指向深度學習的初中生物學實驗課前及課后教學策略

李軍軍

(華東師范大學廣陵實驗初級中學 江蘇揚州 225000)

《義務教育生物學課程標準(2022 年版)》(以下簡稱“新課標”)明確指出,生物學課程要培養的核心素養,主要是指學生通過課程學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力,包括生命觀念、科學思維、探究實踐及態度責任四個方面。 從本質上看,核心素養是為了滿足未來個人終身發展及社會發展需要而提出的。 為有效落地核心素養,教師在日常教學中要充分挖掘各種教學資源,驅動學生科學思維、關鍵能力的逐步提升。

深度學習強調學生要深刻理解學習材料之間、新舊知識之間以及知識與生產生活的聯系。 生物學深度學習是指學生通過自主學習進行生物學知識的掌握和運用,并且在掌握過程中能夠批判性地看待生物學問題,從而使學生在解決生物學問題時能夠運用多種方法和創新性手段。 深度學習與生物學核心素養目標是一致的,都指向學生學會學習和高階思維。 因此,在生物學實驗課中創新實踐深度學習有利于落實核心素養,下文研究了指向深度學習的初中生物學實驗課外有效教學策略。

1 聚焦課前實驗小組創建,為深度學習的開展打好基礎

Trigwellt 認為優異的教學環境能使學生的深度學習效果達到更優。 根據赫爾巴特的“管理論”思想,兒童的天性中有一種不服從的烈性,如果不加干涉和引導,任其自然成長,就難以承擔起社會責任。 教育就是要對學生有目的、有計劃、持續不斷地保持干預,使其成長為合格的社會參與者。 從生物與環境的辯證關系來分析,課堂管理的本質是為學生提供和諧適宜的環境,熏陶、誘發、重塑學生的元認知結構。 從顯性效果來看,課堂管理使一切教與學的行為或活動都有目的地展開,學生在明確任務驅動下分工合作、思維碰撞、解決問題,構建核心概念,提升關鍵能力。

初中學生參與生物學實驗課的熱情高,但課堂紀律混亂,學生表現參差不齊,課堂難以把握;有些實驗課逐漸成了優等生展示的平臺,學困生參與率不高,久而久之,很多學生參與實驗的動機弱化。 為此,下面將聚焦課前實驗小組的創建,以“2+1”課堂管理模式充分激發學生自主管理潛能,通過教學環境驅動學生進入深度學習。

【案例1】“2+1”課堂管理模式旨在充分調動學生自主管理的動機,讓學生既是課堂的參與者,又是課堂的管理者,強化課堂管理力量,突破傳統課堂中教師難以顧全的困局。 “2+1”課堂管理中的“2”指每個實驗小組2 名學生;“1”指2 個實驗小組合成1 個大組,1 名組長參與大組內部成員的管理。 在組織管理層次,組內設置不同分工,其中組長負責成員分工、紀律管理和學習任務分配;記錄員負責記錄組內成員的表現、實驗現象、生成的問題及其他小組的綜合表現;交流展示員負責本組優秀成果的展示及科學寫作;實驗監督員負責監督組內各分工成員是否按規定開展本職工作。 組內成員定期對調,保證所有學生均有不同分工的體驗。 在小組評價層次,課堂指向全員參與、分工合作、問題生成和真實記錄。

分析與反思:特里格威爾和普洛瑟通過實證分析發現深度學習與課堂教學中良好的教學、清晰的目標和自主性的教學有關。 “2+1”課堂模式直接讓學生自主管理,明確的任務分工能驅動不同學生承擔不同角色,分別指向科學寫作及溝通表達能力、科學觀察及準確描述現象的能力、自主合作及客觀評價能力。這些角色體驗既是明確任務驅動,也是評價方式,能很好地激發學生集中精力完成任務,為深度學習創造和諧環境。 學業評價促發展是新課標的基本課程理念之一。 在該模式中,通過開展組內自評、組間互評、教師指導輔助總評的多層次評價,聚焦課堂活動及學習主體,通過評價激發學生積極參與體驗和管理自覺性。

2 聚焦課前實驗材料準備,為深度學習發生做好鋪墊

從學習過程來看,深度學習是基于證據和邏輯,綜合運用比較與分類、歸納與概括、分析與綜合等思維方法,在分析認知沖突、辨析迷思概念及分析解決問題中進行思維碰撞、質疑、批判,從而完成核心概念構建及關鍵能力提升的過程。 從學習目標來看,深度學習直接指向高階思維和必備品格,強調知識生成及內在邏輯關系而非機械記憶。 深度學習需要進階任務驅動,需要精準分析學情、指向核心素養目標,給學生搭建思維發生、發展的“腳手架”,逐步發展學生的分析、綜合及評價能力。

【案例2】“學習和使用顯微鏡”是初中生物學實驗教學的核心,是構建“生物體具有一定的結構層次”這一大概念的基礎。 新課標中相應的學業要求和教學策略建議均提出,教師應提供豐富的生物材料,指導學生正確規范制作臨時裝片,觀察識別細胞的結構并分析成像不佳的原因等。 基于深度學習理念,教師在課前對該實驗教學進行拓展,引導學生開展“我的實驗材料我準備”的活動(表1),將課堂教學前置,通過具體明確的學習任務單驅動,引導學生開展學習。

表1 實驗材料準備任務單

分析與反思:深度學習與任務驅動密切相關,難度梯度的學習任務是深度學習的途徑之一。 在本案例中,任務1 的完成需要學生運用比較與分類、分析與綜合等思維方法,全面考慮種子的采購成本、萌發條件等因素,且選擇理由簡介部分指向科學寫作等關鍵能力。 這一活動驅動學生將理論知識與現實生活相聯系,分析知識外延,促進分析、評價等高級認知能力的發展。 任務2 要求學生檢索文獻,了解植物的生長周期及特性,學生需要通過比較不同植物的生理特性做出理性選擇。 教師可指導優秀小組學生配置無土栽培營養液,歸納植物必須礦質元素,分析評價不同植物對不同礦質元素需求的差異。 任務3 的三個問題貫穿顯微觀察的始末,可以客觀評價學生顯微鏡操作水平,同時與任務1 相呼應。 例如,大蒜、扁豆等植物可直接用水培法栽培,不僅培養簡單、生長周期短,而且根葉清晰可見,易于定量觀察。 學生也可以從同一植物不同部位取材或組間相互取材做比較觀察,歸納概括植物細胞的共性和差異性,從而建構概念。 從問題記錄結果看,有學生發現大蒜、扁豆等植物葉肉細胞有葉綠體,而根部細胞沒有,教師可以引導學生在認知沖突中分析解決問題。 任務4 則驅動學生質疑與批判,在交流分享中分析、評價,提升關鍵能力,尤其后續探究的設想激發學生創造性思維,利于綜合素養的提升。

類似活動的開展要求教師教學聚焦大概念,注重單元整體教學設計,提前安排時間和計劃,有步驟的指導學生開展活動。

3 聚焦課后反思性探究,為深度學習發展創設情景

根據建構主義學習理論及新課標中“教學過程重實踐”的基本課程理念,學習是學生在認知沖突及矛盾解決中主動建構概念的過程。 深度學習特別關注學生與學習材料、概念的內在聯系及概念指導生產生活的實踐,是一個提出問題、探究問題、提出新問題的螺旋式探究過程。 生物學作為科學課程的基本分支課程,實驗是探究生命現象和生命活動規律的基本手段。 深度學習理念下的探究性實驗不但關注教學目標的達成和實驗結果的得出,更加關注科學探究本身。 這就要求教師必須從課堂變革開始,將知識學習融入實踐體驗,基于證據開展概念學習,在真實情景中提出問題、分析解決問題,進而完成知識有意義的構建和科學探究能力的提升。

【案例3】“人類對細菌和真菌的利用”是人教版初中《生物學·八年級·上冊》第四章第五節的內容,主要包括發酵現象及米酒制作,食品保存,細菌和真菌與疾病預防、情景能源和環境保護三大內容。 其中米酒制作簡單易操作且學生興趣濃厚,教師可以提前安排學生利用周末時間在家學習制作米酒。 學習過程分三個階段:①檢索文獻,了解米酒制作的方法;②組間分享交流,設計米酒制作指導方案;③制作米酒、分享制作過程,并開展學生、家長及組間成員三方評價。 實踐過程中,有一組學生反饋制作的米酒苦味很濃,毫無酒香,難以入口。 教師引導該組學生探究出現這種非預期現象的原因,成就一次深度學習。

教師針對實驗結果提出問題:①苦味由什么引起的? ②從哪方面著手分析解決這個問題? ③預期問題產生的原因是什么? ④如何設計方案探究該問題? ⑤能不能用加大接種量的方式來達到縮短發酵時間的目的? 接著,教師引導學生查閱該組成員米酒制作記錄,評價制作米酒的原料、處理、接種及發酵過程是否規范科學,尋找解決問題的突破口。經分析,學生發現該成員在米酒制作過程中加大了接種量。 經訪談可知,由于時間不足,該組成員期望通過加大接種量來縮短發酵時間,結果出現發酵不成功的現象。 教師組織學生分析問題并設計方案探究這一問題(表2)。

表2 探究米酒味苦實驗方案

由二次實驗結果可知,加大接種量容易引起發酵產生苦味,解決了上文提出的驅動問題。 但該實驗探究并沒有結束,教師繼續引導學生反思提出延伸探究問題:加大接種量為什么能引起發酵產生苦味? 是什么發出苦味的? 苦味物質是如何轉化而來的?

分析與反思:系列難度梯度問題是引導學生深度學習,提升高階思維的基礎。 教師要在真實的具有意義的情景中激發學生因“景”生疑,問題的提出要有目標性和科學性,這考驗教師的課堂生成意識和能力。有效教學離不開有效提問,有效提問指向核心素養。在本案例中,部分學生在實踐中產生了非預期現象,這是形成認識沖突,激發學生深度學習的良好契機。教師在教學中更應關注學生思維發生發展的過程。通過案例中的問題串,教師引導學生理解發酵變苦的原因并進行實踐,設計解決問題的方案,從而使學生在任務驅動下逐步達成分析、綜合、評價及創新等高階思維。 綜上,聚焦課外深度學習是對課堂學習的補充,是落實核心素養、發展高階思維教學的有效途徑。

在實驗教學中,聚焦課前準備、課后延伸探究均能有效激發學生深度學習,提高課堂教學效率。 實驗教學具有獨特的育人價值,實驗本身是一種真實且有意義的情景。 實驗過程離不開學生與學生、學生與問題、知識與實踐之間的互動,能有效驅動學生進入深度學習。