深度學(xué)習(xí)視域下的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)解析與策略

奚紅云

(江蘇省姜堰第二中學(xué) 泰州 225500)

丁奕然*

(重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 401331)

深度學(xué)習(xí)由Ference Marton和Roger Saljo兩位學(xué)者提出[1]，深度學(xué)習(xí)是相對(duì)于淺層學(xué)習(xí)而言的，強(qiáng)調(diào)在布魯姆的認(rèn)知層次中的前兩層為淺層學(xué)習(xí)，后四層為深度學(xué)習(xí)。因而，深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)的是在學(xué)生理解知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng)、知識(shí)遷移能力提升、學(xué)科體系建構(gòu)達(dá)成、知識(shí)本質(zhì)與高階思維得以掌握的一種學(xué)習(xí)過程。由此可見，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生理解生物學(xué)科的科學(xué)本質(zhì)與理科屬性至關(guān)重要。

筆者正是基于深度學(xué)習(xí)的視域，從當(dāng)今中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀出發(fā)，分析了實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)疲乏的整體狀態(tài)，并基于自身多年的教研經(jīng)驗(yàn)，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，解析了促進(jìn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的著力點(diǎn)，分析了相應(yīng)的教學(xué)策略。

1 基于深度學(xué)習(xí)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)解析

1.1 實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的疲乏現(xiàn)狀 為了順應(yīng)生物學(xué)教學(xué)改革的潮流，一線教師也逐步開始拋棄將實(shí)驗(yàn)作為傳授科學(xué)知識(shí)和訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能工具的舊觀念[2]，并著力精致實(shí)驗(yàn)教學(xué)、訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)和能力。筆者通過對(duì)江蘇和重慶兩地13所國家級(jí)或省級(jí)示范性高中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀察，發(fā)現(xiàn)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐水平在不斷地提升，實(shí)驗(yàn)課堂上雖慣性體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生技能的訓(xùn)練，卻也常見實(shí)驗(yàn)原理的分析，并注重強(qiáng)化探究的教學(xué)策略。

例如，以“比較過氧化氫在不同條件下的分解實(shí)驗(yàn)”一節(jié)為例，大多數(shù)教師在教學(xué)時(shí)會(huì)從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則和分析方法出發(fā)，讓學(xué)生理解控制變量的實(shí)驗(yàn)基本原則，并讓學(xué)生通過對(duì)照組(H2O2自然分解)與實(shí)驗(yàn)組(加入無機(jī)催化劑與肝臟研磨液)的對(duì)比，分析自變量和因變量，并從中得出結(jié)論。整個(gè)課堂中師生間的言語互動(dòng)一問一答巧妙行進(jìn)。但是，筆者深入分析后卻發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中往往剖析的是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則與注意事項(xiàng)。此外，學(xué)生的興趣與情感較難被激發(fā)，課堂教學(xué)停留在對(duì)實(shí)驗(yàn)原則概括、對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟梳理以及對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解的層面，這種課堂教學(xué)難以促進(jìn)學(xué)生達(dá)到深度學(xué)習(xí)。不難看出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)需滲入情感、態(tài)度和價(jià)值觀，需加強(qiáng)對(duì)生命觀念與社會(huì)責(zé)任的培育。

1.2 實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的著力點(diǎn)解析 具體如下：

1.2.1 觸及實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，體悟?qū)W科思想 基于科學(xué)哲學(xué)角度思考事物的“內(nèi)涵與外延”，教學(xué)縱深應(yīng)當(dāng)觸及實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵性思維方法并深入理解，從而體悟生物學(xué)科思想的過程。任何一個(gè)經(jīng)典的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)都融入了科學(xué)家探求生命奧秘的思維方法，而凝集成這種思維方法的是科學(xué)家內(nèi)在的學(xué)科思想[3]。

例如,在“生態(tài)缸的制作”一節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可先簡略地復(fù)習(xí)“生態(tài)系統(tǒng)的組成與功能”的相關(guān)內(nèi)容，然后讓學(xué)生分組合作嘗試制作一個(gè)密閉的“生態(tài)缸”。其次，通過小組的展示與完整性評(píng)價(jià)，對(duì)其原理進(jìn)行講解： 即密閉有限的空間內(nèi)，根據(jù)能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的原則，合理設(shè)計(jì)生態(tài)缸內(nèi)的各成分組成，是可以讓生態(tài)缸維持穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)行進(jìn)到這里不應(yīng)是結(jié)束，而應(yīng)該縱深下去讓學(xué)生描繪生態(tài)缸中的能量與物質(zhì)的轉(zhuǎn)變情況，之后給學(xué)生引入生態(tài)學(xué)中最基本的學(xué)科思想——平衡： 能量的進(jìn)入與消耗、物質(zhì)的傳遞與循環(huán)都是維持生態(tài)平衡的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ)，從而最終構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

該教學(xué)過程既調(diào)動(dòng)了學(xué)生之間自主合作學(xué)習(xí)，又充分展現(xiàn)了生物學(xué)科思想的一大內(nèi)涵——平衡，讓學(xué)生在觸及實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵中體悟?qū)W科思想。

1.2.2 探尋實(shí)驗(yàn)外延，滲透人文素養(yǎng) 以上是實(shí)驗(yàn)教學(xué)縱深內(nèi)部的著力點(diǎn)，如果要擴(kuò)展其外延進(jìn)行實(shí)踐縱深，就應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)向另一個(gè)著力點(diǎn)——滲透人文素養(yǎng)。從生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)本質(zhì)出發(fā)，其不僅需要在科學(xué)哲學(xué)層面實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能到思維方法，再到學(xué)科思想的躍遷；更需要通過對(duì)科學(xué)史與科學(xué)社會(huì)學(xué)的學(xué)習(xí)理解，品悟人文價(jià)值、科學(xué)精神，并為學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。基于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、觀察和分析得出的科學(xué)結(jié)論、帶來的科學(xué)變革，有助于發(fā)展學(xué)生必備的人文素養(yǎng)。

例如，在進(jìn)行“腐乳的制作”一節(jié)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，教師不僅應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，還可以“舌尖上的中國”作為情境主線，讓學(xué)生了解我國自古就有利用微生物發(fā)酵的傳統(tǒng)習(xí)俗，彰顯古人的智慧，以滲透鄉(xiāng)土根基、家國情懷。由此，可見科學(xué)雖是需要理性求真，但如果融入人文求善，往往會(huì)縱深進(jìn)入情感、態(tài)度和價(jià)值觀的層級(jí)。所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)與生產(chǎn)生活密切關(guān)聯(lián)，以合理的生命現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)觀察，契合對(duì)生命活動(dòng)規(guī)律的探尋，向?qū)W生滲透科學(xué)影響下的人文素養(yǎng)。

又如，以“探究土壤中小動(dòng)物的豐富度”一節(jié)實(shí)驗(yàn)為例。首先，在給學(xué)生講授完成了土壤中小動(dòng)物豐富度的探究原理與步驟之后，將學(xué)生分組進(jìn)行探究；然后，取出教師事先從印刷廠周邊、學(xué)校草坪中和濕地保護(hù)區(qū)搜集出來的土壤，讓學(xué)生探究不同土壤中的小動(dòng)物豐富度；在接下來的探究中，既讓學(xué)生注意使用等量的土壤，又讓其采用多份土壤進(jìn)行豐富度的探究，以明確實(shí)驗(yàn)中的控制變量與多次重復(fù)的嚴(yán)謹(jǐn)處理；最后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豐富度最大的是濕地保護(hù)區(qū)，最低的是印刷廠周邊，由此引出人類不當(dāng)?shù)纳鐣?huì)活動(dòng)會(huì)影響物種多樣性，并破壞生態(tài)平衡，從而最終建立起學(xué)生愛護(hù)環(huán)境的意識(shí)觀念，并喚起他們的社會(huì)責(zé)任感。

該教學(xué)過程具有較強(qiáng)的目的性、情境性，既契合了生物學(xué)教材的內(nèi)容，又滲入了人文素養(yǎng)。

2 基于深度學(xué)習(xí)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

2.1 評(píng)價(jià)穿線，領(lǐng)悟精髓 實(shí)現(xiàn)體悟?qū)W科思想的縱深可行的操作是將實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)梳理后，讓學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)的方式設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。然后，再針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。一開始的知識(shí)梳理是為了讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更為切實(shí)可行，教學(xué)過程更加簡約精致，從而更好地突出核心知識(shí)、技能與思想。盡管學(xué)生小組間設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可能選材不同、結(jié)果有異和思路別樣，但實(shí)驗(yàn)基于的原理大體相同，其內(nèi)涵的生物學(xué)科思想也是幾乎不變。所以，教學(xué)中就可以采用問題教學(xué)主線的方式，來逐步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行評(píng)價(jià)。

所謂問題式的主線教學(xué)，即采用一系列精心設(shè)計(jì)的類型豐富、質(zhì)量優(yōu)良的教學(xué)問題貫穿教學(xué)過程，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)其對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)科本質(zhì)思想的透徹理解。正如上文所論述的生態(tài)缸教學(xué)案例一樣，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的基本知識(shí)設(shè)計(jì)制作“生態(tài)缸”，接著教師用問題鏈引導(dǎo)的評(píng)價(jià)主線層層遞進(jìn)、步步深入。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中先讓學(xué)生順藤摸瓜尋找其與教材實(shí)驗(yàn)中的異同，然后從差異中分析設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性、可靠性和多樣性[4]，從相同中領(lǐng)悟制作中共有不變的思維與精髓，并進(jìn)而體悟其中蘊(yùn)含的學(xué)科思想——平衡。

2.2 激疑入境、對(duì)話生成 基于以上的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)教學(xué)過程，可讓學(xué)生便于捕捉到生物學(xué)科的本質(zhì)，但科學(xué)知識(shí)往往枯燥抽象，在很大程度上會(huì)削弱學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。而研究表明情境化教育可以凸顯學(xué)生的主體地位、彰顯課堂的生命化價(jià)值[5]，此時(shí)則需要突出實(shí)驗(yàn)探究的情境化問題意識(shí)，即激發(fā)疑問并與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活緊密關(guān)聯(lián)，以情境帶動(dòng)學(xué)生的好奇心和求知欲。最終實(shí)現(xiàn)在良好的教學(xué)氛圍下促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化吸收，并在教學(xué)情境的對(duì)話中生成人文素養(yǎng)。

用與社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的話題引入，所設(shè)的這些情境問題的引入在增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也可以從科學(xué)社會(huì)學(xué)的角度落地生命觀念、社會(huì)責(zé)任等方面的人文素養(yǎng)。上文在“探究土壤小動(dòng)物的豐富度”實(shí)驗(yàn)時(shí)，正是帶著這種情境進(jìn)行探索，從而喚起學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。此外，教師還可以用重走科學(xué)探究之路，既讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的工作，又滲入科學(xué)需要堅(jiān)持不懈的科研精神這一觀念。無論如何實(shí)驗(yàn)教學(xué)中人文素養(yǎng)的滲透，應(yīng)當(dāng)可以在激發(fā)疑問下緩緩進(jìn)入情境，在師生、生生對(duì)話中逐步生成人文素養(yǎng)。

(基金項(xiàng)目：江蘇省泰州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“主線教學(xué)在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)踐研究”，No.tjkzdlx2017/008；江蘇省泰州市中小學(xué)教學(xué)研究課題“促進(jìn)高中生物實(shí)驗(yàn)探究能力生根的學(xué)習(xí)過程優(yōu)化”,No.TZJYS-YBLX2015074；*通信作者)