基于深度學習視域的高中生物科學思維培養

吾蘭·黑那亞提

摘 要：本文簡單介紹了深度學習與高中生物科學思維，分析了前者在后者應用中發揮的提供理論與實踐支撐、逐級促進科學思維發展、提供更多生物實踐機會、促進學生個性成長發展等作用，并嘗試結合具體案例圍繞創設生動情境、指導自主探究、強化拓展遷移、優化教學評價等維度探討相應的實踐策略與方法，希望能帶來些許值得參考的內容。

關鍵詞：高中生物；深度學習；科學思維

深度學習是和淺層學習相對的教學概念和思想。深度學習既是一種學習過程，也是一種學習方式，更是一種以培養學生各種能力為核心的教學模式。核心素養是新課程改革背景下現代教育的重點，其強調了教育應當加強對學生能力與品質的培養。具體來看，究竟應當培養學生什么核心素養則受到多方面因素的影響，廣泛包括學生年齡、科目、社會發展需求等。基于深度學習強化核心素養培育，則是當下教育教學的重點探究方向。

一、深度學習與高中生物科學思維概述

（一）深度學習

深度學習指學習者基于自身掌握的知識、經驗和技能對新知識加以學習理解、辯證分析、綜合思考，從而實現從舊知識到新知識的遷移，同時將新知識融入個人知識框架體系之中。一般來說，深度學習與淺層學習的對比體現在學習態度動機、學習策略、思維層次、目標達成等方面。從學習態度動機層面看，深度學習往往是學生基于自身需求主動進行學習；淺層學習則是學生在外在壓力的影響下被動完成各種學習任務。從學習策略層面看，深度學習強調學生以理解記憶和調動已掌握知識、經驗、技能為基礎，對復雜概念與深層知識等加以探究、思考和掌握，同時逐步構建和完善知識框架體系；淺層學習則是學生通過機械記憶的方式對知識零散、孤立的概念以及原理等進行死記硬背。從思維層次層面看，深度學習強調學生在學習探究中思考，發展批判性思維；淺層學習過程中學生則往往缺乏足夠的反思，只是在教師的指導和要求下較為被動地完成知識記憶任務。從目標達成層面看，深度學習強調遷移應用和問題解決，致力于引導學生結合實際對所學知識、技能等加以應用，培養學生快速解決復雜問題的能力；淺層學習則不利于學生快速調用已學知識，也很容易局限于理論而導致學生無法運用所學解決各種復雜的實際問題。深度學習需要從記憶、理解、應用、分析、評價、創造等維度引導學生學習以及加強教學活動設計、組織和優化。

（二）高中生物科學思維

目前高中生物學科的核心素養培育目標主要體現在四大維度，分別是以概念學習為基礎并對生物生命產生正確認知和價值觀念判斷的生命觀念、以尊重事實與證據為基礎且以態度和能力培養為重點的科學思維、以探究能力為核心的多維能力與品質之集合的科學探究、以基于生物課程認知參與個人與社會事務的社會責任等。其中科學思維作為高中生進行生物學習以及其他課程學習乃至終身成長發展應當具備的重要思維，其自然是生物核心素養培育的重中之重。學生在不斷學習生物知識與技能的過程中，需要掌握歸納概括、演繹推理、模型與建模等基本思維方式，從而實現批判思維的有效發展[1]。

二、深度學習在培養高中學生生物科學思維中的價值

（一）提供理論與實踐支撐

高中生物科學思維的培養需要穩固的理論與實踐支撐，才可能取得良好成效。深度學習無論是從理論層面，還是從實踐層面，均能為科學思維培養帶來有力支持。從理論層面看，深度學習相關理論研究已經較為完善，建構主義理論、情境認知理論、元認知理論等能為高中生學習生物知識、掌握生物技能提供重要支持，有利于教師更好地從理論維度強化對學生的科學指導和教育，有利于學生科學知識技能水平提升并發展科學思維。從實踐層面看，深度學習強調學生自發、深入進行學習、探究、理解、思考和實踐，有利于學生在學習實踐中獲得更好的體驗以及收獲，進而為學生科學思維發展提供一定支持。

（二）逐級促進科學思維發展

科學思維有著豐富內涵，學生需要在學習中逐步實現科學思維的良好發展。在深度學習理念指導下，學生不僅能擺脫淺層學習的束縛并發展面對生命現象找尋規律并驗證其準確性、批判性地獲取知識、構建和更新知識框架體系等，更能逐級提升自身科學思維，逐步實現思維的高階發展。學生進行深度學習，能在生物課程學習的初期階段理解生物學概念并非空穴來風，而是基于科學事實論證后能對自然界中生物生命現象進行解釋和分析的成果；隨著生物學習進程的推進，學生能將簡單的生物學概念與生物學事實進行對應，并能以圖文等形式對生命現象進行簡單闡釋；隨著生物課程學習的不斷深化，學生能基于生命現象和實際證據對生物學規律進行總結，也能對特定生物學現象進行分析或預測；學生長期進行深度學習后，其能基于科學思維方法以及所掌握的知識、經驗、技能對生物學相關實際問題進行有效分析、處理和解決。

（三）提供更多生物實踐機會

高中生物科學思維的培育離不開實踐，僅僅依托理論教學并不能推進學生科學思維良好發展。深度學習理念指導下，教師能為學生提供更多的生物實踐機會。一方面，深度學習充分突顯了學生主體性，強調學生在教學活動中占據的主導地位，關注學生自身的探究、思考與實踐，從而在很大程度上弱化了教師的主導性，讓學生能掌握學習主動權并進行探索實踐；另一方面，深度學習意味著學生能在學習探究中深入反思，而且學生可基于反思結果主動進行驗證和實踐，促使學生更多地結合生活實際進行生物學實踐。通過實踐，學生能實現科學思維的良好發展。

（四）促進學生個性成長發展

科學思維本身有著豐富內涵，學生科學思維的發展必然也存在明顯差異。針對學生個體差異，從實際出發合理調整教學策略與方法，能幫助他們揚長避短，有利于他們的個性化發展。從深度學習與科學思維培育相結合的視角看，深度學習能為學生個性發展提供有利條件和支持，促使學生在深度探究、思考中根據自身科學思維發展情況針對性地嘗試與實踐，幫助學生實現科學思維全方位提升，從根本上解決學生科學思維層次難以提升、科學思維發展失衡的問題[2]。

三、基于深度學習視域的高中生物科學思維培養策略

（一）創設生動情境

深度學習視域下，高中生物科學思維培養需要以引導學生自主學習為基礎，構建從引入到探究到解釋到評價再回到引入的良性循環，促使學生在循環中進行深度學習以及實現綜合素質的螺旋式提升。其中引入作為學生進行深度學習的基礎，其對于學生最終學習效果以及科學思維發展質量的影響巨大。教師需要在引入階段重視對學生學習積極性和主動性的激發，以激活學生生物學習興趣為基礎，以強化學生學習動力為關鍵，引導學生基于活動與體驗、聯想與結構為深度學習打好基礎。學生只有主動、深度參與到教學活動之中，深度學習才可能實現，科學思維培養才可能取得良好成效。

教師可在教學引入階段采取各種策略與措施，從多個維度促使學生主動進行學習、探索與思考，其中創設生動情境正是十分常見而有效的方式。創設情境既能通過具體而對學生具有吸引力的情境激活學生生物學習興趣，同時也能將學生掌握的知識、經驗、技能融入其中，還能為學生探究新知識、新技能提供合適載體，可謂是十分適合學生深度學習的教學方式。與此同時，生物情境的創設還能以更為具體的方式呈現科學思維要點，幫助學生實現從具體到抽象的思維發展，為學生科學思維的良好發展提供有力支持。教師創設教學情境需要以教材分析、學情分析、教學目標確定、學習重難點分析等為基礎，充分考慮學生實際情況以及科學思維發展需求，進而針對性地創設合適情境，以此保障情境設置的合理性與有效性，確保學生能在情境探索中實現良好的深度學習以及科學思維發展。

例如：教學“細胞膜的結構和功能”這部分內容時，教師便創設了生動的教學情境。課前，教師對教學活動進行綜合分析。首先，教師對教材加以分析，弄清楚“細胞膜的結構和功能”這部分內容的主要知識點以及在整個生物學科知識框架體系中的位置，關注細胞膜的功能、細胞膜成分與結構的探索歷史及成果、流動鑲嵌模型等，明確學生學習這部分內容要為后續“細胞器之間的分工合作”相關內容的學習奠定基礎。其次，教師對學情進行分析。學生在之前的生物學科學習中已經對細胞的基本結構、動植物細胞的區別、細胞的分子成分及功能等有所了解，他們已經具備一定的觀察分析能力，能運用簡單的生物知識對抽象問題進行假設、演繹、推理和解決，同時有著強烈的好奇心、探索欲。然后，教師對教學目標以及學習重難點進行分析。引導學生觀察卵黃膜、玉米種子的染色實驗并對細胞膜有初步認知，帶領學生探究分析細胞膜成分與結構的生物學探索歷史，指導學生對不同細胞膜模型進行比較分析，讓學生在此過程中理解細胞膜的構成與功能以及流動鑲嵌模型等重點內容，同時讓學生突破細胞膜結構的探索歷史、細胞膜結構與其組成成分的內在聯系等難點。最后，教師創設教學情境。課堂伊始階段，教師有效創設了適合學生深度學習的教學情境，引導學生從社會熱點情境出發對細胞膜的結構與功能相關知識進行探究學習，鼓勵學生通過類比的方式對細胞膜的功能進行大膽推測，從而激活學生生物學習興趣的同時，為學生科學思維的發展創造有利條件。

（二）指導自主探究

自主探究是深度學習中的重要環節，需要學生自發、主動、深度地進行學習與探究，真正做到將學習主動權交給學生，促使學生在探究中去大膽嘗試、思考和實踐，強化知識遷移。教師需要為學生創設生動而合適的情境，依托情境帶給學生的深度體驗促使他們調動掌握的知識、經驗和技能，讓學生能在具體的情境中探究問題、大膽假設、合理猜測、制訂計劃與操作實踐。如此一來，學生能在自主探究實踐中實現深度學習，也能在學習掌握知識的同時啟發思維，發展科學思維。

例如：教學“核酸是遺傳信息的攜帶者”這部分內容的教學活動中，教師便可指導學生自主探究。教師提前進行教學設計，對學生自主探究的不同活動加以設計，并指導學生在深度學習中逐步深入地進行探究，從而幫助學生有效掌握知識、發展科學思維。一開始，學生需要觀察細胞中DNA、RNA分布實驗，根據實驗觀察情況對實驗結果進行分析和討論。之后學生需要對實驗結論和教材的差異加以討論，思考實驗結果“DNA存在于細胞核中，RNA存在于細胞質中”和教材“DNA主要分布在細胞核中，RNA主要分布在細胞質中”的差異，探究DNA還會存在于細胞中哪些地方。在之后學生需要推測核酸作為遺傳物質具備的特點以及結構，進一步深化對核酸功能相關內容的理解和掌握，同時發展科學思維。然后學生需要通過小組合作的方式構建核苷酸的模型，將核苷酸連成一條長鏈，構建DNA與RNA的結構，探究DNA指紋技術的原理，結合實際深化對核酸相關知識的把握。在此過程中，教師需要強化觀察與指導，僅在必要時提供幫助與點撥，盡可能弱化自身對學生深度學習過程的過多干預，以免影響學生學習體驗和收獲，促使學生依靠自主思考以及團隊合作理解知識、解決難題以及發展科學思維。

（三）強化拓展遷移

拓展遷移是深度學習的重點，其不僅關系到學生對新知識、新技能的掌握情況，也關系到學生知識結構框架體系的構建與完善，更關系到學生應用實踐能力和解決問題能力的發展。教師需要在學生自主探究之后強化拓展遷移，既要幫助學生對自主探究中的錯誤和問題加以糾正和解決，合理利用思維導圖幫助學生構建知識框架體系，也要聯系生活實際強化教學實踐，指導學生在實踐中拓展所學以及發展實踐應用能力。

例如：教學“被動運輸”這部分內容時，教師便在創設教學情境、指導學生自主探究的基礎上強化了拓展遷移。教師帶領學生對所學知識進行回顧，解釋其中的概念，幫助學生糾正對新知識的錯誤認知與理解，確保學生能正確理解水滲透作用、自由擴散、協助擴散、轉運蛋白等知識點。之后教師帶領學生基于所學內容繪制思維導圖，著重圍繞滲透作用與滲透現象、水進出細胞的原理、自由擴散與協助擴散等繪制導圖，幫助學生系統化地認知這部分內容，為學生構建知識框架體系提供支持。

（四）優化教學評價

教學評價是生物教學中不可或缺的部分，基于深度學習的科學思維培育更是如此。教師需要對教學評價進行合理優化，科學設置評價指標，全面圍繞知識、技能、科學思維、深度學習表現與成果等構建量化與非量化相結合的指標體系。規范評價方法，采取過程與結果、理論與實踐、能力與品質相結合的評價策略，同時引入學生自主評價、學生互評等方式，以此保障教學評價能客觀、真實反映學生對生物知識的掌握情況以及深度學習表現與成果、科學思維發展情況等[3]。

結束語

綜上可知，深度學習是新時期背景下推動教育教學水平提升的關鍵，其與核心素養一樣對學生成長而言有著重要意義。高中生物教師需要深化對深度學習的認知、理解與把握，積極探索適合核心素養培育的深度學習策略與方法，堅持貫徹以生為本理念，引導學生在深度學習中實現良好成長與綜合發展。

參考文獻

[1]陳梁興.深度學習視域下高中生物科學思維的培養策略[J].學苑教育，2024（2）：85-87.

[2]張愛燕.核心素養視角下的高中生物深度學習探究[J].高考，2023（9）：84-87.

[3]唐遠.基于深度學習培養學生科學思維的教學設計：以高中生物“伴性遺傳”為例[J].求知導刊，2022（29）：80-82，106.