結構模型能解釋上述的現象嗎？

再如，在本節課的最后階段，教師可以進一步引導學生思考和質疑：

①生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了？說說你的看法。

②縱觀整個人們對建立生物膜模型的探索過程，你能談談實驗技術的進步起到怎樣的作用？

③分析生物膜模型的建立過程，結構與功能相適應是如何得到體現的？

④分析生物膜模型的建立過程，你受到什么啟示？

變簡單的“歷史”教育為科學思想發展和變遷的哲學教育。在這些科學史的教學中，教師可以嘗試在展示那些不完善甚至錯誤的觀點之后，讓學生自由討論，引起學生的思維和這些科學先驅的思維產生沖突，在思維碰撞中對實驗進行評價。然后，教師再引導學生通過討論提出自己的實驗方案。在反思、質疑、獨立分析、嘗試解答的過程中，學生的科學思維能力得到了培養和提高。

3 開展辯論式深度學習來培養學生的理性思維

辯論式學習是指教學過程中，以學生為主體，以反向思維和發散性思維為特征，由小組或全班成員圍繞特定的論題辯駁問難，各抒己見，互相學習，在辯論中主動獲取知識的一種學習方式。辯論式學習突出了學生的主體地位，發揮了學生的主觀能動性和聰明才智，調動了學生課堂思維的積極性，使學生在交際應用中輕松、愉快地學習，在不斷地學和用中培養能力。這也有利于學生“自主、合作、探究”學習方式的養成。

在高中生物課堂如何創設辯論式學習的情境呢？

首先，教師要努力建立平等、和諧、民主的良好師生關系。只有平等、和諧、民主的師生關系才能使學生形成一種自由的、獨立的、主動的探索心態，才能使學生產生最佳的學習狀態，并全身心地、自信地進入到辯論的情境。教師應該積極地、耐心地俯下身來傾聽每一個學生的聲音。如果這種聲音是精彩的，教師要給予表揚和激勵，讓學生盡興地表達見解，展現自我；如果這種聲音還是稚嫩的，甚至是錯誤的，教師在引導的同時更應該給予鼓勵，因為他敢于發表自己的見解。只有這樣，學生才能敢想、敢說，敢于質疑，積極思考，無所顧忌，積極主動地參與辯論過程，獲得知識，體驗情感，獲得人格的發展。

其次，教師要選擇合適的辯題，引起學生探究知識的欲望，激發學生去積極思維，使學生情緒處于最佳狀態，有利于學生掌握知識、發展智力、培養能力。教師要善于抓住或激發學生有價值的質疑，用學生的質疑去創造辯論情境，從而引起學生的探究興趣，激發辯論。而且一旦解決，學生通過辯論解開了心中的疑問，修正了自己的猜測，增強了對生物學知識的理解，一舉多得。

案例：“細胞的癌變”一節中，創設“癌癥是否為不治之癥”的辯論。

生物學核心素養之一“社會責任感”如何落地，是本節課教學的關鍵，絕不像知識目標，能依靠講解或講授的辦法來達到，應通過各種教學活動的過程來體驗、培養，這是以往教學中的弱項。

癌癥的防治是社會關注的問題，因此，應突出“選擇健康的生活方式”“討論健康的生活方式與癌癥防治的關系”等社會責任感。“癌癥是否為不治之癥”辯論的教學設計見表1。

辯論式學習的目的就是引導學生關注生活中的社會熱點議題，運用生物學知識和方法，作出理性的思考和判斷，培養解決生產生活問題的擔當和能力，提升運用生物學知識向周圍人主動宣傳引導正確價值觀的社會責任。

表1 教學設計表

當然，科學思維等核心素養在生物學教學中的落地生根從主觀理念上取決于教師對其背后的支撐理論是否真正了解；從客觀條件上取決于教師是否真正具備科學本質觀和科學理性的思維品質；從實施技術上取決于能否創設真實的、有吸引力的教學情景，引導學生開展學習并能遷移和拓展應用于解決真實的社會問題。