基于深度學習的高中生物真實情境的創設

王丙全

隨著人工智能研究的快速發展，深度學習越來越多地映入人們的視野。深度學習于2006年被提出，是機器學習研究中的一個全新領域，它模擬人腦的思維機制、記憶機制等，對圖像、聲音、文本等進行解釋和處理，由此引發了人們對深度學習的高度關注。在高中生物學教學中，教師可以通過對深度學習的更多理解，從無監督學習狀態中去審視學生的學習心理、學習方式及教師的教學模式等，進而通過創設真實情境高效培養學生的高中生物核心素養。

1.創設真實情境的途徑

生物學科與現實生活的聯系非常密切，各版本教材在編著過程中也引入了許多真實情境，但由于時效性、地域性、篇幅等諸多限制，難以充分發揮真實情境在教學中的作用，這就要求教師在教學過程中結合學情、教情，因地制宜地挖掘、遴選真實情境素材，以啟發和引導學生進行深度學習，提高教學效率。

1.1關注與教材知識有緊密聯系的現實生活現象或社會熱點事件

從現實生活中挖掘情境資源可以讓學生感覺到學習生物學的意義和重要性。例如，在“體溫調節”這部分內容的教學中，筆者創設了以下幾個真實的問題情境：在冬天，處于嚴寒北方的人們走出屋外常常會打哆嗦，這是為什么呢？身體出現這種應激反應具有什么生物學意義呢？上體育課或早上跑步時，臉為什么會變紅？有一個成語叫“饑寒交迫”，為什么會把“饑”與“寒”關聯在一起呢？對于這些問題情境，學生在日常生活或學習中經歷過有些現象，有些問題沒有特別關注過，以此引發學生強烈的好奇心與求知欲，為深度學習奠定良好的心理基礎。

又如，在剛開始學習有關“ATP”的知識時，教師可提前準備一些ATP藥盒，讓學生在小組內就說明書中“ATP的成分組成”“ATP的功效”“ATP與ADP相互轉化”“注意事項”“不良反應”等進行閱讀和交流總結，進而結合教材內容展開該部分的教學。這一真實情境的創設，能夠拉近知識與生活的距離，讓學生感到既新鮮又實用，從而以良好的心態進入到對新知識的學習中。

在教學中，教師要善于挖掘教材知識與實際生活的聯系，不宜牽強附會，所選擇的生活情境應以學生的切身體驗為主，這樣才能調動學生學習生物學知識的積極性。

1.2注重知識的產生過程

生物學科學史在教學中有十分重要的價值，可以讓學生了解知識的產生和發展過程，也可以讓學生從中感知到科學研究的艱辛，以及學習到科學研究的方法和技能等。“酶”“光合作用”“孟德爾遺傳定律”“生長素的發現”等高中生物學主干知識都是以史料為主線，讓學生認識理論和實踐的關系，以及感悟科學探索過程中所需的鍥而不舍、不畏艱難、精誠合作等科學研究品質。教師在平時也要多閱讀一些介紹生物科學發展史的書籍，以豐富自己的知識儲備，也為課堂教學錦上添花，從而使教學過程精彩紛呈、亮點不斷。

1.3善于挖掘科技最新進展信息

生命科學的最新進展和重大突破是寶貴的生物教學資源，例如，每年的諾貝爾生理學或醫學獎，有許多與教材知識具有緊密的聯系。如屠呦呦發現的利用青蒿素治療瘧疾新療法，可以與教材中的“育種”“生物多樣性價值”等知識聯系起來，從而創設一個真實的情境，讓學生分析其中所蘊含的生物學原理和概念。

2.基于深度學習的高中生物真實情境的創設

2.1利用真實情境，引領學生解決實際問題

深度學習強調學生的自主與合作，倡導培養學生通過對教材知識的遷移解決實際問題的能力。真實情境正以解決現實問題為先導，旨在充分發揮學生的創造能力，使其對教材中的生物學原理、重要結論、核心概念等知識獲得深刻理解，進而培養學生的生物學核心素養。

例如，在進行“細胞呼吸”這部分內容的教學時，教師可以提前一周給學生布置一個學習任務：準備兩個帶蓋的玻璃瓶，其中一個（甲瓶）裝入剛榨的葡萄汁，另一個（乙瓶）裝入經過煮沸的葡萄汁，放置在相同的環境中，幾天后讓學生觀察所發生的現象。在課堂教學中，學生發現甲瓶中產生了大量的氣泡，教師要求學生自己設計實驗將甲瓶中的氣體導入到澄清的石灰水中，結果石灰水變渾濁了，說明甲瓶中產生了CO2。然后教師要求學生分別打開甲乙兩瓶口，學生發現甲瓶中有股酒味，而乙瓶中沒有此現象。然后，教師再要求學生用顯微鏡對兩份樣本進行觀察，學生發現甲瓶中有大量的酵母菌，而乙瓶中沒有。此時，教師提出問題：甲瓶中發生了什么化學反應呢？

結合以上所觀察到的實驗現象，教師進一步引導學生進行探究：甲瓶在剛密封時還有一部分氧氣，隨后慢慢地變成無氧狀態，那么，酒精是在有氧條件下還是無氧條件下產生的呢？CO2又是在有氧條件下還是無氧條件下產生的呢？

學生探究：自主設計有氧裝置和無氧裝置，探究酵母菌細胞在有氧和無氧條件下的物質轉化，并對遇到的問題進行討論和改進。

教師演示：利用O2傳感器和溫度傳感器，定量測定酵母菌在有氧環境和無氧環境下產生的CO2以及在此過程中的溫度變化情況。經過多次演示和測定記錄，從中歸納共性的地方。與學生一起討論分析，最終得出結論：酵母菌細胞呼吸會釋放能量。

以上實驗探究設計，充分培養了學生的探究能力和實驗思維方法，讓學生感悟到了科學論證的過程和意義，對學生樹立實事求是的科學態度和意識也有十分重要的促進作用。

2.2以科學史料為情境主線，引領學生構建知識

生命科學史是真實情境挖掘的重要素材來源，教師要充分挖掘、運用科學史料，并將之作為情境主線，引導學生主動探尋、體悟知識的形成，并構建知識體系。

例如，在進行“一個脫氧核苷酸”模型的構建時，教師可以為學生提供以下幾則史料，讓學生思考并構建：

史料1：1910年，諾貝爾生理學或醫學獎獲得者科塞爾等人證明了“核素”是由糖、磷酸與嘌呤堿、嘧啶堿等成分組成的。后來人們發現，“核素”具有酸性，因此，更名為“核酸”。

史料2：1909年，美國生物化學家歐文發現，核酸中的碳水化合物是由5個碳原子組成的核糖分子。

史料3：1930年，歐文又發現米歇爾所發現的“胸腺核酸”中的糖分子比塞勒從酵母菌中發現的“酵母核酸”中的糖分子少一個氧原子，因此，將這種糖分子稱作“脫氧核糖”；含兩種不同糖分子的核酸分別稱為“脫氧核糖核酸”（DNA）與“核糖核酸”（RNA）。

史料4：1934年，歐文將核酸分解成許多亞單位———核苷酸。

學生通過對四則史料的閱讀和分析，從思維層面上經歷了一次科學探究的過程，并從真實的情境中感悟到了科學家探索未知世界的不懈精神和解決問題的方法，并對知識有了更深刻的認識和理解。

2.3基于真實情境，評價學生的學習結果

對于學生學習過程及結果的評價，應與真實情境相結合，讓學生從中體驗到成功的喜悅，并認識到在能力和知識方面需不斷加強的地方。

例如，在學生學習完“人類遺傳病”之后，教師提出問題：某單基因遺傳病究竟屬于何種遺傳方式？要求學生自己設計調查表，研究調查對象，確定調查方案，以此對學生的學習效果進行全面評價。

綜上所述，在學案編寫、教學設計、課堂教學、學生評價等教學全過程的各個環節上，均可通過創設真實情境觸發學生的思維，讓教學與學生的認知同步進行，為學生的深度學習創造有利條件，從而提高教學效果，并使學生的生物學科核心素養在潛移默化中得到不斷發展。

（西藏林芝市第二高級中學，西藏林芝860000）