深度學(xué)習(xí)理論在發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的實踐

朱曉燕 張 罡 解凱彬

(1 福建省南平市教師進(jìn)修學(xué)院 南平 353000； 2 福建省邵武第四中學(xué) 邵武 354000； 3 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院 南京 210097)

深度學(xué)習(xí)作為一種特定的學(xué)習(xí)概念，指的是一種以高階思維(如分析、綜合、評價和創(chuàng)造等)對復(fù)雜概念或知識的理解與運用為主要認(rèn)知活動的持續(xù)性學(xué)習(xí)過程[1]。本文以人教版高中教材(必修2)《遺傳與進(jìn)化》中第2章“基因和染色體的關(guān)系”第1節(jié)“減數(shù)分裂和受精作用”的學(xué)習(xí)為例，探討在深度學(xué)習(xí)導(dǎo)向下的課堂教學(xué)中，培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的策略。

1 問題真實情境創(chuàng)設(shè)，促進(jìn)概念的深入理解

深度學(xué)習(xí)將學(xué)習(xí)任務(wù)“錨定”在真實的問題情境中，并在其中需要鑲嵌解決問題所需要的學(xué)業(yè)內(nèi)容知識、元認(rèn)知策略和學(xué)習(xí)策略，使學(xué)生在完成任務(wù)的過程中建構(gòu)知識和技能[2]。在真實情境中以問題為導(dǎo)向的教學(xué)，一方面可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，另一方面可幫助學(xué)生利用高階思維，對知識進(jìn)行深加工，而不僅僅局限于低水平的知識記憶。這有利于學(xué)生對科學(xué)概念和科學(xué)過程的深入理解，從而促進(jìn)核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[3]。

例如，通過創(chuàng)設(shè)情境，以問題引入學(xué)習(xí)： 有性生殖的生物也以有絲分裂的方式產(chǎn)生配子，經(jīng)過受精作用雌雄配子結(jié)合，子代細(xì)胞中染色體數(shù)目就是親代染色體數(shù)目的兩倍。這樣，每繁殖一次，子代的染色體就翻一倍。可問： 該物種的染色體數(shù)目是不是以2n一直增加下去？這顯然與物種染色體數(shù)目穩(wěn)定的事實不符。進(jìn)一步追問： 親代是怎樣把染色體遺傳給后代的？引發(fā)學(xué)生關(guān)注并思考問題。接著可介紹科學(xué)家的探索歷程，引出生物學(xué)家魏斯曼的預(yù)測： 在卵細(xì)胞和精子成熟的過程中，必然有一個特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半；受精時，精子和卵細(xì)胞融合后，恢復(fù)成正常的染色體數(shù)目。19世紀(jì)80年代其他科學(xué)家的顯微鏡觀察證實了魏斯曼的預(yù)測。比利時科學(xué)家比耐登用體細(xì)胞中只有兩對染色體的馬蛔蟲進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲精子和卵細(xì)胞中的染色體數(shù)目都只有體細(xì)胞的一半，而在受精卵中又恢復(fù)成兩對染色體。后來的科學(xué)家確認(rèn)精子和卵細(xì)胞的形成要經(jīng)過減數(shù)分裂，并描述了減數(shù)分裂的全過程。在這個過程中，引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)的思維過程和科學(xué)探究的基本方法，理解科學(xué)知識的關(guān)聯(lián)性與開放性。引出本節(jié)課“減數(shù)分裂和受精作用”的內(nèi)容。

魏斯曼的預(yù)見是科學(xué)家在對大量事實進(jìn)行觀察、分析的基礎(chǔ)上的科學(xué)推測，創(chuàng)設(shè)問題化情境，由科學(xué)史引入學(xué)習(xí)，呈現(xiàn)由事實到觀點、規(guī)律和理論的邏輯過程，引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)方式來理解學(xué)科知識體系，感悟“科學(xué)是創(chuàng)造性的工作”“科學(xué)知識可能隨著研究的深入而改變”“科學(xué)工作依賴觀察和推論”和“科學(xué)工作采用基于實證的范式”。這些科學(xué)本質(zhì)觀的形成，對于學(xué)生形成概念、理解生命觀念、促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成有著重要意義。

2 課前合作自主探究，有效地關(guān)聯(lián)新舊知識

深度學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識的獲得不是簡單的知識疊加與記憶，而是理解基礎(chǔ)上的知識整合與運用。因此，深度學(xué)習(xí)源于對未知事物的探索，強調(diào)學(xué)習(xí)者的理解性學(xué)習(xí)與多維知識整合，是學(xué)習(xí)者所接觸的新知識與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)建立實質(zhì)性聯(lián)系的過程[1]。

例如，“減數(shù)分裂和受精作用”一節(jié)的學(xué)習(xí)建立于初中有關(guān)受精的知識及(必修1)《分子與細(xì)胞》模塊的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)之前，學(xué)生對細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期和有絲分裂等概念已經(jīng)有了比較深入的了解。學(xué)習(xí)小組的建立，增進(jìn)學(xué)生之間的交流，促使學(xué)生主動將新舊知識進(jìn)行聯(lián)系，在已有知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識。深度學(xué)習(xí)體現(xiàn)為學(xué)生通過多樣化的學(xué)習(xí)策略達(dá)到對知識的深層理解。自主閱讀、交流思考等方式，有利于學(xué)生拓展思維、增強學(xué)習(xí)的交互效應(yīng)。課前為學(xué)生準(zhǔn)備視頻、微課、PPT課件和導(dǎo)學(xué)案的學(xué)習(xí)資料包。由學(xué)生通過學(xué)習(xí)小組，從多角度展開自主學(xué)習(xí)。學(xué)生圍繞學(xué)習(xí)主題進(jìn)行充分交流和互動，促進(jìn)對新知識的理解，形成新舊知識之間的聯(lián)系，從而建構(gòu)有機的生物學(xué)概念網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生在認(rèn)識孟德爾遺傳規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解減數(shù)分裂過程和受精作用的實質(zhì)： 有性生殖保持親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，是通過染色體行為和數(shù)量的變化來實現(xiàn)的；減數(shù)分裂是一種特殊的有絲分裂。

學(xué)習(xí)小組間的交流互動是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，能有效激發(fā)學(xué)習(xí)動機，提升學(xué)生自我效能感、增強團(tuán)隊協(xié)作能力和凝聚力。自主的合作探究，有利于釋疑解惑，逐步厘清概念，形成生物學(xué)基本觀念。學(xué)生通過概念網(wǎng)絡(luò)化過程領(lǐng)悟生物學(xué)思想，并由此達(dá)成對生物學(xué)知識的理解，而不僅僅是將概念學(xué)習(xí)局限于文字上的記憶。

3 模型建構(gòu)釋疑討論，關(guān)注知識批判性理解

深度學(xué)習(xí)需要學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容追本溯源，深入探究知識背后的思想方法，對知識的取舍做出批判性的判斷與把握，從而生成知識與意義[1]。教學(xué)中學(xué)生通過模型建構(gòu)，體驗知識的形成過程；展開思維探究，對建構(gòu)的模型進(jìn)行評價，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

例如，在教學(xué)中可先設(shè)置問題串： ①什么是減數(shù)分裂？②減數(shù)分裂有何特點？③減數(shù)分裂結(jié)果如何？組織學(xué)生討論同源染色體、非同源染色體、姐妹染色單體、聯(lián)會和四分體等較為抽象的新概念。并且開展模型建構(gòu)，組織學(xué)生利用紅、藍(lán)兩色毛線、白紙和鉛筆等材料，假設(shè)體細(xì)胞染色體數(shù)為4條，模擬表示減數(shù)第一次分裂中期、后期，減數(shù)第二次分裂中期和后期以及有絲分裂中期、后期細(xì)胞中的染色體。分小組建構(gòu)減數(shù)分裂精子形成過程中染色體模型。學(xué)生互相答疑，教師適時點撥解答，幫助學(xué)生透徹理解，解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中遇到的疑難問題，為達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)排除障礙。

在模型建構(gòu)過程中，可用手機將學(xué)生制作的典型模型拍照上傳到教師電腦依次播放。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合各時期的特征，分析學(xué)生制作的模型，共同討論評析，指出錯誤并分析原因，及時加以糾正，澄清學(xué)生錯誤認(rèn)知，進(jìn)一步深化學(xué)生對減數(shù)分裂不同時期染色體變化的理解。教師通過這一環(huán)節(jié)同時可了解該學(xué)生是否真正理解了減數(shù)分裂的概念，并能將概念應(yīng)用到其他學(xué)生建構(gòu)模型的評價中，促進(jìn)學(xué)生對知識的批判性理解。

4 游戲活動當(dāng)堂反饋，實現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移

深度學(xué)習(xí)所獲得的知識和技能是可遷移的。能夠在新情境下遷移應(yīng)用所學(xué)的知識，并達(dá)成結(jié)構(gòu)化，才是對知識的深度理解。在設(shè)計學(xué)習(xí)活動時應(yīng)注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的多樣性和相互關(guān)聯(lián)性，讓學(xué)生在不同的情境和任務(wù)中審視和理解相同的知識，幫助其跨情境遷移運用[3]。

例如，在教學(xué)中用兩套打亂順序、大小和顏色完全一樣的貼圖教具，請學(xué)生排除多余的干擾貼圖，選擇出表示精子形成過程的一套在黑板上排列。此項活動的目的是幫助學(xué)生系統(tǒng)地理解從精原細(xì)胞開始進(jìn)行減數(shù)分裂形成精子的全過程，以游戲方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)檢測。要能熟練準(zhǔn)確地選擇出正確的貼圖，需要學(xué)生對減數(shù)分裂精子形成過程有清晰的理解。教師再引導(dǎo)全班學(xué)生對所展示的貼圖進(jìn)行評價、糾錯，促進(jìn)學(xué)生對知識的深入理解。繼而，由小組成員對照貼圖簡述減數(shù)分裂精子形成過程，并總結(jié)減數(shù)第一、第二次分裂的特征。在此過程中，學(xué)生由對減數(shù)分裂單個時期的認(rèn)識上升到整體過程的理解，建立減數(shù)分裂精子形成的過程系統(tǒng)知識。接著，教師從黑板上取減數(shù)第一次分裂中期貼圖教具，翻轉(zhuǎn)到背面，補充介紹貼圖的巧妙創(chuàng)意： 貼圖教具采用雙面設(shè)計，可解釋同源染色體分裂時非同源染色體自由組合。然后，按順序?qū)⒑诎迳系馁N圖教具一一翻到背面，向?qū)W生展示自由組合的結(jié)果，增加了配子中染色體組成的種類。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考，減數(shù)分裂過程中染色體數(shù)目減半發(fā)生在哪一次分裂？請分析原因。引導(dǎo)學(xué)生由對精子形成過程各個時期的理解，上升到對整個過程染色體行為變化規(guī)律的理解。

在游戲活動的過程中，學(xué)生達(dá)成了知識的完整建構(gòu)，并實現(xiàn)知識的遷移與應(yīng)用。讓學(xué)生在不同的情境和任務(wù)中審視和理解相關(guān)的知識，實現(xiàn)不同情境下知識的連續(xù)建構(gòu)和遷移運用。學(xué)生在學(xué)習(xí)中達(dá)成問題解決、深度理解、概念轉(zhuǎn)變和知識遷移，實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

5 課后練習(xí)拓展延伸，促發(fā)評價反思

深度學(xué)習(xí)還強調(diào)對學(xué)習(xí)過程的建構(gòu)反思。可利用教材第17頁圖2-2設(shè)置課后練習(xí)題，根據(jù)精子形成過程中染色體、DNA和姐妹染色單體數(shù)目的規(guī)律性變化填寫在表格中(表1)。再請學(xué)生將表1中減數(shù)分裂過程中DNA、染色體及染色單體數(shù)目的規(guī)律性變化繪制成曲線圖。

表1 精子形成過程中染色體、DNA和姐妹染色單體數(shù)的變化

通過以上圖表訓(xùn)練形式，可培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力，為區(qū)別有絲分裂和減數(shù)分裂各時期特點做鋪墊。同時，也培養(yǎng)學(xué)生圖文轉(zhuǎn)化能力，訓(xùn)練用坐標(biāo)圖直觀表達(dá)生物學(xué)規(guī)律的能力。

本節(jié)課的教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生歸納和總結(jié)減數(shù)分裂的本質(zhì)，選擇自主探究與模型建構(gòu)為主線的學(xué)習(xí)策略，引導(dǎo)學(xué)生逐步完善概念網(wǎng)絡(luò)。并在學(xué)習(xí)過程中，進(jìn)一步深化對生命科學(xué)基本觀念的理解，認(rèn)同科學(xué)實證思想，在知識遞進(jìn)的過程中，促進(jìn)學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。