生命觀念視域下的生物學大概念深度學習實踐

孟凡龍 崔 鴻

(1華中師范大學生命科學學院 武漢 430079； 2揚州大學附屬中學東部分校 揚州 225003)

生命觀念是《普通高中生物學課程標準(2017年版)》倡導的生物學學科核心素養4個要素中獨具生物學學科特點的維度，是學科核心素養的標志、基礎和支柱，將引領和推動教師的專業發展和課堂教學的理論與實踐[1]。作為一線教師，如何在生物學課堂教學中具體落實核心素養？深度學習是一種基于高階思維發展的理解性學習，注重批判理解、知識構建、遷移運用，是實現有意義學習的有效途徑。本文嘗試通過“細胞呼吸”內容的深度學習，引導學生以生命觀念引領細胞呼吸的過程，形成科學的自然觀和世界觀，指導探究生命活動規律，解決生產生活中的實際問題。

1 生命觀念視域下的深度學習之價值內涵

觀是行為的方法，念乃動機的產生，觀念是主體思想所表達出的意識形態。生命觀念是對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。生命觀念建立在概念學習基礎上，高中生在實際學習過程中易于接受一個事實性知識，但要建立一個或多個大概念比較困難，需要用一個或多個單元的教學安排逐步完成。大概念處于生物學學科中心位置，包括對原理、理論等的理解和解釋，對學生學習具有引領作用[2]。在教學中，基于一個個生物學事實圍繞生物學次位概念、重要概念和大概念來組織并開展教學活動(圖1)，有助于學生對知識的深度理解和遷移應用，也有助于發展學生的生物學觀念。例如：

圖1 生物學知識的層級體系

概念2 細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖(大概念)

2.2 細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域(重要概念)

2.2.4 說明生物通過細胞呼吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命活動可以利用的能量(次位概念)

深度學習是在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科核心知識，理解學習過程，把握學科本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、正確的人生價值觀，成為既具獨立性、批判性、創造性又有合作精神、基礎扎實的優秀學習者，成為未來社會歷史實踐的主人[3]。

2 生命觀念視域下的深度學習之實踐進路

2.1 科學選擇學習單元 學習單元是某一類性質相同的核心內容集中在教材中具體呈現的編寫方式，核心內容群可能由一個或幾個學習單元構成。教學時需要依據課標、教材、學情等科學選擇學習單元，如在新授課中，一般教材都會按照學習單元來設計的，不需要有大的改動，可以適當微調前后章節的教學順序。在復習課中，學習單元的設計就可以基于專題設計學習單元，例如，以細胞結構的整體性為例進行深度學習時，可以涉及細胞的物質組成、細胞的結構和功能、細胞分裂、基因控制蛋白質的合成、反射弧的組成、植物組織培養技術、動物細胞核移植技術等內容。

2.2 整體分析單元內容 從單元系統整體性的視角，把握單元內容的學科本質和學生學習重點，提煉學生發展的關鍵能力，以此來確定單元整體目標和探究主題，如系統觀、進化觀、建模思想、科學探究、環保理念等。以高中生物學模塊1中的“概念2細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”為例進行單元整體分析(表1)。

表1 高中生物學模塊1中概念2的單元內容整體分析

2.3 深度設計學習方案 基于深度學習的教學方案注重問題情境設計、意義聯接內容的有效整合、學生的批判性建構、活動體驗、可持續評價等，以“細胞呼吸”為例展開分析。“聯想與系統”是深度學習的基本特征，需調動學生將所學內容與己有經驗建立結構性的關聯，從而使知識轉化為與學生個體有關聯的、能夠操作和思考的內容。細胞是最基本的生命系統，其中的線粒體等各要素不是孤立地存在，每個要素在系統中都處于一定位置，起著特定作用(表2)。教學過程中通過學生的模型建構線粒體的活動，如使用橡皮泥、軟磁鐵、卡紙、繪圖、3D模擬等方式促進學生體驗，聯系生活情境，以結構與功能觀逐步同化學生已有的知識結構體系，進而建構生命系統的結構與功能觀[4]。

表2 線粒體的結構與功能的相關性聯系

“活動與體驗”是深度學習的核心特征，學生主動全身心參與“探索”“發現”“經歷”知識形成的過程。細胞呼吸產生大量ATP的同時也在消耗ATP，糖酵解過程是葡萄糖轉變為丙酮酸的一系列反應過程，是生物最古老、最原始獲得能量的一種方式，在此過程中需先消耗2分子ATP，后逐步產生4分子ATP。細胞呼吸中有大量的化學反應過程，幾乎每一個步驟都涉及物質的相互轉化，進而儲存或釋放能量，高效節約地保障細胞各項生命活動的能量供應。教學過程中可用軟磁鐵來模擬細胞呼吸過程中物質和能量的變化活動，通過學生的直觀體驗感悟生命系統的物質與能量觀。

“本質與遷移”是深度學習的屬性特征，要求學生抓住知識的本質屬性去全面把握知識的內在聯系，提升學生對學習對象深度加工的意識與能力，并遷移應用在教學實踐中。線粒體在不斷的進化中存在著精巧的適應性。原線粒體通過吞噬作用進入真核細胞后開始“互利”共生，逐漸地關閉與丟失很多基因，只保留了祖先的一些基本特征。現在的線粒體與細胞之間相互協調、互相扶持，共同組成一個有機統一的整體。基于線粒體的功能特性，學習者還需要遷移了解原核細胞的呼吸場所和方式。線粒體的發展歷程凸顯了進化與適應相統一。

“價值與評測”是深度學習的目標特征，引導學生自覺思考所學知識的價值、局限，并促使學生主動質疑、批判與評價，養成自覺理性的精神與正確的價值觀。生命系統是靈動的、開放的，內部時刻發生著物質變化和能量轉換，但多數時候維持相對穩定狀態。糖酵解和葡萄糖的合成是在對立統一中尋求穩態，穩態的維持依賴信息調控，如：通過丙酮酸激酶變構抑制效應來調節糖酵解過程，維持血糖相對穩定[5]。教學過程中引導學生基于物質的產生和消耗來評測細胞呼吸，維持細胞的穩態與平衡；細胞呼吸與個體呼吸的協調，維持生命體的穩態與平衡。

2.4 評價測量教學效果 指向生命觀念的評測是學科質量監測的關鍵，通過學生解決真實情境問題，可測試出學生的核心素養水平。基于從描述事實→運用單一的觀念或概念進行解釋或說明→經提示后調用多個概念解釋現象或闡明觀點→自主調用多個觀念綜合解釋現象或闡明觀點的線索，對“細胞呼吸”中有關生命觀念學業質量頂級水平進行描述[6](表3)，注重表現性評價與持續性評價相結合，客觀、準確地把學生對知識的理解、掌握和應用程度表達和區分出來。

表3 生命觀念的學業質量水平層級內容

生命觀念中的四個觀念之間相互融合交叉為不可分割的有機整體，其中只有進化與適應是生物學學科本體觀念，其余都是跨學科的思維觀念，因此在教學過程中要注重基于深度學習，培養跨學科思維，在實踐情境中培育生命觀念，教學是教師與學生雙主體間的互動過程，教師應從關注知識教學轉變到注重素養培育，真正內化核心素養理念并指導教學，在夯實概念的基礎上形成生命觀念，并能夠用生命觀念認識生命世界、解釋生命現象，理解生命與環境辯證的關系。