例談實驗探究和建模視角的初中生物學深度學習

朱毅鴻 何君

摘要以“動物的運動依賴于一定的結構”教學實踐為例，探尋深度學習理論在學科教學中落地的實踐范式。通過實驗探究、自制模型的組裝修正和論證解釋，引領學生深度學習，實現知識的意義建構，體悟學科本質及思想方法，形成并發展必備品格和關鍵能力。

關鍵詞 實驗探究 模型建構 深度學習

中圖分類號G633. 91文獻標志碼B

深度學習是一種基于高階思維發展的理解性學習，是實現有意義學習的有效途徑。在當前教育教學改革的大背景下，深度學習走入學科教育，成為走向核心素養的必由之路。下面以人教版“動物的運動依賴于一定的結構”教學實踐為例，以深度學習理論為指導，探尋深度學習理論在學科教學中落地的實踐范式。教師引導學生探究雞翅的關節，建構動物的運動依賴于一定結構的概念模型，實現從事實到概念再到觀念的意義建構；通過自制關節模型的組裝與修正等實踐活動，深化學生對運動結構基礎的認識，實現理論與實踐的深度融合，發揮實踐的育人價值；應用模型論證解釋骨、關節和肌肉的協調配合完成運動的過程，實現高階思維發展的有意義學習。學生在教師引領下，圍繞具有挑戰性的學習任務全身心積極參與，使學生在掌握知識的同時，體悟學科本質及思想方法，形成并發展必備品格和關鍵能力。

1實驗探究建構概念，培育關鍵能力

生物學是建立在實驗為基礎上的科學，實驗中所呈現的事例、現象和結果是建構概念的重要證據。人教版八年級上冊“動物的運動”一節設置了剪去皮膚雞翅的觀察思考活動。由于鳥的翼和人的上肢是同源器官，學生觀察雞翅獲得關于肌肉、骨和關節的直觀認識，可以遷移運用于哺乳動物運動系統的組成，進而建立“動物運動依賴與一定的結構”這一概念。實際教學中，學生分組觀察需要的新鮮雞翅較多，會出現利用率低、實驗材料浪費等問題。另外，教材中對觀察雞翅缺乏具體的操作指導，學生拿著雞翅不知道要做什么、怎么做，或者胡亂擺弄、走馬觀花。基于此，筆者設計了觀察雞翅實驗探究活動，引導學生運用科學方法認識事物建構概念，在問題解決深度學習過程中培育學科關鍵能力。

“觀察雞翅”實驗探究：

（1）材料準備：取一個完整的雞翅，用解剖剪除去皮膚，如圖1所示（A、B表示關節，①②③表示肌肉）。小心剪開關節B外的結構，露出骨。

（2）實驗探究步驟。

①探究骨如何運動：一手抓住翅根基部，另一手依次拉動圖1中的肌肉②、③，觀察翅中的運動。

②探究骨與骨之間的連接：對照教材中的關節示意圖，識別關節各結構，標注出雞翅關節各結構；用兩手分別抓住A的兩邊，先扯一扯，再轉一轉，記錄感覺；用鑷子撕一下關節A外包裹的關節囊，感受關節囊的韌性；觀察關節B，摸一摸兩塊骨相接觸的表面，記錄觸感。比較下列哪種操作的雞翅運動幅度更大：一手抓住翅根基部，另一手拉動②；b.一手抓住A，另一手拉動①。

（3）結果記錄：

拉動肌肉，骨的位置會；依次拉動②、③，動作相當于、，說明完成一個動作至少需要組肌肉的配合。

感覺關節既又。

關節囊撕裂，其作用是。

感覺到兩塊骨相接觸的表面，其作用是。

操作運動幅度更大，可能原因。

（4）思考：

①肌肉、骨在運動中分別有什么作用？

②關節在運動中有什么作用？

教師課前完成活動的“材料準備”，課上留給學生足夠的時間進行實驗探究。活動時，教師引導學生有序完成每一個操作，獲得真實體驗；引導學生對現象進行分析綜合，學習科學思維方法；引導學生從結構與功能相適應的角度進行思考，為生命觀念的形成做鋪墊。課堂教學時，學生4人一組，有的負責操作、有的負責記錄，分工合作進行實驗探究。“探究骨與骨之間的連接”是教學的難點，教師設計了5個相互關聯的操作，由淺入深、由局部到整體進行探究。教師先引導學生對照剪開的雞翅關節與教材關節模式圖，識別標注雞翅關節各結構；再引導學生通過拉、轉、撕、摸等實驗探究活動，體驗關節具有既牢固性又靈活性的特點。學生再通過對完整關節A與剪開關節B完成運動的對比探究活動，體驗關節做為支點能夠使運動更加靈活的特性，認識到生物結構的完整性對完成運動的重要意義。在逐步完成的實驗探究過程中，學生動手動腦、感知體驗，對觀察到的生命現象及相互關系進行解釋，建構生物體結構與功能相適應的生命觀念。

學生通過實驗探究獲得了肌肉、骨和關節的直觀認識，但是所獲的的知識內容之間是零散的、碎片化的。深度學習是相對于淺層學習的一種學習方式，重視知識的關聯、整合，要求學生能夠對知識的輸出用科學準確的語言或圖表等形式進行表達。教師引領學生將知識進行歸納整理，幫助學生理清知識間內在聯系，促進學生建構“動物的運動依賴于一定的結構”概念模型，形成完整的知識結構體系（圖2）。

學生在學習過程中，通過實驗探究獲得科學事實，再對事實進行分析綜合、抽象概括，將知識深度加工建構概念模型，形成既有廣度、又有深度的結構化知識，實現從事實到概念再到觀念的意義建構。在此過程中，學生的實驗探究能力、學習理解能力、解決問題能力等生物學科關鍵能力得到培育。

2模型修正理解概念，發展實踐能力

深度學習是觸及學生心靈的意義建構過程，高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學習過程中的主動參與，要求教師選擇恰當的現實情境設計學習活動，進一步深化學生對概念的理解，激發學生探究生命奧秘的興趣。學生通過自制模型的組裝、修正和完善等實踐活動，深入知識內核，把握知識的本質和深層意義。

教材中設置了“試一試”活動，要求學生利用硬紙板、松緊帶和工字釘等材料制作“肌肉牽動骨運動”的簡易模型。常見模型如圖3所示，該模型用螺絲模擬關節，不能直觀體現關節頭關節窩的連接；學生還容易將松緊帶誤認為關節囊；模擬屈肘、伸肘動作時也不易操作。因而，對制作材料進行了改進，用較硬泡沫塑料、超輕黏土、氣球等常見材料制作模型。改進后的模型如圖4所示，該模型加上小手以區分上臂骨和前臂骨，用超輕黏土突顯了關節表面軟骨、關節頭和關節窩形狀，用圓形氣球兩端開口模擬關節囊，使抽象的結構更為生動形象。

活動時，學生4人一組利用分發材料（圖5）組裝模型，然后進行展示和評價。因為有了之前的觀察探究和概念建構，多數學生能夠順利完成關節的組裝。學生出現較多的錯誤是肌肉附著的方式，有的將肱二頭肌和肱三頭肌位置裝反了，有的將有兩束（或三束）肌肉的肌腱連在前臂骨上。在學生困惑之際，教師請學生做屈肘和伸肘動作，使學生發現屈肘時肱二頭肌收縮鼓起，從而明確肱二頭肌的位于臂的前方，模型中應連接在手掌內側，肱三頭肌應在外側。教師繼續引導學生認真觀察教材中的屈伸肘圖，使學生認識到：肱二頭肌的起端有2個頭，而肱三頭肌起端有三個頭，應附著在上臂骨上，而且每一塊肌肉都繞過關節附著在相鄰的兩塊骨上，收縮時肌肉變短引起關節運動。學生進一步體悟到結構與功能相適應的生物學觀點。

自制模型外顯傳遞已學知識，以簡化、理想化的形式再現原型的結構和聯系，實現理論與實踐的深度融合。學生分析比較模型與概念之間的契合度和科學性，實現從抽象到具象的思維提升；修正和完善模型的過程，發展實踐能力，體現了實踐的育人價值。

3模型論證深入本質，提升科學思維

模型構建的過程是思維和行為相統一的過程，不能僅停留在模型結構與原型的契合度層面，應用模型進行論證和解釋概念，推動對知識本質的理解，達到更深層次的融會貫通和拓展延伸，提高知識學習的意義化。

課堂上，學生到講臺前用模型演示屈、伸肘動作，并解釋說明運動是如何產生的。這個任務有一定難度，需要學生綜合運用所學知識才能正確模擬。不少學生演示時用手推動骨來完成屈伸肘動作。針對這一錯誤，教師利用模型演示并解釋：骨本身不會動，是因為肌肉牽拉骨位置發生改變而產生動作，肌肉收縮的原因是受到神經傳來的刺激；一個動作的完成需要至少是由二組肌肉協調配合完成的。達成共識后，學生調整方法，再次用模型模擬屈伸肘動作，深化對肌肉、骨和關節的協調配合產生運動的原理的理解。教師引導學生將模型應用到真實情景中解決日常生活問題，加強學生對學習結果的外化，最大化發揮建構模型的價值，促進學生提高用模型方法進行科學解釋的能力，提升高階思維能力。

教學中，教師還利用模型演示了關節頭從關節窩中脫出、骨折斷、肌肉拉傷等情形下無法完成動作，以說明結構的完整性對運動的重要意義，引導學生在日常生活中要做好保護措施，如充分做好運動前的準備活動、運動強度適宜等，體現學有所用、學以致用，使學生形成珍愛生命、健康生活的社會責任。

總之，生物學深度學習是核心素養價值訴求的高度凝練，實現了知識的深度理解、思維的高度提升以及生命的深刻感悟三個方面的發展與進階。初中生物學教學中的深度學習實踐，必將對學生學習方式、價值觀念、行為方式乃至整個生活方式的改變產生積極而深遠的影響。

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