深度學(xué)習(xí)下的高中生物概念教學(xué)

丘城鋒

摘要 以“基因頻率”概念為例，通過(guò)運(yùn)用深度學(xué)習(xí)的策略去指導(dǎo)概念教學(xué)，利用概念分析、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、拓展相關(guān)知識(shí)等手段來(lái)建構(gòu)知識(shí)框架，達(dá)到對(duì)概念的深度理解和運(yùn)用的目的。

關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí) 基因頻率 概念教學(xué)

中圖分類號(hào)G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的基本理念以核心素養(yǎng)為宗旨，聚焦大概念，讓學(xué)生能夠深刻理解和應(yīng)用重要的生物學(xué)概念，進(jìn)而能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法，探討和解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題。深度學(xué)習(xí)就是在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌胍延械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間建立聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R(shí)遷移到新的情境中，以此作為問(wèn)題決策解決的一種學(xué)習(xí)方式。

按照美國(guó)教育家布盧姆認(rèn)知目標(biāo)分類學(xué)的要求，機(jī)械記憶和淺層理解是屬于淺層學(xué)習(xí)的范疇，而深層理解、應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)則屬于較高認(rèn)知水平的深度學(xué)習(xí)。因此，教師應(yīng)深入生物學(xué)重要概念的本質(zhì)，掌握概念的內(nèi)涵和外延，而不是讓學(xué)生通過(guò)識(shí)記、背誦來(lái)掌握概念。下面以人教版高中生物必修二中“基因頻率”概念為例，嘗試用“深度學(xué)習(xí)”策略對(duì)“基因頻率”概念進(jìn)行教學(xué)。

1 深度學(xué)習(xí)下的概念教學(xué)策略

深度學(xué)習(xí)要求教師基于學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知水平，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系和建構(gòu)、理解和批判、遷移和應(yīng)用新知識(shí)。在生物學(xué)課程中，大概念包括對(duì)原理、理論等的理解和解釋，是生物學(xué)學(xué)科知識(shí)的主干部分。教師在設(shè)計(jì)和組織各單元的教學(xué)活動(dòng)時(shí)，內(nèi)容圍繞基于大概念下的重要概念來(lái)開(kāi)展。為促進(jìn)學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的建立、理解和應(yīng)用，可采用深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略來(lái)幫助學(xué)生建構(gòu)概念。圖1為筆者基于深度學(xué)習(xí)

2 深度學(xué)習(xí)下的“基因頻率”概念教學(xué)過(guò)程

2.1 引舊知建新知，激發(fā)認(rèn)知行為

“基因頻率”是指在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比例。在學(xué)習(xí)基因頻率概念之前，學(xué)生己對(duì)拉馬克的進(jìn)化理論和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)已有一定的認(rèn)知，能運(yùn)用遺傳學(xué)定律對(duì)后代個(gè)體基因型或配子的概率進(jìn)行計(jì)算，能比較可遺傳變異的產(chǎn)生原因和特點(diǎn)。

研究生物進(jìn)化必須研究種群的基因組成和變化，而基因頻率正是分析和描述種群基因組成和變化的重要概念。教師在圍繞“基因頻率”概念進(jìn)行教學(xué)時(shí)，結(jié)合人教版教材所提供的素材“用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用孟德?tīng)栠z傳定律，從親代的基因型頻率計(jì)算子代的基因型頻率和基因頻率，從而認(rèn)識(shí)和理解“基因頻率”的概念。同時(shí)，可進(jìn)一步拓展延伸基因位于性染色體上時(shí)，相關(guān)性染色體上基因頻率的計(jì)算。值得注意的是，如果教學(xué)中單純根據(jù)計(jì)算來(lái)認(rèn)識(shí)基因頻率，會(huì)使學(xué)生的認(rèn)知水平停留在計(jì)算方法上，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基因頻率的計(jì)算產(chǎn)生厭倦或恐懼，而對(duì)概念缺乏深入的理解，不利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。這就需要教師拓展和延伸知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知行為，聚焦“基因頻率”概念的理解和掌握。

2.2 批判性建構(gòu)“基因頻率”概念

深度學(xué)習(xí)是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學(xué)習(xí)，注重深度理解是深度學(xué)習(xí)的典型特征。批判學(xué)習(xí)需要學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容追本溯源，深入探究知識(shí)背后的思想方法，對(duì)知識(shí)的取合作出批判性的判斷與把握，從而生成知識(shí)與意義。在基因頻率概念教學(xué)實(shí)施時(shí)，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為自然選擇淘汰不利性狀的個(gè)體，進(jìn)而引起種群的基因型頻率的改變，由此學(xué)生認(rèn)為生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)由基因型頻率改變導(dǎo)致。此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、質(zhì)疑、交流與討論，分析基因型頻率發(fā)生改變的情況下，種群的基因頻率不一定發(fā)生改變，幫助學(xué)生建構(gòu)基因頻率的概念和基因頻率發(fā)生改變的原因，形成辯證性思維。具體可采取以下策略批判性建構(gòu)基因頻率的概念。

2.2.1 全面剖析概念，挖掘內(nèi)涵外延

“基因頻率”概念教學(xué)要緊抓其內(nèi)涵與外延（表1）。在課堂活動(dòng)上，教師通過(guò)分析概念來(lái)提升學(xué)生的認(rèn)知水平，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘基因頻率的知識(shí)內(nèi)涵和拓展其外延，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

2.2.2 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，建立知識(shí)聯(lián)系

深度學(xué)習(xí)倡導(dǎo)“新舊知識(shí)整合”，目的就是讓學(xué)生把知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，而不是孤立每個(gè)信息，以便于學(xué)生記憶和理解。在重要概念構(gòu)建的過(guò)程中，教師可加強(qiáng)問(wèn)題情境教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生對(duì)學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平進(jìn)行深加工，建立知識(shí)間的聯(lián)系（圖2）。

從基因頻率的概念上看，除涉及到基因頻率的相關(guān)計(jì)算外，理解基因頻率的核心要素是基因頻率是如何改變的。由此，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)一連串問(wèn)題情境來(lái)引發(fā)學(xué)生思考和討論：冬天到來(lái)時(shí)，動(dòng)物的皮毛會(huì)變得更為厚重，這發(fā)生進(jìn)化了嗎？從生物個(gè)體來(lái)看，個(gè)體生命過(guò)程中發(fā)生的變化是不是進(jìn)化上的變化？性狀是由基因控制的，研究生物的進(jìn)化需如何分析種群的基因組成和變化？個(gè)體的有利變異基因所控制的性狀是如何傳遞和擴(kuò)散？通過(guò)上述問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建個(gè)體、種群、基因庫(kù)和基因頻率的知識(shí)聯(lián)系，讓學(xué)生理解種群是生物進(jìn)化的基本單位，不同種群的基因頻率和基因庫(kù)存在差異。

教師繼續(xù)提問(wèn)：種群基因庫(kù)的不同在于組成的基因種類不同，那等位基因是如何產(chǎn)生的？進(jìn)化的原材料是什么？自然界的種群的基因頻率能世代不變嗎？種群基因頻率的改變一定隨基因型頻率改變嗎？不同種群基因頻率不同的原因是什么？自然選擇作用的對(duì)象是誰(shuí)？耐藥菌出現(xiàn)的原因是什么？教師在引導(dǎo)學(xué)生探討交流的過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生整合知識(shí)，將基因庫(kù)、基因頻率和生物進(jìn)化關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而理解自然選擇是如何決定生物進(jìn)化的方向。

2.2.3 拓展知識(shí)體系，構(gòu)建知識(shí)框架

新舊知識(shí)整合后，需進(jìn)一步拓展知識(shí)體系，教學(xué)中結(jié)合教材探究“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”中的實(shí)例，用數(shù)學(xué)方法討論自然選擇使種群基因頻率發(fā)生變化的原因，同時(shí)橫向比較基因頻率在世代遺傳中不發(fā)生改變的理想條件。學(xué)生結(jié)合材料，分析發(fā)現(xiàn)自然條件下哈迪一溫伯格定律是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，由此教師引導(dǎo)學(xué)生辯證思考、交流、討論和分析基因頻率改變的原因（表2），進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)基因頻率的理解。

生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是自然選擇通過(guò)作用于個(gè)體的表現(xiàn)型使種群基因頻率發(fā)生定向改變。與此同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析種群基因頻率的改變并不一定導(dǎo)致新物種的形成，指出種群內(nèi)的基因交流如果不停止，遺傳組成的差異就不會(huì)拉大，新物種就難以形成，只有達(dá)到生殖隔離后，新物種才得以形成。依據(jù)基因頻率概念的內(nèi)涵與外延，拓展知識(shí)體系，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建基因頻率的知識(shí)框架（圖3），促進(jìn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，加深對(duì)概念的深度理解。

2.3 遷移運(yùn)用概念，解決實(shí)際問(wèn)題

教師提供超級(jí)細(xì)菌相關(guān)新聞報(bào)道，為學(xué)生提供真實(shí)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析耐藥菌的出現(xiàn)與抗生素濫用的關(guān)系，引發(fā)學(xué)生深層次思考：超級(jí)細(xì)菌產(chǎn)生的根本原因是什么？細(xì)菌的抗藥性為什么會(huì)越來(lái)越強(qiáng)？學(xué)生分析生活問(wèn)題，鞏固提升知識(shí)，認(rèn)識(shí)到自然選擇使具有耐藥性的細(xì)菌生存下來(lái)，并通過(guò)持續(xù)的選擇作用，不斷提升細(xì)菌的耐藥基因頻率。深度學(xué)習(xí)重視知識(shí)的遷移應(yīng)用，從本質(zhì)上去理解基因頻率的概念，促進(jìn)學(xué)生更好地理解遷移概念，并運(yùn)用概念去解決實(shí)際問(wèn)題。

3 教學(xué)反思

基于深度學(xué)習(xí)構(gòu)建生物學(xué)科學(xué)概念，要以概念知識(shí)為載體，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)的差異。從學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知水平出發(fā)，分析概念的內(nèi)涵與外延，結(jié)合教材創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，緊抓概念的核心要素，運(yùn)用批判性思維幫助學(xué)生對(duì)科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí);運(yùn)用生物變異和自然選擇學(xué)說(shuō)的基本觀念，理解濫用抗生素藥物的危害;運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決自然界和社會(huì)生活中的生物學(xué)問(wèn)題。

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