基于深度學習理念的初中生物實驗教學研究

黃明興

(重慶市楊家坪中學,重慶,400050)

一、引言

深度學習理念是現代教育領域的一種先進理念,強調學生在學習過程中的深層理解與思考。這種理念主張超越傳統的記憶和重復,注重培養學生對知識的深入探究和應用能力。在初中生物實驗教學中,這一理念的應用尤為關鍵。生物學科不僅涉及豐富的理論知識,還包括實驗技能和科學探究方法。深度學習理念在這一領域的運用,能夠促進學生從表層的知識記憶轉向深層次的理解和實踐應用,讓學生在掌握生物學科知識的同時,培養其科學探究能力和批判性思維。基于此,本研究擬基于深度學習理念,研究初中生物實驗教學,旨在切實提升教育質量,提高學生的學習效果,促進學生的全面發展。

二、價值

深度學習理念在初中生物實驗教學中的應用,具有深遠的教育價值。深度學習理念有利于培養學生的深層次理解力和思維能力。在以往的教學模式中,部分學生習慣于被動接受知識,將重點放在事實的記憶和重復上,一定程度上忽視了知識背后的邏輯、原理和聯系。深度學習理念推崇的是一種主動、探索性的學習方式。在這一理念下,教師不僅是知識的傳遞者,還是學習的引導者和促進者。[1]通過實驗教學,學生能夠主動探索和解決問題。這種教學方式不僅使學生能夠更深入地理解生物學的基本原理和概念,而且有助于培養他們的批判性思維、創新能力和問題解決能力。基于深度學習理念的實驗教學有利于增強生物學科的實踐性和綜合性。生物學是一門實驗科學,通過實驗可以直觀地展現生物現象和過程,使抽象的理論知識具象化,更易于學生理解和掌握。當實驗教學與深度學習理念相結合時,學生不只是在完成獨立的實驗操作,而是在通過每個實驗活動深化對生物學知識的理解,并將所學知識應用于新的情境中。例如,在進行植物生長實驗時,學生不僅要觀察植物的生長過程,更要探究光照、水分、土壤等因素對植物生長的影響,從而理解植物生理學的基本原理。深度學習理念下的教學方式有助于學生形成系統的生物學知識結構,提高科學素養。

三、困境

(一)缺乏生物探究積極性

初中階段的生物學實驗教學是一種以學生為中心,以培養學生能力和素養為目標的教學模式。在傳統的生物學實驗教學中,學生缺乏實驗探究的積極性和主動性,對生物學科的興趣和認知存在局限性。部分學生僅將生物學視為需要記憶的學科,而非探究和實驗的過程。這種認知導致學生在面對實驗教學時,缺乏必要的好奇心和探究動力。生物學的復雜性和抽象性進一步加劇了這一問題,讓學生難以理解和掌握生物學的深層次原理,導致學生對實驗活動的參與熱情不高。學生的基礎知識和實驗技能不足也是造成其缺乏探究積極性的重要因素。在初中階段,學生接觸的生物學基礎知識相對有限,對實驗方法和科學探究的理解有限。當他們面對復雜的生物實驗時,可能會感到無所適從,缺乏有效探究的自信和能力。此外,實驗操作的難度和風險可能會進一步抑制學生的探究欲望,從而對實驗結果產生負面影響。

(二)教材知識利用單一

在初中生物實驗教學中,教材呈現的生物知識較為單一,部分生物知識的內容和結構較為簡化,缺乏深度和復雜性。教材主要集中于介紹基礎的生物學概念和原理,知識點背后更深層次的科學原理和研究進展需要教師的主動拓展。若教師僅限于教授教材中呈現的簡潔的知識體系,雖然便于學生理解和記憶,但難以激發學生的思考和探究欲望,導致學生在學習過程中缺乏深度和廣度上的探究。同時,由于篇幅的有限,教材中現有的實驗內容的豐富度和探究性有待提高。部分教師在進行實驗教學時,多開展書本中的驗證性實驗,即通過實驗驗證已經學習的理論知識,缺少探究性實驗的設計,不注重培養學生的實驗設計能力和科學探究精神。這種做法限制了學生在實驗中的創新和自主探究,實驗教學成了單純的知識驗證過程,而非深度學習的機會。[2]

(三)忽視評價的激勵作用

傳統的評價體系側重于對學生知識掌握程度的量化評估,忽略了對學生探究過程和能力的評價。在這種評價體系下,部分教師的評價主要集中在學生的考試成績和作業完成情況上,忽視了評價過程中對學生探究精神、創新思維和實驗技能的關注。這種以結果為導向的評價方式,不僅弱化了學生的學習動力,還阻礙了學生在生物實驗中的深入探究和自我提升。教師在評價過程中還缺乏有效的激勵機制和反饋策略。評價不應僅是對學生學習成果的反映,更應是一種激勵學生深入學習和探究的手段。在實際教學過程中,一些教師在評價時缺乏對學生個體差異的考慮以及對學生學習過程和努力的正面反饋。這種忽視了學生個體差異、缺乏鼓勵性反饋的評價方式,很難激發學生的學習興趣和自我提升的動力。

四、教學策略

(一)優化課前導入,激發探究興趣

深度學習要求學生主動參與,在積極的情感體驗中,主動發現問題和解決問題。因此,教師應在課前精心設計教學環節,激發學生的探究興趣。“細胞的分裂與生長”是初中生物的基礎知識點,涉及細胞周期、有絲分裂和無絲分裂等概念。這些內容對于學生以后深入理解生物體的生長發育和遺傳至關重要。由于其抽象性和復雜性,部分學生難以理解和掌握。在課前,教師可以準備一些與細胞分裂和生長相關的日常生活案例,如植物的生長過程、皮膚愈合等。通過展示這些生動的實例,引導學生思考這些現象背后的生物學原理,激發學生對細胞分裂知識的好奇心和探究興趣。同時,教師可以提出引導性問題,如“你認為植物是如何長大的”或“當我們受傷后皮膚是如何愈合的”等,激發學生的思考和討論。這些問題可以在課前通過班級討論板或網絡平臺發布,鼓勵學生自主預習和思考。此外,教師可以將細胞分裂的知識點與學生已經學過的相關知識(如細胞結構、DNA復制等)聯系起來。例如,引導學生回顧細胞核的功能,特別是在控制細胞活動和存儲遺傳信息方面的作用,在細胞分裂過程中細胞核中的DNA如何復制以保證每個新細胞都能獲得完整的遺傳信息。通過梳理這些知識之間的聯系,學生可以理解細胞分裂不僅是細胞數量的增加,更是遺傳信息傳遞和細胞功能維持的重要過程。這種生動的課前導入不僅能夠激發學生的探究興趣,還有利于幫助學生構建整體的知識框架,增強學習的連貫性。

(二)創設生活情境,促進學生理解

在初中生物教學中,將學科知識與學生的日常生活緊密聯系起來是提高教學效果的關鍵。以七年級下冊“食物的消化”為例,該課涵蓋了消化系統的結構和功能、食物消化的過程、人體對不同類型食物的消化方式等知識,包括對消化系統的結構分析和食物消化過程的實驗觀察,如淀粉在唾液作用下的消化實驗。教師可以從學生的日常飲食入手,讓學生列舉自己常吃的食物,引導他們思考這些食物在體內是如何被消化的。例如,教師可以先展示面包和牛奶的圖片,激發學生對食物成分的好奇心。接著,教師引導學生思考“面包中含有大量的淀粉,它們進入我們的體內后是如何變成人體能夠利用的糖分的呢”。學生提出各種猜想,教師在此基礎上解釋唾液中含有淀粉酶,可以將淀粉分解成糖分,供身體利用。[3]隨后,教師進行淀粉消化實驗。在實驗過程中,教師可以讓學生帶來家中的淀粉質食物,如面包和土豆。實驗開始前,教師先解釋淀粉和糖分的基本知識,以及唾液中的淀粉酶如何作用于淀粉。然后,教師將學生帶來的食物切成小塊,放入試管,接著向試管加入少量的唾液,并在室溫下放置一段時間,觀察淀粉的變化。其間,教師可以引導學生討論為什么要加入唾液,唾液中的哪種成分對淀粉起作用等問題。一段時間后,教師使用碘液測試是否還存在淀粉,如果淀粉被分解,碘液不會呈現藍黑色。最后,教師總結淀粉在唾液作用下被分解成糖分的過程,讓學生理解消化酶的作用機制。教師可以設計一系列以消化系統為主題的互動游戲或探究活動。[4]例如,教師可以模擬食物通過消化系統的旅程,模擬人體的消化系統。教室的每個區域代表消化系統的不同部分,如口腔、食道、胃、小腸等。學生被分配到不同的器官站點,扮演相應的消化器官角色。活動開始時,一組學生扮演食物進入“口腔”區域。在這里,扮演唾液的學生“噴灑”(通過動作模擬)唾液,解釋唾液中的淀粉酶開始分解淀粉。扮演食物的學生表示自己開始“分解”。接著,“食物”學生進入“食道”,模擬食物的運輸過程。到達“胃”時,扮演胃液的學生用噴壺模擬噴灑胃液,解釋胃酸和胃蛋白酶如何進一步分解食物,“食物”學生做出被“分解”的反應。隨后,食物學生進入“小腸”區域,扮演腸液和胰液的學生“噴灑”腸液和胰液,解釋這些液體如何幫助最終分解食物,并促進營養物質的吸收。“食物”學生表示自己已經被完全“分解”,營養被“吸收”。最后,食物學生到達“大腸”,模擬水分的吸收和廢物的排出過程。在整個活動中,教師不斷引導學生討論,在每個消化階段,食物經歷了什么變化,消化器官如何工作。這個互動游戲不僅能夠讓學生身臨其境般地體驗食物的消化過程,而且可以增強他們對消化系統結構和功能的理解,使抽象的生物學知識變得生動和具體。

(三)開展實踐活動,提高綜合能力

開展各類實踐活動可以有效提升學生的綜合能力,尤其是在科學探究、數據分析、團隊合作等方面。以八年級上“種子的萌發和芽的發育”為例,此課旨在幫助學生理解種子的結構、萌發的條件和過程、植物早期發育的基本原理,實驗教學通常包括對種子結構的學習、對萌發條件的探究和實驗觀察種子的萌發過程。在該課教學中,教師可讓學生收集不同種類的種子,如豆類(豌豆、綠豆)、谷物(小麥、玉米)和花卉種子(向日葵、蓮花)。教師引導學生通過觀察和比較,了解種子的多樣性和特點。例如:豆類種子通常較大,有光滑的外表面,顏色多樣,含有明顯的種臍;谷物種子較小,形狀較為扁平,表面粗糙,顏色較單一;花卉種子大小和形狀多樣,顏色和表面紋理各異。[5]教師引導學生將種子分類并創設討論:“觀察這些種子的特點,這些特點如何反映了它們各自的生長環境和適應性?”學生提道:“豆類種子的大體積可能有助于存儲更多的養分,支持初期生長;谷物種子的扁平形狀有助于在風中傳播;花卉種子的多樣性可能與其繁殖策略和環境適應性有關。隨后,教師可以設計一個長期的實踐項目,讓學生在班級或學校創建一個迷你花園。學生負責選擇植物、制定種植計劃、管理植物的生長并記錄觀察結果。例如,學生在教師的指導下,可以設計并進行綠豆種子萌發實驗。實驗可以設置不同的環境條件,如濕度:干燥,適度濕液(如每天噴水保持濕潤),過度濕潤(如持續浸水);溫度:低溫(約15℃),室溫(約25℃),高溫(約35℃);光照:無光照,散射光照(如窗邊),直接陽光。學生需要記錄種子在不同條件下的萌發率和生長速度,通過繪制生長曲線進行結果分析,了解不同環境因素對種子萌發的影響。在實踐活動結束后,學生需撰寫研究報告,并進行口頭展示。例如,通過觀察,得出結論:“在適度濕液和室溫條件下綠豆種子的萌發率最高,隨著時間的增長,萌發率迅速上升,顯示出最佳的生長速度。在過度濕潤或干燥的條件下,綠豆種子的萌發率較低,生長速度緩慢。在低溫或無光照的條件下,綠豆種子的萌發率最低,生長進程顯著受阻。”在口頭展示過程中,其他學生可以提出問題,如“在高溫條件下,種子的生長是否有特殊變化”或“不同種子在同一環境條件下表現是否一致”。這有利于鍛煉學生口頭表達的能力,提高學生的批判性思維。

(四)實施科學評價,優化學生深度學習過程

在基于深度學習理念的初中生物實驗教學中,實施科學評價是優化學生深度學習的關鍵環節。科學評價不僅關注學生知識的掌握程度,更重視學生探究能力的培養、思維過程的發展和創新能力的提升。在評價過程中,教師應采用多維度評價指標,不僅評價學生的知識掌握情況,還要評價學生的實驗技能水平、數據分析能力和問題解決能力。例如,在種子的萌發和芽的發育實驗中,評價不僅包括學生對種子結構和萌發過程的理解程度,還包括設計實驗的創新性、數據記錄的準確性和分析結果的深入性。同時,教師應提供學生實驗過程的具體反饋,指出學生在實驗設計、操作、觀察記錄等方面的優點和需要改進的地方。例如:在實驗設計中,如果學生的實驗設計缺乏對照組,教師應建議學生設置一個標準環境的對照組,以更準確地評估不同條件對種子萌發的影響;在操作過程中,教師可以指出學生需要改進的具體細節,如在測量溫度和濕度時使用更精確的儀器,或者在處理種子時采用更統一的方法,以減少實驗誤差;在觀察記錄中,如果學生的觀察記錄不夠詳細,教師可以建議學生每天記錄種子的外觀變化,并拍攝照片作為實驗記錄,有助于學生更全面地分析實驗數據;在數據分析中,教師則可以指導學生使用圖表更直觀地展示數據,并建議進行比較分析,探究不同變量對萌發過程的具體影響。[6]此外,教師可以引入激勵機制,鼓勵學生在學習和實驗中積極探究和嘗試。例如定期舉辦實驗成果展示活動,讓學生向全班展示實驗過程和成果。這種公開的展示既是對學生努力的認可,又能夠激勵學生更加投入實驗活動。教師還可以設立特定獎項,如“最佳實驗設計獎”“最精準數據記錄獎”等,對在實驗設計、數據記錄和分析方面表現突出的學生進行表彰。通過實施這些評價措施,教師不僅能夠更全面地了解學生的學習情況,還能有效激勵和指導學生深入探究,切實優化學生的深度學習過程。這種評價方式強調學生能力的提升,一定程度上支持學生的個性化學習,有助于提高學生的自主學習能力,培養學生終身學習的習慣。

五、結語

基于深度學習理念的初中生物實驗教學是一個多方位、深層次的教學改革過程。這一過程不僅涉及教學內容的豐富和教學方法的創新,還包括評價機制的改進。通過優化課前導入以激發學生的探究興趣、創設生活情境以增強學生理解、開展實踐活動以提高學生綜合能力、實施科學評價以優化學習過程,教師能夠更有效地促進學生的深度學習,激發學生的好奇心,培養學生的探究精神。這種教學方式有助于夯實學生的生物學知識基礎,培養學生的科學思維和實驗技能。未來的生物實驗教學應繼續探索和實踐這一理念,不斷優化教學策略,為學生提供更加豐富并且能夠互動和創新的學習環境,以培養更多具有深度學習能力和科學探究精神的人才。