驅動深度學習發生的高中生物學教學探索

曹冬林

(浙江省桐鄉市茅盾中學 桐鄉 314500)

1 誘發深度思考，驅動深度學習

深度思考不同于淺層思考，它是建立在一定的理論基礎上的一種有意義的思考。生物學很多理論與學說，都是科學家進行深度思考的結果。在高中生物學教材中有很多經典的實例就是在大量實驗的基礎上科學家進行深度思考的成果： (如DNA雙螺旋結構的發現。)1952年，美國化學家鮑林發表了關于DNA三鏈α螺旋模型的研究報告。沃森與威爾金斯、富蘭克林等討論了鮑林的模型。沃森看了富蘭克林在一年前拍下的DNA的X射線衍射照片，他立即產生了一種想法： DNA不是三鏈結構而應該是雙鏈結構。他們繼續循著這個思路深入思考，根據各方面對DNA研究的信息和自己的研究和分析，沃森和克里克在頭腦中推論出一個共識： DNA是一種雙鏈螺旋結構。沃森和克里克通過實驗推導解決了化學鏈的匹配與纏繞路徑這一關鍵問題。今天我們知道，由于當時實驗條件的限制，要讓DNA雙螺旋結構全部依靠實驗技術完成，那是不可能的。又如，孟德爾遺傳定律的發現再一次充分體現深度思考的魅力。在孟德爾以前，孩子為什么像父母這樣的遺傳現象沒有明確的科學解釋，當時比較流行的融合說或者混合說將這種現象解釋為： 母方卵子與父方精子中存在的“某種液體”混合、是孩子繼承父母雙方特征的原因。孟德爾于1854年開始用34個豌豆株系進行了一系列實驗，他選出22種豌豆株系，挑選出7個特殊的性狀(每一個性狀都出現明顯的顯性與隱形形式，且沒有中間形式)，進行了7組具有單個變化因子的一系列雜交試驗，并因此而提出了著名的3∶1比例。對于這種現象使孟德爾陷入了深思，自創粒子學說并且演繹推理，并通過測交實驗進行了小心求證，終于得出孟德爾兩大遺傳定律，為以后的遺傳因子理論奠定了基礎。

因此，生命現象的研究者不應僅僅只是實驗室里生命現象忠實的觀察者與記錄者，而應該借助人類思辨與智慧的深度思考實現創造性地觀察、記錄與解釋，在主、客觀兩個方面向科學的深處探索。在教學中應積極引導學生深度思考從而有利于學生的深度學習。

2 誘思深度問題，驅動深度學習

課堂提問是通過師生、生生的互動與交流，完成教學任務的過程。現代教學論認為，學習發生的根本條件在于問題，提問的問題如果是深度問題，勢必會引發學生的深度學習。深度問題是深度學習的啟動器和動力源，只有深度問題才能引導學生在高階思維中較為持久地追尋具體知識所蘊含的思想與方法，以及問題解決的核心策略。什么是深度問題？深度問題不同于淺層問題，如教師在進行“設計并制作生態瓶”的實驗教學時問：“什么是生態系統？由哪兩個部分組成？各部分又包括哪些成分？這些都是淺層問題，只需簡單知識回顧即可解答，而如果改成：“針對生態瓶經過一段時間的培養出現的某種現象，請從生態系統的角度對其原因進行分析，并提出改進的建議？”這就是一個深度問題(也即“為什么”“怎么樣”)的問題，這些問題的回答需要學生收集信息、分析信息然后得出結論，因此深度問題有助于學生的深度學習。深度問題往往首先是現實問題，現實問題不是那種套用規則和方法就能夠解決的良構領域的問題，而是結構分散、規則冗雜的劣構領域的問題。要解決劣構領域的問題，需要學生不僅要掌握知識與方法，還需要學生靈活運用所學的知識與方法創造性地解決問題，這恰恰就是深度學習的本質特征之一。

例如： 科學史上關于細胞膜的結構成分的探索系列實驗的教學可采用以下系列問題展開，以引發學生深度學習： 細胞膜的組成成分是什么呢？(歐文頓的實驗： 其實驗方法是什么？實驗結論是什么？20世紀初，科學家的化學分析實驗： 膜主要是由什么組成的？)脂質在細胞膜上是怎樣分布的呢？(1925年，兩位荷蘭科學家的實驗： 實驗操作如何？實驗結論是什么？小組討論： 畫出連續排布的兩層磷脂分子層，并構建模型。)細胞膜中還有蛋白質，那么蛋白質又存在于什么位置呢？(1959年，羅伯特森的實驗： 實驗結論是什么？“三明治”結構模型有什么不足？1970年，熒光標記小鼠細胞和人細胞融合實驗： 實驗結論是什么？蛋白質如何分布在磷脂雙分子層中？)小組討論： 根據上面科學家的探索歷程得出的結論，嘗試畫出生物膜結構模型。

教師通過多問“為什么”或“怎么樣”的深度問題，以鼓勵學生有價值、有深度地思考。“為什么”的問題能促進學生產生高水平的思維活動，同時教師通過“為什么”的問題，發現學生對問題的思考步驟與過程，判斷學生的思維水平與發展階段。教師可以通過提出“為什么”的問題，啟發學生對問題的積極思考與深刻理解，激發學生深度思考，從而啟迪和促進學生的深度思維，達到深度學習的目的，當然在設置深度問題時應考慮學生的實際，不能太深，否則無法引起學生的思考。

3 誘做深度實驗，驅動深度學習

深度實驗就是對一些已知的現象進行探索求真，對一些生物學實驗進行進一步的實驗探索，以追求事實真相，從而促進學生的深度學習。課堂是一切教學的試金石，探究則是教學的生命線，因此，高中生物學教師要從根本上轉變觀念，擺脫傳統教學模式的束縛，在培養學生自主探究和自主學習能力上動腦筋、下功夫，讓學生熱愛生物學，熱愛生活，讓自主探究深入課堂，讓自主探究異彩紛呈。這也是高中生物學深度學習迫切需求的。

例如，在學習“果酒及果醋的制作”實驗時，學生在實驗過程中發現實驗條件的控制是本實驗的關鍵要素，如果控制不好就會使實驗結果不理想，如何更好地控制發酵條件、發酵產品的濃度到底是多少？濃度與水果品種有關系嗎？如何測量？不同水果的出酒率如何？于是引導學生進行適當的分組分別進行了深度實驗探索： 一組是發酵裝置設計組，一組是不同水果果酒釀制組，一組是裝置的發酵效果探索組等，有些學生甚至還進行了不同水果果酒出酒率和酒精度數的實驗研究等，經過一段時間的探索與實驗，利用廢舊物品設計出了自動放氣裝置，只允許氣體出來，不允許氣體進入，即實現氣體的單向放出，有效地控制了條件，并利用這種裝置與傳統的裝置進行對比實驗以驗證該裝置的發酵效果；通過利用不同水果進行果酒釀制，發現不同水果的出酒率和酒精度數不同，從而制成不同的果酒，并利用密度比進行酒精度數的計算，對這種數據與利用酒精測定儀進行測量的數據進行比較修正，從而獲得酒精度數的計算公式，這兩組學生把實驗的過程和結果進行梳理撰寫了科學小論文，參加浙江省綜合實踐成果評比，獲得省級優秀獎，裝置獲得國家發明專利，在浙江省青少年科技創新大賽中也獲得一等獎。

這種學習體驗通過書本中的實驗是無法獲得的，只有通過深度實驗探索才能獲得，因此通過這種形式的深度實驗有效地驅動了學生的深度學習。

4 誘導深度評價，驅動深度學習

近幾十年來，國際教育評價理念發生了兩次重大轉向，即從“對學習的評價”轉向“為了學習的評價”，再從“為了學習的評價”進一步轉向“評價即學習”。“評價即學習”認為評價本身也是一種學習，評價不再只是針對學習的結果，更要體現在學習過程中。

例如，在進行“光合色素的提取與分離”實驗教學時，除了按教材中的學生分組實驗展開教學外，還可在生物學科教室中讓學生分組自行選擇實驗課題和設計實驗方案，進行深度評價： 實驗課題有“光合作用真的離不開葉綠素嗎、植物葉片在生長過程中色素種類和含量會變化嗎、不同植物葉片所含色素種類和含量有區別嗎、綠葉為什么變黃”等。在學生實驗過程中，教師用攝像機或手機拍攝和采集學生創新或不當的實驗方法和操作過程，作為分析評價內容。通過電腦和投影儀向全班學生展示所拍攝的實驗過程錄像，組織評價和探討下列實驗操作是否恰當，如： 在充分研磨葉片之后，立即加入CaCO3，把10mL無水乙醇一次性加入研缽進行研磨，沿鉛筆線連續多次畫濾液細線，用100mL量筒而未用10mL量筒量取無水乙醇，層析時讓層析液沒及濾紙條上的濾液細線等。

這種評價比單純通過紙筆測試更能反映學生在實驗過程中的問題，并通過評價有效地促進學生的反思，以進一步提升學生的實驗探究能力。大量研究表明，學生學習的重要收獲來源于經常向學生提供有關他們學習的反饋，尤其是當反饋包含了可以引導學生不斷努力的具體意見時，而不僅僅是學習結果。當評價關注學生的學習過程而非最終成果時，評價就會極大地促進學生的學習。深度評價關注的是學生的學習過程，在日常生物學教學中教師需要將教學評價持續性和適時性地嵌合在教學進程中，無疑有助于學生的深度學習。