基于深度學(xué)習(xí)的高中生物學(xué)概念模型建構(gòu)

劉艷艷

【摘? 要】深度學(xué)習(xí)是學(xué)生深入思考和辯證思考的過程，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的本質(zhì)理解和批判性思考。建構(gòu)概念模型可以促發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)概念的重要方法。本文以“基因突變”為例，通過課堂活動(dòng)促發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，自主建構(gòu)基因突變的概念，并與相關(guān)概念構(gòu)建概念體系模型。

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí);概念模型建構(gòu);基因突變

高中生命科學(xué)是一個(gè)概念體系，這些概念構(gòu)成了課程的內(nèi)容框架，同時(shí)也給學(xué)生帶來了困擾，很多學(xué)生抱怨生命科學(xué)概念繁多、知識(shí)點(diǎn)瑣碎，需要大量的時(shí)間重復(fù)記憶。究其原因，這些學(xué)生的學(xué)習(xí)是淺層的，沒有對(duì)概念進(jìn)行本質(zhì)理解和批判性思考，所以容易混淆和遺忘。構(gòu)建概念模型可以促發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，掌握概念本質(zhì)，提高概念的遷移和應(yīng)用能力，是學(xué)習(xí)概念的有效方法。

1.深度學(xué)習(xí)與概念模型建構(gòu)

深度學(xué)習(xí)，是相對(duì)于淺層學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念，是指在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生高階思維參與學(xué)習(xí)的過程，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的本質(zhì)理解和批判性思考，追求有效的學(xué)習(xí)遷移和真實(shí)問題的解決 [1]。高中生命科學(xué)是一個(gè)概念體系，若是淺層的學(xué)習(xí)，不對(duì)概念進(jìn)行本質(zhì)理解和批判性思考，就容易混淆、遺忘。

概念模型建構(gòu)是深度學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的過程，可以幫助學(xué)生掌握相關(guān)的概念，并能厘清概念間的關(guān)系，完善生物知識(shí)架構(gòu)，從而提高學(xué)生遷移和應(yīng)用知識(shí)的能力。

本文以《基因突變》為例，通過案例分析和探究式教學(xué)活動(dòng)，促發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，自主建構(gòu)基因突變的概念模型，并與相關(guān)概念構(gòu)建概念體系模型，提高知識(shí)的深度和廣度。

2.“基因突變”概念教學(xué)的普遍問題

鐮刀型細(xì)胞貧血癥是由于基因突變導(dǎo)致的遺傳病，常作為經(jīng)典案例展開基因突變的教學(xué)。一般的教學(xué)思路為，提供鐮刀型細(xì)胞貧血癥研究過程的文字資料，設(shè)置問題鏈，通過分析和討論逐步進(jìn)行病因探究。大多數(shù)教師，到此就歸納出了基因突變的概念，重點(diǎn)放在 “DNA分子中堿基對(duì)的替換、缺失或增加”上，對(duì)后半句“使基因特定核苷酸序列發(fā)生改變”直接帶過，如此造成了學(xué)生淺層地學(xué)習(xí)。

3.深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建“基因突變”概念模型

在構(gòu)建“基因突變”的概念模型中，教師需要喚醒學(xué)生大腦中的前概念，將其作為新概念生成的生長點(diǎn)，采用問題驅(qū)動(dòng)的方法不斷促發(fā)深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生形成自我對(duì)新知識(shí)的理解，自主建構(gòu)基因突變的概念[2]。

3.1基因突變的本質(zhì)

在了解堿基對(duì)的替換、缺失和增加會(huì)造成基因突變的基礎(chǔ)上，進(jìn)而深入探究基因突變的本質(zhì)。利用課堂活動(dòng)單（如圖1），模擬堿基對(duì)的替換、缺失和增加，讓學(xué)生寫出突變后的堿基序列。書寫的過程，可以讓學(xué)生體驗(yàn)基因突變的過程，感性地、直觀地認(rèn)識(shí)堿基序列，聯(lián)想已學(xué)知識(shí)“遺傳信息儲(chǔ)存在基因的堿基序列中”。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察堿基序列，思考“基因突變導(dǎo)致了什么改變？”學(xué)生需要經(jīng)歷觀察、分析、綜合和討論的過程，才能得出答案。最后師生共同討論，得出基因突變的本質(zhì)是“造成基因特定核苷酸序列（堿基序列）的改變”。然后通過填空的方式，補(bǔ)全基因突變的概念，這個(gè)過程是學(xué)生深度學(xué)習(xí)自主構(gòu)建概念的過程。

3.2基因突變的意義

在理解基因突變本質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)置問題“基因突變的結(jié)果是什么？”引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想已學(xué)知識(shí)“遺傳信息儲(chǔ)存在基因的堿基序列中”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步分析，得出“基因堿基序列的改變會(huì)造成基因攜帶的遺傳信息發(fā)生改變”;進(jìn)一步追問“若基因攜帶的遺傳信息發(fā)生了改變，那么基因還是原來的基因嗎？”層層遞進(jìn)，學(xué)生自主總結(jié)，基因突變的結(jié)果是產(chǎn)生新基因。

“那么新基因與原基因什么關(guān)系呢？” 繼續(xù)探究。展示圖2，染色體上的某個(gè)基因的部分堿基序列，促發(fā)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，基因是由成千上萬個(gè)脫氧核苷酸組成的，若干個(gè)堿基的替換、增加和缺失會(huì)不會(huì)改變基因在染色體上的位置呢？經(jīng)過深度學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生理解了新基因是原基因的等位基因，等位基因決定相對(duì)性狀。

綜上，構(gòu)建了基因突變的概念模型，如圖3所示。

4. 深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建概念體系模型

基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成，從而決定生物性狀。鐮刀型細(xì)胞貧血癥是基因突變改變生物性狀的實(shí)例，那么基因突變一定會(huì)改變生物性狀嗎？利用課堂活動(dòng)單（如圖4），進(jìn)行探究。

提出問題“將原基因指導(dǎo)合成的mRNA和多肽鏈逐一與突變后基因合成的mRNA和多肽鏈進(jìn)行比較，你能發(fā)現(xiàn)什么？嘗試分析原因。”學(xué)生通過觀察、分析和討論等深度學(xué)習(xí)的過程，解決問題。然后以小組為單位，匯報(bào)結(jié)果。學(xué)生分享時(shí)，依次拋出問題 “與對(duì)照組相比基因的堿基序列是否改變，mRNA的堿基序列是否改變，氨基酸序列是否改變，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是否改變，生物性狀是否改變”，從而引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建概念體系“基因突變→DNA分子的堿基序列（遺傳信息）→mRNA的堿基序列（遺傳密碼）→多肽鏈中氨基酸序列→蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能→生物性狀”，將基因突變與中心法則建立聯(lián)系，理解大概念。

最后師生共同分析，歸納總結(jié)，基因堿基對(duì)的替換，一定改變遺傳信息和遺傳密碼，但不一定改變生物性狀;基因堿基對(duì)的缺失和增加，一定改變遺傳信息和遺傳密碼，具體使缺失或增加位點(diǎn)之后的遺傳密碼全部改變，氨基酸也隨之全部改變，也有可能造成終止密碼子的提前或延后，對(duì)生物性狀的影響較大;圖4 課堂活動(dòng)單：探究基因突變對(duì)生物性狀的影響最后與學(xué)生一同構(gòu)建概念體系模型（如圖5），整個(gè)探究活動(dòng)是高階思維參與學(xué)習(xí)的過程。

5.結(jié)語

本節(jié)課利用兩個(gè)課堂活動(dòng)單，引導(dǎo)了學(xué)生自主建構(gòu)了基因突變的概念模型及相關(guān)概念體系模型。促發(fā)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)，鍛煉了學(xué)生的科學(xué)思維，掌握了關(guān)鍵內(nèi)容和核心知識(shí)，還豐富了原有的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從而提高知識(shí)遷移和解決實(shí)際問題的能力。在概念教學(xué)中，應(yīng)充分利用概念模型的建構(gòu)，提高教學(xué)效益，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭 華. 深度學(xué)習(xí)及其意義[J]. 課程?教材?教法，2016，36（11）：25-32.

[2]曹 艷. 深度學(xué)習(xí)視角下發(fā)展學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的策略研究[J]. 教育界，2021，（5）：18-19.