基于深度學習的高中生物學實驗教學設計

蔣歡樂

摘要 基于深度學習理論，根據高中生物實驗教學的特點，提出了在高中生物實驗教學中通過創設情境引領學生積極參與、生成問題激發學生深度思維、實踐操作培養學生知行合一等手段加強學生深度學習的方法。

關鍵詞 深度學習 生物學實驗 教學設計

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A

在高中生物學驗證性實驗中，教材明確提出了實驗操作步驟，學生只要機械地根據實驗步驟、按部就班就能夠完成實驗操作。在這類實驗操作過程中，學生往往缺少對實驗過程的主動構建和反思，學生僅僅只是消極被動接受、簡單重復和機械記憶知識，處于識記、領會層次的淺層學習。教師如何將這類驗證性實驗提升為能夠讓學生進行主動知識構建、能夠批判性學習新知識，并促進學生將它們融入原有的認知結構中，能夠靈活運用所學知識和能力解決實際問題的深度學習呢？筆者在高中生物實驗設計中進行了如下的嘗試。

一、創設情境，引領學生的積極參與

深度學習要求學習者進行主動學習。深度學習下的主動學習是教學中的學生學習，而不是學生的自習，并不能自然發生，必須要有教師的引領和幫助。創設真實有意義的學習情境，有利于教師引領學生的深度學習活動，引導學生進行主動學習。真實有意義的學習情境能有效地激發學生的學習動機，使學生將學習動機由外在的壓力轉變為自身的需要，提升求知欲，促進學生在感覺、知覺、思維、情感、意志、價值觀等方面全身心投入參與，引導學生的深度體驗，促進深度學習的發生。學習情境的創設要求做到以下3點：①創設的情境要具有生活性，盡量聯系生活實踐，有利于激發學生的學習興趣;②創設的情境要具有挑戰性，能激勵學生挑戰自我，促進學生形成積極的內在學習動機;③創設的情境要具有探究性，才能激發學生的深層思維。

例如，“DNA的粗提取與鑒定”是高中生物學中的經典驗證性實驗，實驗目標是為學生提供從生物體內直接提取DNA的機會，體驗細胞中DNA的粗提取和鑒定。這樣的實驗目標屬于淺層學習目標中的識記、領會層次，學生對實驗操作的興趣往往不高。筆者在實驗前給學生提供了如下學習情境。

第一，增強種薯的生產經營，規范脫毒種薯行為。增強馬鈴薯脫毒種薯市場的有效管理，緊抓市場管理規范生產經營，對馬鈴薯的脫毒種薯生產經營、生產地基地、種薯質量作出相關規定。加強對種薯倉儲、加工、檢驗等要求，認真貫徹馬鈴薯生產和經營許可。通過規范相關生產條件，明確準入門坎，有效提升種植馬鈴薯生產能力和標準，保證質量。

情境中提供了與學生生活熟悉的油桃案例，研究成果可以直接應用于實際生活。這種有意義的情境體驗活動大大地激發了學生的學習興趣，激活了學生的思維。學生迫切希望知道應如何去提取DNA，如何更進一步去研究DNA，為實驗中如何提取DNA等實驗操作提供了研究的背景，激發了學生的探究欲望。

二、利用生物實驗來培養學生科學探究能力

實驗是學習生物課程必不可少的一個環節，進行實驗可以幫助學生探索生命、生物現象和規律。所以在高中生物的授課中，生物老師應當重視實驗方面的教學并同時開展相應的探究活動，培養學生的學習和探索欲望。讓學生可以通過實驗探究，發現將要學習的或者已經學過的生物學的有關問題。在探究過程中加強團隊精神、合作意識和創新能力的培養。例如，在“觀察紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞質壁分離及復原的實驗”的教學中，可以利用實驗活動或者演示示范來解釋紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞質壁分離及復原原理。通過此實驗，學生將學習相關植物表皮細胞質壁分離及復原知識，在自主動手實驗的過程中，激發學生的探究精神。在實驗中教師可以設計有關問題，讓學生帶著問題就去思考、去開展實驗。利用這種開放的問題來對學生進行引導，讓學生思考怎么樣利用自己學到的知識從多個不同的方面進行探索和解決問題。再者，生物教師可以適當地打破傳統實驗活動限制并將生物實驗教學進行有效延伸，使得學生可以投身到校園的生物環境中順利地開展生物實驗探究活動。

三、實踐操作，培養學生的知行合一

深度學習是知識遷移與運用的過程，學生將學習所獲得的科學知識遷移到實踐中進行運用，在新的問題情境下解決新情境中的實際問題，即實現知行合一的過程。如在上例中，學生根據油桃DNA提取的過程生成了問題，總結得出了DNA的理化特性，此為“知”，根據DNA的理化性質運用在新材料中的DNA提取，即為“行”。學生通過“行”完成實驗操作，達到實驗的目標。

學生進而根據DNA的性質，從洋蔥細胞或其他材料（如魚卵、菜花）中提取DNA。學生可以根據油桃DNA的提取步驟，運用類比方法總結出洋蔥細胞等實驗材料中DNA的提取實驗步驟。①選用洋蔥作為實驗材料時，先將洋蔥進行研磨，在研磨實驗時加入1/10體積的洗滌劑瓦解細胞膜破碎細胞，獲取含DNA的濾液;②在溶有DNA的物質量濃度為2 mol/L的NaCl溶液中加入蒸餾水并向一個方向輕輕攪拌，目的是稀釋濾液至0.14 mol/L，減少DNA的溶解性，有利于DNA更多地析出;③溶有DNA的溶液中分別加入酒精去除濾液中的雜質等過程，提取出純度較高的白色絮狀的DNA。根據上述實驗步驟完成實驗，通過遷移與運用的知行合一，實現深度學習。

深度學習不是學習內容的深度和難度，而是關注學生的學習過程和狀態，促進學生深度理解和不斷的自我反思。教師通過上述實驗設計的改進，將原本枯燥乏味的實驗轉變為具有挑戰性的學習主題，轉變為能讓學生一種體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程，學生主動學習積極性高。這樣有利于學生對知識整合和歸納，促進學生知識體系的完善，加強學生對知識的整體把握，有利于激發學生對知識的深入思考主動學習。學生在追求知識主動加工的過程中，積極參與，從而體驗到成功，提高探究性能力，增強合作意識。教師關注學生應用、分析、評價和創造等的發展，有利于幫助在學生運用、分析、綜合、評價層次上認知目標的達成，落實學生的生物學學科核心素養的培養。

參考文獻

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