基于深度學習的生物科學探索教學技巧

摘 要：本文以“植物生長素的發現”為例，分析了課堂教學如何實現深度學習，結合高中生物科學探索教學實例進行構建深度學習。

關鍵詞：深度學習;科學探索;高中生物

深度學習作為一種特定的學習概念，指的是一種以高階思維（如分析、綜合、評價和創造等）對復雜概念或知識的理解與運用為主要認知活動的持續性學習過程。基于生物學科深度學習理解，學生在學習的過程中，不是自己獨立完成而是在教師的引導下，教師提出具有一定思考和挑戰的問題，學生圍繞問題認真思考，全身心的參與，有的通過親自動手實驗得出結論體驗成功的喜悅，為個人的以后人生發展奠定堅實的基礎和良好的思維方法，從而獲得真實有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握生物學科的核心知識和生物學科核心素養，形成積極主動學習、與人合作，確立正確的人生價值觀，達到立德樹人的目的，成為未來社會發展的貢獻者和歷史實踐的踐行者。由此，深度學習理論為生物學科教學的持續深入提供了理論基礎。鑒于此，本文以“植物生長素的發現”為例，以“生長素的發現過程”科學探索作為深度學習的對象，圍繞“生長素的發現過程”科學探索來引導學生的深度學習，以此來指導本節內容教學。

一、 導入運用已有經驗與新知識相關聯

“經驗”與“知識”是有著一定的關聯，并不是對立的兩個概念。深度學習作為一種高階思維，目的是引導學生通過聯想回憶自己已有的生活經驗與現在學習的內容聯系起來，更好地理解新的知識，同時，也為學習下一個新的知識提供基礎，經驗幫助知識的學習，而知識學習后又被轉化為經驗。例如：“植物生長素的發現”的導入，由于學生已學過了第2章動物和人體生命活動的調節內容，知道激素可隨著血液循環流到人體和動物體全身各個部位，從而進行信息的傳遞，結合實際生活中的觀察，植物體沒有循環系統，那如何對自身的生命活動進行調節呢？學生結合已學的知識和生活經驗聯系起來，以問題的形式引導學生思考并進行小組合作交流，讓各小組長上臺展示，其他同學進行評價，得出相對統一的觀點。教師通過引導學生自學“問題探討”中向著窗外生長的植株，通過層層遞進提出問題：植物為什么向窗外生長？這對植物生長有什么適應意義？這種改變是發生在幼嫩的部位還是成熟的部位？學生討論，激發學生的學習興趣，教師通過小組發言來總結回答，從而引出本節課的課題“植物生長素的發現”。通過引導學生主動聯想已有的經驗，讓學生的經驗突顯意義，使學生的經驗與知識建立聯系，讓已有的經驗為新知識提供幫助，更好地理解知識，經驗與知識相互滋養，成為學生自我發展的營養。

二、 以“倒回去”的思維方式進行科學探索過程教學

在教學過程中，要注重發揮學生作為學習的主體，就要符合學生的認知過程。科學探索過程是人類最初發現知識的過程，我們大多數的教學上是倒回來的活動，學生不需要經歷實踐的探索和真實的實驗試誤的過程，直接把人類已有的知識和結果當作學習內容，這是人類獲取知識的主要途徑，為進一步發展提供基礎。但是，在科學探索教學中把教學的根本性質作為教學過程，就會使學生的學習變為一種灌輸式學習，即被動學習，學生只會記憶和做題，沒有考慮學生的知識接受能力，時間一長會產生厭學情緒。因此，在科學探索過程中強調教學的根本性質是“倒回來”的基礎上，更要關注學生現有的能力水平、心理感受，要將“倒回來”的過程重新“倒回去”。例如：學習生長素發現過程中，為了讓學生更好地領會在生長素發現過程中科學家創造性的思維方式和嚴謹的科學方法，在課前把全班學生分成四組，分別去完成達爾文、鮑森·詹森、拜爾和溫特的實驗，每組以相對應的實驗為樣板，可進行創新和改造，模擬科學家的探究過程。寫出設計思路，提出問題，在實驗室進行實驗，得出結論。這樣進行一次的科學探究倒轉，學生通過親身體驗和實驗去理解科學家的創造性思維。在課堂上再進行一次倒轉，讓四組的同學代表分別上臺展示本組的成果，同學之間進行互評，教師在學生發言后，及時地評價學生對科學發現過程的理解和認識。并總結假說-演繹法研究一般過程：觀察發現問題→提出假設→設計實驗驗證→得出結論，如結果不符合預期可進行重復實驗，通過教師的引導和幫助，學生能夠主動去“經歷”知識發現、發展，當然不是真正地經歷，而是模擬地、簡約地去經歷的過程。在這個過程中，知識真正成為學生能夠觀察、思考、探索、操作的對象，成為學生活動的客體，學生成了教學的主體。從而讓學生在主動參與學習活動中，成為學習的主體，通過對多位科學家的科學探索的學習，形成生物學科的核心素養，總結科學研究的一般過程，培養學生科學探究能力。

三、 深加工知識本質實現掌握一類題型的解法

學生的學習不光是要記憶大量的實事，主要還是要通過學生主動參與活動去理解知識的本質，知識的本質需要通過一些典型的變式來把握，結合典型的活動來加工學習知識，從變式中把握本質。一旦掌握一類題型的解法，就可以貫通運用到相關題型，達到

舉一反三的目的。“一”就是本質，本質與變式需要學生對學習知識進行深度加工把握知識的本質，這是深度學習不可缺少的環節。例如：本節的技能訓練“評價實驗設計和結論”，老師拋出問題，讓學生進行討論，學生進行小組討論后，讓各小組代表上來展示，學生會有多種實驗方案的改進，教師不急于給予評價，讓不同組相互評價，從而產生思想的火花，通過比較多種方案，學生選擇出一種最適合的改進方案，并說出理由。教師從實驗設計的思路和變量分析，首先，控制好實驗的變量，遵循單一變量的原則，問：你們的設計都有遵循單一變量的原則嗎？讓學生自己去判斷，從中找出本小組設計的不足進行改進;然后，從自變量的角度考慮，如何控制自變量？這就捉住了問題的本質。教師再結合本題進行變式“如果玉米的胚芽鞘不是按形態學的上到下結果又會如何”，學生利用已有的知識回答相應的變式，從中歸納相關解題方法，對問題進行邏輯推理和論證，最終得出正確的結論，同時能把推理過程表達出來，運用深度的知識加工，利用變式來把握本質，從而領會科學實驗設計的嚴謹性。

四、 讓學生社會實踐知識應用到教學活動

學生從小學到高中大部分時間都在學校中度過，平時的參與社會實踐機會較少，所接觸的真實生活情境又沒有及時和教學活動聯系起來，能否讓學生的社會實踐所學知識應用到教學活動是驗證教學效果的常用手段，重點看學生能否遷移、能否應用。學生能把社會實踐中的體驗應用到新的情境中，是學生在高中學習階段真正的教育價值，為學生以后更好地進入大學學習和進入社會實踐提供堅實的基礎。教師在教學情境中能更多的利用接近學生真實生活的例子，培養積極的情感態度價值觀，讓知識的遷移與應用更好的在學生中體現，可促進學生綜合運用知識，從而實現綜合育人的價值，不是為了讓學生掌握某個生物知識進行簡單的遷移，而是讓學生跟社會實踐的聯系更多些，促成生活知識化與知識生活化。例如：練習中的基礎題“在居室內養花，花盆往往要放在窗戶附近有陽光處。有的書上建議應該每星期將花盆旋轉四分之一周。這個建議有什么科學道理？”要求學生結合所學的知識應用到別的情境，教師要用好素材，引導學生思考。教師再提出相關的實際生活的問題，如“富貴竹的彎曲是如何形成？”學生思考，可能會有不同的想法，以小組的形式進行討論，讓各小組長進行展示，小組互評，教師最后展示花農是如何生產的圖片，因為我們接觸的社會實踐少，可能沒見過，但能利用已學的知識解決實際問題，就是利用植物的向光性生長的特點，在教學活動中模擬社會實踐。

五、 形成辯證唯物主義自然觀和生物科學發展觀

教學過程中，通過對科學探索的學習，除了領會科學研究的嚴謹與科學的魅力外，還要讓學生關注和認識科學的研究是沒有終點，而是要通過后人不斷探索和發展，進一步對已有的理論完善。例如，20世紀80年代以來，有學者在對向光性生長的植物器官向光和背光面生長素含量進行精確測定后，發現兩側并沒有差別。對此，你能提出什么看法。過去學這個知識，學生通常要掌握單側光照射背光一側多，產生了矛盾，學生分組討論，提出不同的見解，教師進行引導辯證唯物主義自然觀。目前，有關研究還在繼續，科學的發展就類似這樣的爭議中不斷地向前發展。我們的學習往往也不是為了一個知識點、一個技能來掌握的，而是為了讓學生能從深度學習和質疑中不斷的進步。通過學習和達爾文一起“思考”，與鮑森·詹森、拜爾同感“影響”，隨溫特揭示生長素的奧秘等科學的探究過程，形成生物科學發展觀。

六、 注重生命觀念和勇于擔當的社會責任

植物生長素的發現過程，是一個曲折而富有挑戰的過程，科學的發現是承前啟后，繼往開來，從19世紀末達爾文注意到植物的向光性，設計實驗探索其中的原因，經歷近半個世紀的研究，終于確認了生長素并提取成分，都是由于當時的科技水平所限制。在一些特殊事例中，教導學生從中體會到事件的重要性，養成良好習慣，形成正確的觀念。在困難面前要學會一方有難八方支援，舍小家顧大家，不畏犧牲精神，伸出援助。通過發生在同學們身邊的一個個鮮活的例子，激勵同學們要更加努力的學習，用真才實學回報社會，要勇于擔當，主動承擔應有的社會責任。

生物科學探索的教學是平時教學中比較不好處理的教學內容，運用經驗與知識聯系，生活實踐與理論結合，讓學生成為學習的主體，通過深度學習促進學生高級認知和高階思維的發展，同時，還要通過對生活中特殊事例學習對學生進行立德樹人，也為培養全面發展的人。

參考文獻：

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作者簡介：楊德勝，福建省龍巖市，福建省龍巖市連城縣第一中學。