深度學習視角下高中生物實驗教學探討

王雪潔

高中生物課程中，實驗教學是重中之重，學生實驗操作能力直接體現學生對學科知識的理解與應用水平。但是就目前來看，各高中院校所開展的生物實驗教學偏教條化、模式化，對學生的創新能力、思考能力培養不足，難以達到理想的教學效果。在深度學習視角下，各高中生物教師要積極轉變教學態度，調整教學方式，改變目前所處的教學困境，進一步提升生物實驗教學質量。本文基于深度學習視角，探討了高中生物實驗教學方式，從多方面提出了一些策略建議，希望能夠為廣大生物教師提供教學參考。

深度學習是最新的教學指導理念，由Ference Marton 、

Roger Sajo兩位學者提出，該理念是基于淺層學習，是對多層次學習模式的擴充，其指出布魯姆的認知層次總共分為6層，其中前兩層學習模式是淺層學習，后四層則是深度學習。深度學習主要是指：當學生已經學習并理解所學知識后，對知識的探索性深入學習，在這一過程中，學生的學習主動性、知識運用能力、思維能力、分析能力以及學習能力都會顯著提升。因此，在高中生物教學中，引導學生進行深度學習是很有必要的，尤其對于實驗教學來說，深度學習能幫助學生更好地理解生物學科的科學本質、理科屬性。各高中生物教師要基于深度學習理念的指導，從目前生物實驗教學的現狀出發展開思考，分析教學問題，并以此為前提制訂完善的教學方案，只有這樣，才能有效提升學生的綜合素質，達到理想的教學效果。

1 深度學習及高中生物實驗教學

生物課程是高中階段的重要課程之一，而實驗教學又是生物課程的一部分。近幾年來，教學改革不斷深入，實現深度學習，對于高中教育而言具有很強的指導意義。在高中生物實驗教學中，也需要基于深度學習理念，對教學活動展開創新構建。這就需要生物教師，要對深度教學和對實驗教學的要點予以把握。

1.1 深度學習

深度學習這原本是起源于人工智能領域的一個概念，原本是指人工智能通過深度學習，提高智能化程度。后來深度學習的概念，被逐漸引申到教育領域，并由此提出了針對教育活動的深度學習模式，并將深度學習分為了六個層次，由淺入深分別為：記憶、領會、應用、分析、評價和創造。記憶和領會，屬于基礎學習層次，也是目前教育活動大部分時間所處的階段。而應用、分析、評價和創造這四個層次，屬于深度學習的范圍，并且程度不斷加深。針對當前的教育活動來說，在素質教育的要求之下，教育工作者需要對傳統的教育模式展開創新構建，推動教學活動的程度加深，讓學生達到深度學習的狀態，可以從教育活動中取得更多收獲。

1.2 高中生物實驗教學

針對高中生物課程來講，實驗教學是其中的組成部分。結合生物課程的內容安排來說，可以分為理論教學和實驗教學兩個部分。理論教學，就是針對教材課本上的理論知識展開教學，將理論知識傳授給學生，給學生奠定理論知識基礎。而實驗教學，則是立足實驗操作，向學生講解實驗原理，揭示其中的生物知識，并指導學生展開實驗操作，培育學生的實驗實踐能力。針對生物實驗教學來講，其主要的教學內容，可以分為以下幾個方面：一是講解實驗原理。在開展生物實驗的教學時，教師要對實驗的原理進行講解，讓學生知道實驗的內涵。二是演示實驗操作。在講解實驗原理的基礎上，生物教師需要實際動手，對實驗操作予以演示，向學生清楚展示實驗的操作流程，并講明其中的操作要點和注意事項。三是指導學生實踐。教師完成講解后，就需要指導學生單獨或是小組合作，開展實驗實踐，并且要填寫實驗報告。

2 深度學習視角下高中生物實驗教學存在的問題

對于高中生物實驗教學來講，在深度學習視角下，需要對教學活動展開創新構建，要通過對生物實驗教學的創新，達到深度學習的效果，讓高中生可以從實驗教學中取得更多收獲。

2.1 材料選擇不合理實驗效果不佳

在開展生物實驗教學時，需要對實驗材料進行合理選擇，這樣才能確保實驗取得良好的效果。如果實驗材料選擇不合理，那么就會影響到實驗效果，從而降低實驗教學的質量。比如觀察細胞結構，一般多是選擇洋蔥表皮細胞，主要原因是洋蔥表皮細胞的體積大、排列規則，容易被觀察到。而且本身是紫色，不需要人為染色也能觀察清楚。如果選擇菠菜、白菜等植物的細胞，實驗效果就不會那么好。在實際教學中，個別教師想要創新，但是卻沒有選擇合理的材料，導致實驗效果不佳。

2.2 對實驗的內涵原理揭示不深入

在生物實驗教學中，揭示實驗的內涵原理，加強學生認知，這是關鍵的教學目標。不過，結合當前高中生物實驗教學的具體開展來說，部分教師在教學過程中，對于實驗內涵原理的揭示并不深入，往往只是按照教材對學生進行理論化的實驗原理說明，沒能借助一些直觀手段來做出講解分析，導致學生對實驗原理一知半解，進而影響到后續的實踐操作。

2.3 實驗教學局限課本缺乏拓展

高中生物實驗教學的開展，還需要關注到教學拓展，要打破教材課本的限制，從課外引入一些生物實驗的教學內容，對教學活動予以拓展，擴展生物實驗的教學空間，讓學生可以從中得到更好的學習收獲。但是，目前在實際的教學活動開展中，部分生物教師并未關注到教學拓展這個方面，對實驗教學的規劃設計，是以教材課本作為范本，教材中編寫了哪些生物實驗，就針對相關實驗進行教學。而教材中沒有編寫的生物實驗，則沒有予以關注，這就造成教學活動較為局限，缺乏拓展，不能加深生物實驗教學的深度。

2.4 實驗方法單一缺乏創新構建

為了實現高中生物實驗教學的深度學習，還需要注意到對實驗方法的創新，對于一個生物實驗，可以創新不同的實驗方法，對相關的實驗現象進行驗證。通過不同的方法來完成生物實驗，也可以增強學生的理解，讓學生對相關生物知識靈活掌握。然而從當前高中生物實驗教學的具體開展來說，不少教師所采取的實驗方法非常單一，就是依照教材中的方法來開展實驗，并沒有創新使用其他的實驗形式，從而導致實驗教學缺乏深度，與深度學習的要求存在違背。

2.5 教學方法傳統教學不夠多樣

在高中生物實驗教學中，還需要對教學方法進行多樣化的構建，通過不同手段來開展實驗教學，確保教學活動具有相應的深度。但是目前不少生物教師在實施實驗教學的過程中，所采取的教學方法較為傳統，就是以理論講解和按時操作為主，對于一些新方法、新設備的使用不足，例如：對多媒體教學設備的使用較少，對信息化、網絡化手段使用不足，導致生物實驗教學效果較差，深度不足。

3 基于深度學習視角優化高中生物實驗教學的策略

針對高中生物課程的實驗教學來講，其作為生物教學的重要組成部分，對于學生的實驗理解和實驗操作掌握具有重要作用。在深度學習的視角下，生物教師需要認識到目前生物實驗教學存在的問題不足，然后通過合理措施對生物實驗教學予以優化構建，最大程度提高生物實驗教學的有效性。

3.1 注重實驗材料的合理選擇，保證實驗效果

對于實驗本身來說，選擇合適的實驗材料、合理地運用實驗材料能保證實驗效果不出現偏差，能獲得理想、鮮明的實驗現象，同時還能簡化實驗操作步驟，節約實驗時間，避免反復的無效操作，節約實驗成本。因此，要想對實驗進行深入學習，教師在針對某一個實驗進行教學前，要提前分析、了解該實驗，并重點考慮“什么樣的材料才是理想的實驗材料”，提前準備或指導學生準備材料，這對于保證實驗教學質量很重要。

例如，在帶領學生學習“DNA粗提取與鑒定”這一實驗時，需要采集動物或植物細胞，教師可以在課前讓學生根據預習準備合適的實驗材料，不同學生可以準備雞血、香蕉、洋蔥、魚白等材料用于實驗，這些材料在選取難度、DNA溶出量、成本等方面存在一定差異，可在實驗課堂上讓擁有不同實驗材料的學生組成一組，共同完成觀察實驗，實驗進行過程中學生會發現：洋蔥有刺激性氣味、雞血的獲取難度性較高且容易凝固、魚白的獲取成本較高，而香蕉、獼猴桃等水果樣本容易獲取、DNA清晰，更方便用于實驗觀察，且操作難度更低，實驗成功率更大。通過這樣的實驗教學方式，不僅能豐富學生對各種實驗的了解，更帶動了學生積極地對實驗過程、實驗結果進行分析，培養了學生的科研探索能力，讓學生學會對材料的收集難易度、成本等多方面進行綜合分析，自主優化實驗材料，簡化實驗，最高效地達到實驗效果。

3.2 著眼實驗內涵，提升學生的學科思想

生物實驗教學的價值不僅僅局限于幫助學生理解生物知識，更在于可以讓學生走進生物學科思想，跟隨實驗感受生物學家探究生命奧秘的路程，所以要想真正做到深入學習，教師就必須著眼實驗內涵，加強學科內涵教育，提升學生的學科思想，教會學生正確的思維方法。

例如，在對“制作生態缸”這一實驗進行教學時，教師可首先向學生提問：“生態系統是由什么組成的？”“生態系統的功能是什么？”引導學生回顧之前所學的知識，為接下來的實驗教學做鋪墊。而后，將學生按照優差結合的方式進行分組，并向學生提出“請小組同學一起制作一個密閉的生態缸”的要求，在制作完成后，分組上臺向同學們展示作品并解釋所作作品，最后再由教師、同學對各組作品進行綜合評價，而評價標準便是所作生態缸是否符合能量流動與物質循環的基本原則，生態缸是否能穩定運行。為使學生更深入地學習并理解該實驗，教師要帶領學生在完成該實驗的基礎上，深入分析生態缸內能量、物質的轉化形式。在這樣的教學模式下，學生的合作能力、探究能力都能得到提升，同時也能讓學生通過該實驗了解生物學科思想的內涵，體悟學科思想。

3.3 適當拓展實驗，將人文素養教育滲透于實驗教學中

要想讓學生更深刻地理解實驗，并學會如何將所學運用于實際生活，教師還要在教學中拓展實驗，將人文素養教育滲透于實驗教學中，不僅讓學生通過實驗學會生物知識技能，培養科學思維方法，還要實驗結合生活，體會實驗所承載的人文價值、科學精神，幫助學生樹立正確的三觀，這也是深入學習視角下生物實驗教學的重要內容。

例如，在進行“發酵”這一實驗教學時，教師可帶領學生一起制作腐乳，這是一種通過發酵得到的食物，制作過程不僅體現了發酵的原理，還與我們的實際生活息息相關。在教學時，教師可通過多媒體播放《舌尖上的中國》中腐乳相關的視頻選段，讓學生了解我國利用發酵的歷史，感受古人的智慧，培養學生的家國情懷。

又例如在“探究土壤中小動物的豐富度”這一實驗的教學中，教師可以先講解具體的實驗步驟與方法，然后讓學生自主完成實驗并與小組成員就實驗探究原理、實驗結果等進行探究討論。在完成基礎實驗后，再由教師引導學生進行進一步深入探究：“同學們，不同環境下的土壤中小動物的豐富程度一樣嗎？若不同又有什么規律呢？大家一起去不同的地方尋找土壤再來實驗吧！”學生們紛紛從學校草坪、濕地、工廠等地方尋找到不同的土壤，反復進行土壤豐富度的探究，實驗發現：不同的土壤中小動物的豐富度存在很大的差異，且小動物豐富度從高到低排序為濕地土壤、學校草坪土壤、工廠土壤。在得出實驗結論后，教師還要引導學生思考為什么會存在這些差異，學生會得出：因為工廠人流量大，人類活動多，且工廠造成的污染會破壞生態平衡，減少土壤中的動物含量。這樣的實驗能激發學生熱愛環境、保護生態平衡的意識，進而提升學生的社會責任感，所以將人文素養培養融入教學是很有必要的。

3.4 使用多種試驗方法，引導學生探尋最簡化實驗流程

相比初中，高中生物實驗操作難度更大，操作步驟更復雜，甚至很多實驗教師已經明確給出實驗方法與步驟，并逐步指導學生操作，但實驗結果仍不理想，教學目標難以實現，鑒于此，引導學生思考“怎么做實驗？”“怎么做好實驗？”是很重要的。縱觀當前的高中生物實驗教學，部分教師照本宣科，要求學生嚴格按照教材上的實驗步驟完成實驗，導致學生在實驗操作時完全依靠背誦，按部就班地執行每一步呆板的操作，而不知道“為什么這么做”“如果不這么做會怎樣”，這樣的實驗教學往往不能很好地培養學生的創新精神、科學探究精神，使得實驗教學偏離既定軌道。

因此，為真正提升學生的實驗操作能力，鍛煉學生的創新思維和科學實驗思維，教師一方面要按照教材要求，教會學生正確的實驗操作方法，另一方面又要帶領學生“走彎路”，讓學生自己去思考、去體驗，在試錯的過程中找到最佳的實驗辦法，不僅要學會怎么操作，還要知道為什么這么操作。例如，在對“綠葉中色素的提取與分離”一實驗進行教學時，很多學生不清楚添加碳酸鈣和二氧化硅兩種化學試劑的作用分別是什么，在實驗室不能把控正確的投放方式、投放用量，導致最終實驗結果欠佳。這主要是因為對于這兩種試劑的理解，學生們還僅僅是通過教材闡述和教師講解，自己對這兩種試劑的作用和使用方式都是靠死記硬背記下來的，缺乏真實的使用感受，容易記混。

而在實際實驗操作中，如果讓每一位學生都分別使用不同分量、不同種類的試劑進行試錯，又會浪費大量實驗時間，針對這種情況，教師可以對學生進行分組，讓組內不同學生或按照教材指導或自主增減試劑進行實驗，形成對照實驗組，組內對比不同色素濾液的顏色、狀態，直觀感受不同條件下的實驗結果，這不僅能讓學生明確不同試劑的作用，還能加深學生的記憶，讓學生更真實、深入地領悟實驗原理，理解這一部分的生物知識。

3.5 優化教學方法，使用多種技術呈現實驗過程

傳統刻板的實驗教學方法，往往只能認識基本的生命活動規律，對于隱藏其中難以觀察的細微實驗現象、生命活動并不能直觀了解，這導致深入學習很難進行，鑒于此，教師可以在實際教學過程中優化教學方法，借助多種媒體的功能、優勢對實驗過程、實驗現象進行清晰的呈現，將原本靜態的教材圖像轉化為動態的反應過程，以此幫助學生更直觀地理解、探索相關知識。

（1）借助多媒體技術將微觀生命現象宏觀化展現

通過實驗教學，學生可以更直觀地理解所學的生物學概念，但某些蘊含在實驗現象中的微觀生命現象和規律卻難以凸顯，導致學生對所學知識的理解停留在表面，不能知其然更知其所以然，這是當前高中實驗教學面臨的重難點，針對這種情況，教師可將先進的多媒體技術應用于實驗教學中，將細小、典型的生命現象和實驗規律直觀、宏觀地呈現于學生面前，便于學生理解。

例如，在對《有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性》這一課進行教學時，課本要求學生要通過開展“制作和觀察根尖細胞有絲分裂簡易裝片或觀察其永久裝片”這一實驗來了解有絲分裂，但這一實驗的發生過程相對細微，能否成功很大程度上取決于實驗操作技術與觀察條件，為保證學生能清楚地看到有絲分裂不同時期的典型畫像，教師可以借助數字化顯微鏡觀察技術，對實驗過程中產生的圖像進行放大化呈現，或通過照相機拍攝并上傳至學習平臺，方便學生直觀地觀察，讓學生可以在豐富的觀察情境中進行實驗探究。相比直接用圖片進行教學，這種方式更能激發學生的學習積極性，方便學生觀察討論，培養學生的抽象思維。

（2）借助視頻工具直觀呈現實驗操作、反應過程

實驗的成敗在很大程度上取決于實驗操作的規范性、材料的規范性，而大部分學生僅按照教材提示步驟完成實驗，很容易出現偏差，為保證實驗效果，教師要及時對學生不正確的實驗操作方式進行糾正，同時針對實驗過程中出現的一些實驗現象要及時分析，幫助學生理解實驗。而要做到這些，僅靠教師的逐一指導是很難完成的，教師可以借助視頻工具直觀地呈現實驗操作和反應過程，及時地對學生進行指導，并與學生就實驗現象進行互動。

例如，在對“觀察根尖分生組織細胞有絲分裂”這一實驗進行教學時，教師可能會在解離、染色過程中增加不同量的解離液、染液，若量過多，會造成試劑浪費，而量過少，又難以達到理想的實驗效果，教師可以在講臺上進行實驗操作直播，讓學生通過觀察屏幕上教師的操作方法來控制用量，自主糾正自己錯誤的實驗操作。另外，部分學生對顯微鏡的使用很陌生，不能規范操作儀器，在實驗觀察時不能準確找到根尖分生區，或不能識別有絲分裂的各個過程，不能與教材上的圖例一一對應，教師也可以錄制完成的操作視頻，將重難點一一呈現，發送在學習平臺上，方便學生對照操作，保證學生的正確操作。而學生也可以在自主實驗的過程中將實驗變化拍下來發送給同學、老師，與大家一起分析實驗過程中出現的問題，討論實驗原理、實驗現象的成因，以此方便大家在共同探討中共同進步，達到理想的教學效果。

4 結束語

對于高中生物實驗教學來說，開展深度學習很有必要，深度學習能幫助學生更好地理解生物學科的科學本質、理科屬性，提升教學效果。針對目前高中實驗深度教學現狀，各高中生物教師要基于深度學習理念的指導，從注重實驗材料的合理選擇，保證實驗效果，著眼實驗內涵，提升學生的學科思想，適當拓展實驗，將人文素養教育滲透于實驗教學中，使用多種試驗方法，引導學生探尋最簡化實驗流程，優化教學方法，使用多種技術呈現實驗過程等方面做好教學優化，切實解決當前教學工作中存在的弊病，提升教學質量與效果，幫助學生更好地理解所學知識，凸顯實驗教學的真正價值。

（作者單位：甘肅省酒泉中學）