高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略的思考與實(shí)踐

龔靈芳 陳 欣

（1.福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350117；2.福建教育學(xué)院，福建 福州 350025）

1976 年，美國學(xué)者馬頓(Marton，F(xiàn).)和薩爾約(Saljo，R.)通過閱讀能力的實(shí)驗(yàn)研究，首次在教育學(xué)領(lǐng)域提出深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）概念，隨后引起計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及人工智能等領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。［1］2006 年，加拿大辛頓（Hinton，G.）教授在Science 雜志上發(fā)表文章，將“深度學(xué)習(xí)”作為機(jī)器學(xué)習(xí)的專有名稱。［2］由此可見，深度學(xué)習(xí)可以有兩種理解：一是機(jī)器模仿人的深度學(xué)習(xí)；二是以人為主體的深度學(xué)習(xí)。發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)是深度學(xué)習(xí)的根本目標(biāo)，而深度學(xué)習(xí)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵路徑，基礎(chǔ)教育課程改革應(yīng)促進(jìn)高中各學(xué)科廣泛的實(shí)踐與研究深度學(xué)習(xí)。本文重點(diǎn)闡述深度學(xué)習(xí)的研究背景、教育意義及對高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略的思考與實(shí)踐。

一、深度學(xué)習(xí)是對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的呼喚

在當(dāng)今這個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，人工智能能夠分析人類難以察覺的數(shù)據(jù)之間的微妙關(guān)系，幫助人們建立數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。簡單的記憶知識已經(jīng)不能滿足社會對人才的需求。人類之所以區(qū)別于機(jī)器，就在于人類具有創(chuàng)造性思維，能夠在一成不變的事物中創(chuàng)新；人類只有充分發(fā)揮創(chuàng)造力，才能在與機(jī)器的競爭中獲得優(yōu)勢。學(xué)校是人才的主要培養(yǎng)基地，學(xué)校教育是培養(yǎng)人才的主要途徑。培育學(xué)生核心素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力是基礎(chǔ)教育刻不容緩的任務(wù)。

二、深度學(xué)習(xí)深遠(yuǎn)的教育意義

深度學(xué)習(xí)理論是教育理論研究成果與教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合成果，是對學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展道路的現(xiàn)實(shí)探討。［3］深度學(xué)習(xí)有利于促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)及教師專業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展，體現(xiàn)基礎(chǔ)教育課程改革對學(xué)科教學(xué)的應(yīng)然要求。

（一）促進(jìn)師生共同發(fā)展

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。［4］在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠在真實(shí)的情境里主動(dòng)學(xué)習(xí)，探究與實(shí)踐，從而發(fā)現(xiàn)問題，深度加工問題和現(xiàn)象，思考解決問題的方法，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與知識的相互轉(zhuǎn)化，利用生活經(jīng)驗(yàn)獲得知識，并能將所獲得的知識遷移應(yīng)用到其他的新情境中解決現(xiàn)實(shí)問題，提高問題解決能力、批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力及學(xué)習(xí)能力。

從深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵上看，深度學(xué)習(xí)除了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)之外，還包括教師的深度學(xué)習(xí)。要求教師鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)、制定深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)活動(dòng)，這是學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對學(xué)生的深度學(xué)習(xí)具有引導(dǎo)和激勵(lì)的作用。另一方面，要求教師觀察、分析及反思學(xué)生深度學(xué)習(xí)情況，以此促進(jìn)教師自身的深度學(xué)習(xí)。可見，學(xué)生與教師的深度學(xué)習(xí)是相輔相成的，深度學(xué)習(xí)促進(jìn)師生共同發(fā)展。

（二）構(gòu)建學(xué)生核心素養(yǎng)的進(jìn)階路徑

單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)是實(shí)施深度學(xué)習(xí)的重要方式。選擇單元學(xué)習(xí)主題、確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)計(jì)有針對性的單元學(xué)習(xí)活動(dòng)及開展持續(xù)性評價(jià)是單元學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)四個(gè)重要環(huán)節(jié)。

選擇單元學(xué)習(xí)主題時(shí)，教師應(yīng)以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為宗旨，站在系統(tǒng)的角度分析學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，有效組織教學(xué)要素，可根據(jù)教科書實(shí)施單元教學(xué)，也可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)適當(dāng)?shù)貙炭茣袉卧M(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)地設(shè)計(jì)單元學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高教學(xué)靈活性，為學(xué)生提供更多的探究、實(shí)踐的空間與時(shí)間，構(gòu)建學(xué)生核心素養(yǎng)的進(jìn)階路徑。［5］單元學(xué)習(xí)活動(dòng)是實(shí)施深度學(xué)習(xí)的重要載體。生物學(xué)是一門科學(xué)課程，其發(fā)展是人們經(jīng)過不斷探索和實(shí)踐的結(jié)果。開展高中生物學(xué)單元學(xué)習(xí)活動(dòng)，為學(xué)生提供實(shí)踐操作及科學(xué)探究機(jī)會，讓學(xué)生“動(dòng)腦”“動(dòng)手”“動(dòng)口”，親身體驗(yàn)生物學(xué)探究過程，有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣及動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生理解與應(yīng)用生物學(xué)重要概念及生命觀念，體驗(yàn)生物學(xué)獨(dú)特的魅力。同時(shí)摒棄“紙上談兵式”“死記硬背式”的教學(xué)，彰顯生物學(xué)的科學(xué)課程屬性及其教育價(jià)值。

三、高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略思考與實(shí)踐

根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）、學(xué)生認(rèn)知水平及其發(fā)展規(guī)律，選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以真實(shí)問題情境為載體，指導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

（一）問題驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考

問題驅(qū)動(dòng)是高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)的重要教學(xué)策略，應(yīng)踐行高中生物學(xué)基本理念，聚焦生物學(xué)大概念、重要概念創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究及科學(xué)實(shí)踐，提高科學(xué)思維能力與社會責(zé)任意識與擔(dān)當(dāng)。

1.充分了解學(xué)情，創(chuàng)設(shè)適宜難度的問題

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，高中學(xué)生的認(rèn)知處于形式運(yùn)算階段，其思維已經(jīng)發(fā)展到抽象邏輯水平，辯證思維基本形成。充分了解學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，在其最近發(fā)展區(qū)創(chuàng)設(shè)適宜難度的問題，有利于激發(fā)學(xué)生全身心地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，探索生物學(xué)的奧秘。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》“核酸是遺傳信息的攜帶者”時(shí)，通過初中生物學(xué)的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)知道DNA 是遺傳物質(zhì)，但對DNA 的認(rèn)識是淺顯的，不明白DNA 和RNA 的區(qū)別。教師可以展示一個(gè)脫氧核苷酸和核糖核苷酸結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生分析脫氧核苷酸和核糖核苷酸名稱的由來，明確二者堿基的不同。但不必深究DNA 的結(jié)構(gòu)和復(fù)制方式等，以免增加學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。

2.聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境

結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，分析與加工學(xué)習(xí)材料，為學(xué)生創(chuàng)造真實(shí)的、形式多樣的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)，對問題進(jìn)行再提取和深加工，建立知識與問題之間的聯(lián)系，深入理解、靈活運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)概念，對生活中的實(shí)際問題作出科學(xué)解釋與判斷，提高分析、評價(jià)、創(chuàng)造性思維及批判性思維等高階思維能力。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》有關(guān)呼吸作用知識后，教師創(chuàng)設(shè)問題情境：貯藏和運(yùn)輸水果過程一般會出現(xiàn)大量的壞果，試分析原因，并給果農(nóng)提出合理的建議。以現(xiàn)實(shí)生活的蔬果保鮮問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的有關(guān)細(xì)胞呼吸知識，做出推測：可能是細(xì)胞呼吸引起壞果。思考與討論：影響細(xì)胞呼吸的因素包括水、氧氣濃度和溫度。水參與有氧呼吸，應(yīng)適度地減少水分，但不能無水，否則蒸騰作用使得果實(shí)自身的水分喪失，出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。氧氣參與有氧呼吸，降低氧氣濃度可有效抑制細(xì)胞有氧呼吸，但又不能無氧，無氧條件下細(xì)胞進(jìn)行產(chǎn)酒精式的無氧呼吸，易造成壞果。細(xì)胞呼吸需要許多酶的參與，低溫可降低酶活性，進(jìn)而使細(xì)胞呼吸作用降低。由此得出結(jié)論：給果農(nóng)的建議是在低溫、低氧及濕度適中的環(huán)境下貯藏水果。以真實(shí)的問題情境，激發(fā)學(xué)生“活學(xué)活用”生物學(xué)知識，不僅解決果農(nóng)的困擾，還能將之運(yùn)用在家庭蔬果保鮮上。

3.提出有效問題，引導(dǎo)學(xué)生深入探究

課堂提問是營造良好學(xué)習(xí)氛圍的有效途徑，有效提問又是一堂好課的標(biāo)準(zhǔn)之一。要做到有效提問，首先要求教師心中有“標(biāo)”，即以《課標(biāo)》為依據(jù)，圍繞教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)問題，旨在達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。第二，重視課堂提問效果，避免“滿堂問”，否則“華而不實(shí)”，難以達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。第三，適當(dāng)提出開放性問題，開拓學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生理解與應(yīng)用生物學(xué)知識。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的“種群的特征”時(shí)，根據(jù)《課標(biāo)》的內(nèi)容要求：能夠列舉種群具有種群密度、出生率及死亡率、遷入率及遷出率、年齡結(jié)構(gòu)及性別比例等特征，提出問題：還有哪些因素會影響種群的數(shù)量？嘗試?yán)L制這些影響因素的概念圖。要求學(xué)生閱讀教科書第62-63 頁，思考及討論，小組代表回答并相互補(bǔ)充。學(xué)生閱讀教科書后，一般較容易回答該問題的第一問。第二問在第一問的基礎(chǔ)之上，考查種群特征相互作用的關(guān)系及其意義，難度有所增加，要求學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)，通過小組合作探究，建構(gòu)有關(guān)種群數(shù)量概念模型，明確種群特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成種群數(shù)量平衡及其生物學(xué)意義的認(rèn)識。

（二）以評促學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入反思

教師要重視觀察及分析學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)作作品、紙筆測驗(yàn)等多元化評價(jià)，以及學(xué)生自評、互評及教師評等多主體評價(jià)等方式綜合評價(jià)學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生反思、改進(jìn)學(xué)習(xí)，獲得持續(xù)性的發(fā)展。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》“影響酶活性的條件”這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，通過回顧初中消化酶實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考酶催化作用需要的條件，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生選用過氧化氫和過氧化氫酶作為實(shí)驗(yàn)材料探究溫度對酶活性的影響，要求學(xué)生討論分析、評價(jià)選材的理由及實(shí)驗(yàn)方案，促進(jìn)學(xué)生反思與改進(jìn)，認(rèn)識到過氧化氫在不同溫度下具有不同的分解速率，無法滿足控制實(shí)驗(yàn)單一變量的原則。實(shí)驗(yàn)過程中，有的學(xué)生試管夾使用方法不正確，教師可以用手機(jī)拍照或?qū)⑵滗浿瞥梢曨l，引導(dǎo)學(xué)生反思與改進(jìn)，掌握正確的操作方法，認(rèn)識到不當(dāng)操作會損壞試管口，同時(shí)使得試管夾上的雜質(zhì)落入試管中，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)與實(shí)施“PH對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)”，檢驗(yàn)學(xué)生該節(jié)學(xué)習(xí)成果。

深度學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)生深入探究、實(shí)踐與反思，以此構(gòu)建知識體系，提升學(xué)科核心素養(yǎng)，這是對新時(shí)代基礎(chǔ)教育課程改革的回應(yīng)。實(shí)施深度學(xué)習(xí)時(shí)，可能會面臨諸如學(xué)生合作能力弱、信息提取困難、課時(shí)緊等問題和挑戰(zhàn)，這就要求教師更新教育教學(xué)理念，努力踐行深度學(xué)習(xí)，在教學(xué)實(shí)踐中解決問題，積累優(yōu)秀的深度學(xué)習(xí)案例，切實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)其高階思維的發(fā)展，全面提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。