指向深度學習特征的中學生物學主線教學策略分析

朱 俊 丁奕然

(1 江蘇省奔牛高級中學 常州 213131； 2 東北師范大學教育學部 長春 130024)

隨著科學技術的不斷發展，人工智能所引導的未來社會樣態已經基本浮現。與此同時，學生的學習不應當僅僅局限于教材知識的掌握、應試概念的習得與特定能力的培養，而應該指向的是未來社會的要求。教師應當為未來社會培養能夠獨立思考并具有人格特質的學生。那么，這一基本要求的具體實現路徑是什么？研究者認為當下熱烈討論的深度學習則給予了強有力的時代回應。深度學習原本是起源于人工智能領域機器模擬人腦神經元計算方式的一種算法程序。自其被引入教育教學領域后，其多表示為學生在應對具有挑戰性的學習內容時，在學生理解知識的基礎上，學習主動性增強、遷移能力提升、學科體系建構與高階思維掌握的一種學習過程或學習狀態[1]。

深度學習在國外主要由加拿大的Egan教授針對其教學策略進行研究，其指出教學過程中要注重知識教學的“深度、廣度與關聯度”三個方面，即可實現深度學習[2]。而我國自黎加厚教授引進該概念進行相關介紹后[3]，有許多學者對深度學習進行了探討。其中觀點鮮明受到了學界廣泛認可的要為北京師范大學郭華教授提出的“深度學習發生與否的特征”，筆者將其凝練為五大特征——“全身心主動投入學習、促進生活經驗與所學知識相互轉化、將所學知識轉化為社會實踐、掌握知識內容的本質屬性與內在聯系、學會評判知識及其學習過程”[4]。筆者就生物學教學中如何實現深度學習，采用主線教學模式進行了相應的實踐研究，并最終提煉出指向深度學習五大特征的四種主線教學策略，試在下文予以相應的分析論述。

1 情境化主線的引入與遞進

想讓學生的求知欲與主動性增強，且全身心投入學習中，就必然要以他們所感興趣的生產生活現象或當下社會的熱點話題進行引入。這樣既可以為他們創設一個良好的情境內化吸收知識，又可以提升他們將生活經驗與知識符號相互轉化的能力。因此，不難發現深度學習發生與否的前兩大特征是相互依賴、彼此共生的。全身心主動投入學習有賴于生活經驗與所學知識相互轉化的實現，而生活經驗與所學知識相互轉化的實現又會再次提高學生學習的主動性。那么，運用怎樣的主線教學方式才能促進深度學習前兩大特征的有效發生呢？根據筆者之前的研究發現，以情境化主線介導的課堂教學能夠促使學生的興趣提升，讓學生在現實生活情境為支架的情況下不斷遞進，以實現知識符號與現實生活的相互轉化[5]。

例如在講授“人類遺傳病的檢測”時，先詢問學生為什么要進行產前檢測，并了解產前檢測的方式有哪些，在學生初步閱讀教材的基礎上能較為容易地回答這些問題。此時，再引入先行組織者材料：“羊水穿刺會導致1%的畸胎，有沒有安全的檢查方案？”這樣既將現實生活的情境問題拋出，又將學生的興趣轉移至教學過程中。之后教師給出無創產前檢測的答案并分析其科學原理，即母親的外周血中存在胎兒未成熟的紅細胞，根據梯度離心等手段可以完成胎兒細胞的分離與基因篩查。最后，當明確了胎兒有相關遺傳性疾病的同時，讓學生明白生物技術在造福人類的同時，也帶來了一定的倫理問題。具體情境化主線教學過程如圖1所示。該教學中創設的“無創產前檢測技術”既是當下科技造福人類的熱點，又巧妙地回顧了學生對成熟紅細胞沒有細胞核與眾多細胞器的基礎知識。而情境間的環環相扣、層層遞進可以讓學生的注意力集中不掉隊，且多次利用實際生產生活中的問題與知識符號相掛鉤，促進了學生生活經驗與所學知識相互轉化，完成了深度學習的前兩點要求。

2 探究化主線的實踐與應用

深度學習發生與否的重要特征不僅僅是促進生活經驗與所學知識相互轉化，還更應當讓學生能夠主動地內化吸收知識，培養其將所學知識轉化為社會實踐的能力。除了深度學習對實踐與應用的要求很高，其實在面向社會生產生活與未來社會的要求下，培養的學生是否具備將所學知識轉化為現實應用的實踐能力已經成為了個人、社會乃至國家發展的關鍵所在。筆者在經過多次的教學實踐發現： 將學生所學的知識在復習課中按照一定的社會情境問題組成探究化主線進行教學，讓學生在解決實際生產問題中不斷探究、逐層深入，該過程就可以讓學生根據所學知識不斷解決生產實踐的相關問題。

圖1 情境化主線引入與遞進的“人類遺傳病檢測”主線教學

例如，筆者在講授選修1“果酒與果醋的制作”時，就采用讓學生實地體驗酒坊中葡萄酒制作的生產過程，以一個個探究問題為教學主線逐步培養其實踐應用能力。具體過程如圖2所示。在教學過程中，學生親身體驗從采購水果進行保鮮儲藏開始，到加入酵母菌菌種于發酵罐中，以及促進有氧呼吸與無氧呼吸控制發酵時間，最終進行葡萄酒品質的檢測。整個探究

主線中的問題均為實際生產生活的問題(如顏色觀察、氣味嗅吻與味道品嘗等食品感官鑒定)，有效促進了學生主動將所學知識(均在圖2中以括號的形式進行展現)，轉化為社會實踐。該實踐力的提升既是對深度學習的有效達成，更為學生適應現實生活與終身發展奠定基礎。

圖2 探究化主線實踐與應用的“葡萄酒酒制作坊”主線教學

3 邏輯化主線的鋪展與熔煉

“只見知識本位，不見知識本質”是中學一線教學的典型瓶頸現象，教師在生物學教學的過程中更為重視知識表層的了解、識記與理解過程，而常常容易忽視知識背后的學科本質、邏輯方法與思維體系等[6]。深度學習的達成要求中，明確需要掌握學科知識內容中更為深層的本質屬性與內在聯系，這就要求教師應當在教學中采用邏輯關聯的教學方法展示思維邏輯、凝練知識體系、升華學科方法并品讀科學精神等。此時，教師就應當突破教學過程造成的碎片化與孤立化的局面，采用邏輯化的主線教學使學生將知識間進行良好地關聯，實現學科內容的延伸鋪展與核心本質的熔煉與品悟。

例如，在進行必修1第5章的復習時，就可以讓學生采用關聯探求[6]的形式去總結并歸納：“不同生物進行ATP合成的具體過程”(圖3)。當學生聽到這個內容時，教師應當首先引導學生思考： 產生ATP的主要生化途徑有哪些？其利用的是什么能量轉化為ATP中的化學能？不同生物類群利用的為哪一種生化途徑？通過這一系列邏輯化主線問題的引導，讓學生逐步構建起植物、動物、細菌與真菌等不同生物類群合成ATP的概念圖，之后根據圖中不同生物類群合成ATP途徑的異同對比明晰自養、異養等概念與ATP生成中的知識關聯度，感悟生理生化功能中生物多樣性的體現，凝練能量隨物質轉化進行流動的生命觀念，從而真正達成深度學習中“掌握知識內容的本質屬性與內在聯系”。

圖3 邏輯化主線鋪展與熔煉的“ATP的合成”主線教學

4 逆向化主線的建構與評價

在知識與信息飛速增長爆炸的時代，如何鑒別信息的真實性、準確性與有效性已經成為了當下的關鍵。因而，當今科學教育的研究潮流中批判性思維的培養已經成為了一個重要且亟待研究的方向，深度學習的基本特征中同樣包含了這點——對所學知識及其學習過程進行評判。生物學學科的教材內容體系與教師知識水平隨著生物科技的發展也需要不斷更新，學習過程為中心已經漸漸取代了多年前適用的教授過程為中心。前期的研究表明： 逆向化的教學主線應用在生物學模型課的教學中，能夠讓學生在評價知識與學習過程的同時，讓學生加強對學科知識的理解、學科思維的掌握以及學科精神的培育等[7]。

例如，在講授“生物育種”一節課的內容時，讓學生自學教材內容舉出不同育種方式的原理與詳細案例，之后根據其優劣勢加以評判，并完成相關表格(表1)。這一逆向主線評價方式一反之前邊講授育種實例邊進行評價的過程，讓學生直接根據不同育種方式中的教材內容對所學知識進行評判，在了解其原理與應用案例的基礎上，對比判斷其優劣勢所在。讓學生在主動評判的過程中明白采用何種生物技術手段答案并不唯一，所有的方法均有其優劣勢所在，但是當人們帶著批判性思維與審視的目光，進行全面而又嚴謹的思考才會得到一個較優的答案。逆向化的主線教學往往帶給了學生更強的主動性以及自主評價知識的能力。

表1 基于不同育種方式的學習過程異同對比評判

教育教學改革長期的歷史經驗告訴我們： 教育目標的達成并非一朝一夕的努力。深度學習的熱點研究指向了學生的未來發展、指向了社會的變革動態，具有強大的研究生命力。就本文的主線教學研究而言，一線學科教學中想要促進深度學習的有效達成，應當增加其內涵變式、巧妙結合教學內容，才能夠有效指向深度學習發生與否的五大特征。