深度學習視角下發展學生生物學科核心素養的策略研究

曹艷

【摘要】文章探討了指向核心素養的“深度學習”教學策略。以“基因突變”這節課為例，本節課引導學生以“基因突變”的概念建構為主線，導入部分采用“基于問題”的學習，引導學生提出問題，開啟深度學習。學生通過對知識的遷移應用，促進科學探究能力的培養，從而提高綜合素養。

【關鍵詞】核心素養;深度學習;科學探究

【基金項目】福建省教育科學“十三五”規劃2019年度立項課題“基于STEM教育的高中生物探究課程設計與實踐研究”，編號：FJJKXB19-521。

本次高中生物課程的改革以發展“生物學科素養”為導向和宗旨，貫徹落實“立德樹人”的根本任務，這些都是通過日常的課堂教學加以落實的。長期應試教育形成的慣性，使得在傳統的生物課堂教學中，教師更注重知識的傳授，更關注一節課包含哪些知識點，重點要講些什么，對知識呈現的方式關注很少。從學生素養發展的角度來看，獲取知識雖然很重要，但是更重要的是獲取知識的方式和途徑。學生在獲取知識時，求知欲能否被點燃？能否利用科學思維主動建構知識？能否在獲取知識時理解科學概念是如何被探索發現的？能否在尋求新的理解過程中提出問題，并尋找證據去解決問題？能否將這些新的知識體系與過往的經驗相聯系，并將其內化為素養加以利用？這些都是面對新課程改革，教師在備課過程中需要認真考慮的。如果教師繼續沉迷于傳統的“講授式教學”，恐怕很難提高學生生物學科的核心素養。

深度學習是指針對孤立記憶和非批判性接受知識的淺層學習而言，是一種基于理解的學習，是指學習者以高階思維的發展和實際問題的解決為目標，以整合的知識為內容，積極主動地、批判性地學習新的知識和思想，并將它們融入原有的認知結構中，且能將已有的知識遷移到新的情境中，是注重知識應用和問題解決的一種學習方式[1]。學生在對重要概念進行深度學習時，首先要有自己對科學世界的認識，即對新知識的獲取是建立在前概念的基礎上進一步分析、綜合、評價，最終建構新的知識體系，并且可以應用新的知識來解決問題。深度學習強調教師主導下的學生主動參與、積極建構，強調學生的教育性發展。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動力、積極的態度、正確的價值觀，成為極具有獨立性、批判性、創造性，又有合作精神，基礎扎實的優秀的學習者，成為未來社會歷史實踐的主人。本文以人教版高中教材《生物必修2：遺傳與進化》中第5章第1節“基因突變”的學習為例，探討深度學習視角下發展學生生物學學科核心素養的策略。

一、“基于問題”的學習，引導學生提出問題，開啟深度學習

學生生物學科核心素養的提高有一個很重要的方面，就是學生在真實情境中解決問題的能力得到提升。在真實的生物學問題情景中，讓學生嘗試思考并解決問題，是訓練科學思維的有效途徑。因此，設計合適的問題情景，是教師需要特別重視的。本節課以日常生活中與生物學有關的問題為情景，激發學生的興趣，引發學生對實驗現象背后本質原因的思考。

例如，“基因突變”這節教學設計的導入部分，利用現實生活太空南瓜的案例，引導學生思考可遺傳變異和不可遺傳變異的本質區別是什么，進而引出基因突變屬于可遺傳變異。課前讓學生用X射線、化學誘變劑誘變萌發中的大豆種子，并對種子萌發率影響的結果進行匯報。學生提出問題：為什么經過物理和化學方法處理過的大豆種子萌發率明顯低于對照組？利用學生親歷的實驗引發學生的思考，引導學生在科學實驗探究中通過對結果的分析發現值得探討的學科問題。此外，在學生課前實驗中，培養學生設計實驗、實驗操作的能力。同時，學生在設計實驗時，注意對照組和實驗組的設計，學會控制單一變量。這樣，學生嚴謹的實驗學思維和實驗技能都得到了很大的提升。

二、概念模型建構促發深度學習，培養學生科學思維

建構概念模型是形成生物學核心素養的重要途徑。生物學科不是科學事實的堆積，而是一個概念體系。事實是不能遷移的，概念是能夠遷移的，可以遷移到新情境中，用來分析和解決問題。教師應該引導學生構建概念體系，盡量避免知識的片段化和割裂。同時，大概念的教學有利于學生形成生命觀念。建構概念的教學策略包括情境創設策略、問題驅動策略、概念網絡策略及檢測與應用策略等。在建構概念的過程中可以采用多種策略促發深度學習。

例如，本節課在構建“基因突變”的概念時，列舉基因突變的實例，創設真實的問題情境，假設角色變成醫生，應該如何分析鐮刀型貧血癥的病因。利用真實情境來引導學生解決問題，更能激發學生的興趣。學生利用前概念，引發認知沖突，并最終分析得到氨基酸的改變是直接原因，而蛋白質的合成受到基因控制，進而得出基因中堿基對的替換才是導致鐮刀型貧血癥出現的根本原因。最后通過分析得出鐮刀型細胞貧血癥是由DNA分子中堿基對替換引起的一種遺傳病。此外，讓學生回顧囊性纖維病的病例，進一步引導學生分析得到其發病的根本原因是基因堿基對的缺失導致的。同時，學生通過分析豌豆的皺粒實例，分析其形成的根本原因是基因堿基對的增添導致的，最終引導學生建構出“基因突變”的概念。

在建構“基因突變”的概念過程中，教師通過喚醒學生大腦中的前概念，將其作為新概念生成的生長點，以問題驅動學習過程（思考、討論、資料分析、觀察、實驗等），層層深入，螺旋上升，形成自我對新知識的理解，建構新的概念[2]。學生通過嘗試構建概念模型，體驗在建立模型過程中的思維過程，領悟概念模型建構的方法，獲得和鞏固有關概念，學生的歸納與概括等能力都得到很好的訓練。因此，深度學習可以有效地在課堂教學中培養學生的科學思維。

三、知識的遷移應用，促進科學探究能力的培養

本節課提供“青霉素高產菌株的理性篩”的文獻，學生模擬科學家在科研過程中對高產青霉素菌株的篩選過程，分析設計不同的實驗方案，提出實驗過程中可能出現的問題，并給出解決方案。在探究活動中，學生提出自己的問題，計劃、設計并開展科學探究活動，去解決其中一些問題，并在科學探究中獲取新知識，形成生命觀念。

STEM教育是培養創新型人才的一種很好的方式，它更注重科學實踐，其內涵完全包容科學探究，并加入了工程學應用。STEM是基于問題的教育，以學生為主體，讓他們自己動手動腦去解決實際問題。本節課將STEM教育很好地整合到課堂教學中，學生可以在實驗探究室進行青霉素高產菌株的誘變和篩選實驗，對上課設計的實驗方案進行落實，觀察現象并分析統計數據，最終得出結論。學生本人參與實踐和問題解決，同時親歷科學的發現過程，努力將新知與舊知相聯系。在科學探究的過程中，學生通過深度學習對知識進行遷移應用，解決真實情境中的問題，極大地帶來學習的樂趣，學生更愿意主動參與，豐富科學知識，從而發展生物學科核心素養。在本節課的探究活動中，學生通過合作探究，最終得出基因突變的特點和誘變方法。

四、課后拓展延伸，促進深度學習評價

深度學習還強調對學習過程的建構反思，可以通過構建思維導圖來實現。思維導圖是思維可視化的表征，它能把學習者內在的知識結構通過外化的圖形展示出來。通過思維導圖，我們可以直接觀察到學習者在知識結構上的變化。

當然，教師也可以利用表現性評價，對學生深度學習的結果做出評價。目前的評價由多項選擇題、簡答題和至少一或兩個表現性評價任務組成。例如，本節課回歸導入問題“經過物理和化學方法處理過的大豆種子萌發率明顯低于對照組的原因是什么？”進而追問“如何驗證你的想法？”“如果想確定大豆種子是否真的發生基因突變，你有怎樣的想法？”“能否設計一個實驗證明？”設計良好的表現性評價可以更好地評價批判性思維、有效溝通和語言表達等能力，彌補傳統客觀紙筆測驗主要關注膚淺學習和基本技能的不足，有利于對學生生物學科核心素養進行客觀的評價。

五、在深度學習中，提升學生社會責任感

一個能力很強的人未必是一個素養很高的人。因此，我們不僅要培養學生的能力，而且要提升學生的社會責任意識，培養其社會責任感，引導其積極關注社會議題，愿意討論并作出科學解釋。在本節課中，學生通過對基因突變的誘變因素的深度學習，了解并愿意主動向他人宣傳健康的生活方式，遠離誘發基因突變的外在因素，提高本人、家庭及社區的生活質量。

六、結語

新一輪的課改不再是教師簡單地傳授知識，更重要的是學生獲取知識的方式。本節課的教學引導學生利用實驗創設真實情境，引發學生的思考。學生通過概念模型構建和科學實踐，在深度學習中最終回歸學科本質，建立“生命觀念”，同時科學思維和科學探究能力得到很好的發展，促進生物學科核心素養的提升。

【參考文獻】

劉永德，李玉婷，潘苗.基于系統思維設計教學模式的探究[J].現代中小學教育，2020（02）：18-23.

吳成軍.試論科學思維及其在生物學學科中的獨特性[J].生物學教學，2018（11）：7-9.