基于深度學習判斷法則的“漁場”設計研究

田奇林 曹永國

【摘?要】在深度學習中，教育教學必須由“授人以魚或漁”向“授人以‘漁場”的方向變革。在生物學教育教學過程中，教師就如何依據(jù)深度學習“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應用、價值與評價”等判斷法則進行“漁場”設計，引導學生在發(fā)現(xiàn)知識、理解知識、應用知識、求證知識和創(chuàng)造新知的過程中掌握科學的思維方法，發(fā)展高階思維能力。

【關鍵詞】生物學;深度學習;判斷法則;“漁場”設計

【作者簡介】田奇林，特級教師，中國教育學會教育沙龍課程主講專家，主要從事中學生物學教育教學及其研究;曹永國，蘇州大學教育學院副院長，教育學博士，蘇州大學教育學院教授、博士研究生導師，主要從事教育哲學、教育學術史研究。

【基金項目】廣東省教育能力提升計劃“十三五”規(guī)劃重點課題（2016ZQJK043）;深圳市教育科學2020年度規(guī)劃課題重點資助項目（ZDZZ20015）;深圳市教育科學2019年度規(guī)劃課題重點資助項目（ZDZZ19022）;江蘇省哲學社會科學研究基金重點項目（18GLA001）

深度學習是超越心理學和生理學的社會活動，是教育教學實踐及理論研究成果的提煉與升華，是對一切機械學習、表層學習的反思[1]117。在實施深度學習的教學活動中，教師必須依據(jù)深度學習的特征處理好教師、學生和知識能力等核心要素之間的關系。在生物學教學過程中，筆者就如何運用深度學習判斷法則進行“漁場”設計進行研究。

一、深度學習與“漁場”設計的概念界定

在教學活動中，教師如何在“漁場”中實施深度學習？需要從哪些角度去界定？筆者從以下兩個概念進行探究。

1.深度學習

深度學習追求對策略性知識的進一步深化，是學生在教師的引領下，圍繞教師授予的“漁場”能夠批判性地學習新的知識和思想，注重對知識接受之后的反思和認知結(jié)構(gòu)的重建，并在建構(gòu)的復雜的知識網(wǎng)絡中將習得的知識遷移到新的情境中解決實際問題，以及做出決策的積極建構(gòu)、深度參與、成功體驗、綜合發(fā)展的行為和思維習慣的學習過程[2]5。深度學習的核心是主動的意義建構(gòu)、有效的知識遷移和真實的問題解決，淺層學習、表層學習、機械學習乃至強調(diào)主動參與的單純的有意義的學習、探究性學習和理解性學習等都不是深度學習。因此，學習過程中是否有聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應用、價值與評價等活動成為判斷深度學習是否發(fā)生的重要依據(jù)。

2.“漁場”設計

“漁場”，即教師創(chuàng)設的有助于深度學習的真實情境，是促進深度學習的活動載體，是具有挑戰(zhàn)性的學習主題，其為深度學習建構(gòu)情感場、提供情境場、留足探索場、創(chuàng)設問題場、提供創(chuàng)造場，是倡導問題化學習，促進深度學習發(fā)生的根本保證。在實施深度學習的過程中，教師不僅要注重教學方式的轉(zhuǎn)變，還要注重教學內(nèi)容的變革（由低階知識到高階知識;由低階學習到高階學習;由低階思維到高階思維）。實施深度學習，必須將理論研究和實踐探索的重心轉(zhuǎn)移到發(fā)展學生的創(chuàng)新和批判性思維等高階思維能力的真實情境（“漁場”）的設計。

二、基于深度學習判斷法則“漁場”的設計要求

1.注重聯(lián)想與結(jié)構(gòu)，促進知識與經(jīng)驗的相互轉(zhuǎn)化

聯(lián)想與結(jié)構(gòu)既指某種學習方式所處理的學習內(nèi)容，也指學生學習方式的樣態(tài)。喚醒或改造以往經(jīng)驗的活動稱為聯(lián)想，將以往經(jīng)驗融入當下教育教學并得以提升和結(jié)構(gòu)化的過程稱為結(jié)構(gòu)[2]6。作為學習方式的樣態(tài)，聯(lián)想與結(jié)構(gòu)處理的是個體經(jīng)驗與人類認識知識之間相互轉(zhuǎn)化的問題。要實現(xiàn)將這些經(jīng)驗自覺進入和輔助當下的教育教學，形成新的知識結(jié)構(gòu)，促進學生能力的提升，需要教師的幫助、喚醒和改造。

在深度學習中，應通過聯(lián)想與結(jié)構(gòu)把原本孤立的知識建構(gòu)在結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌虮粏拘?、被調(diào)用，能夠說明其他知識內(nèi)在聯(lián)系的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)，并能在結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)中呈現(xiàn)其意義。如在教學“細胞癌變及預防”專題知識時，教師授予以下“漁場”，積極引導學生進行聯(lián)想，形成結(jié)構(gòu)，促進經(jīng)驗與知識的相互轉(zhuǎn)化。

【“漁場”1】建構(gòu)“細胞癌變及預防”的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（如圖1）。

該“漁場”倡導問題化學習，旨在引導學生將所學的碎片化的、零散的、雜亂無章的有關“細胞癌變”知識信息（癌細胞的特征、探索過程、機理闡釋和腫瘤防治）建構(gòu)成有結(jié)構(gòu)、有邏輯、有體系的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)，同時也留足諸如“原癌基因的發(fā)現(xiàn)”“抑癌基因的發(fā)現(xiàn)”等探索場及“腫瘤怎樣防治”等問題場。學生在教師授予的“漁場”引導下，根據(jù)當前的學習活動去調(diào)動、聯(lián)想、激活原有的經(jīng)驗，對學習內(nèi)容（癌細胞的特征、探索過程、機理闡釋和腫瘤防治）進行組織使之融會貫通，從而建構(gòu)出自己獨特的知識結(jié)構(gòu)[1]139。

教師在建構(gòu)問題場時須注意：提出的問題要聯(lián)系生活實際;要緊跟教學內(nèi)容，能促進教學進程或者能使學生發(fā)生認知沖突，讓學生所學的知識得以運用;要了解學生的知識基礎水平和能力水平，在學生認知的基礎上做到層層深入。

2.重視活動與體驗，完善學生的學習機制

活動與體驗是落實深度學習的重要運行機制，是深度學習的核心?；顒邮且詫W生為主體的主動活動，體驗是學生在深度學習活動中發(fā)生的高尚理性的內(nèi)心體驗[3]。學生要成為學習的主體，教師必須要為他們提供有親身經(jīng)歷知識的發(fā)現(xiàn)（發(fā)明）、形成、發(fā)展過程的機會，使學生成為活動主體[4]。如在教學“種群增長”這一內(nèi)容時，教師要讓學生重視活動，并開展“測量浮萍（浮萍屬）的種群增長”項目化學習，授予的“漁場”如下。

【“漁場”2】測量浮萍（浮萍屬）的種群增長。

浮萍是一種微?。ㄖ睆?～4毫米）的植物，常長在污濁的水塘里。浮萍屬通常進行無性繁殖，也能進行有性生殖[5]。

實驗步驟：

（1）新學期的第一周，教師在一個有照明的水族箱里放置了10棵浮萍。要求學生每周都對浮萍的數(shù)量進行記錄，數(shù)據(jù)貼在水族箱旁邊。

（2）從第二周開始直到學期結(jié)束，每周都數(shù)一數(shù)水族箱里浮萍的數(shù)量，并將得到的數(shù)據(jù)繪制在圖2中。

實驗討論：

（1）通過觀察浮萍種群增長的活動體驗，你得出的結(jié)論有哪些？

（2）種群的大小最終會發(fā)生哪些變化？導致種群發(fā)生變化的原因是什么？

學生通過對種群增長類型、發(fā)生條件、活動結(jié)果的闡述，種群發(fā)生變化原因的分析，如何繪制種群增長曲線等問題進行思考和討論，以及教師對活動過程和成果進行評價等，加強了與教師之間的溝通、交流、合作。在深度學習中，教育教學是理智與情感共存鮮活的、有溫度的活動。學生以全部的精神思想去體驗和感受學習活動的細微精深與豐富復雜，真切地去體驗伴隨活動而來的困惑或喜悅。由此可見，活動與體驗是教育教學中深度學習的核心[6]。

項目化學習是當前美國中小學廣泛使用的一種教學模式，是以學習、研究學科的概念和原理為中心，學生通過親自參與活動項目的調(diào)研，查閱資料和分析研究來解決問題，從而建構(gòu)知識體系并運用到現(xiàn)實生活中去[1]103?！皽y量浮萍（浮萍屬）的種群增長”的“漁場”設計，立足推進項目化學習，促進真實學習的發(fā)生，推進教與學的轉(zhuǎn)化。

3.注重本質(zhì)與變式訓練，加強對學習對象的深度加工

本質(zhì)與變式訓練要求教師認識到如何處理學習內(nèi)容（學習對象），才能有助于學生把握知識的本質(zhì)，從而實現(xiàn)遷移。因此，致力于深度學習的教學能夠全面把握知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，并抓住教學內(nèi)容深處隱含的本質(zhì)屬性，利用發(fā)散思維由本質(zhì)推出若干變式[1]119。把握本質(zhì)的過程是區(qū)分非本質(zhì)與本質(zhì)屬性、去除非本質(zhì)屬性干擾的過程，是對學習內(nèi)容進行深度加工的過程。教師可以引導學生主動進行歸納、演繹、情境體驗、質(zhì)疑和探究，使學生與學習內(nèi)容之間建立起有機的聯(lián)系。例如在“汗液的排出”教學中，教師設計了以下“漁場”進行研究。

【“漁場”3】圖爾敏（Toulmin）提出了著名的Toulmin論證模型（如圖3）。

科學論證是科學教學的方法之一，需要從學與教兩個方面綜合考慮其必要性和可行性。教師依據(jù)上述建構(gòu)論證模型，選擇“汗液具有排泄作用”和“汗液具有調(diào)節(jié)體溫的作用”開展科學論證活動。

首先，對于“汗液具有排泄作用”的科學論證活動，教師引導學生將劇烈運動后蒸發(fā)的汗液在顯微鏡下進行觀察。實驗結(jié)果表明，汗液中存在代謝廢物，實現(xiàn)了將檢驗尿液成分的方法遷移運用到檢驗汗液成分的活動中去[7]29。

接著，在“汗液具有調(diào)節(jié)體溫的作用”的科學論證活動中，教師讓學生戴上橡皮手套（緊貼皮膚），阻止汗液蒸發(fā)，感到悶熱，取下手套后，感到?jīng)鏊?，通過活動體驗排汗降低體溫的過程。在人體合作探究實驗中，導致體溫降低的因素多樣，為了排除干擾因素，教師引導學生合作交流，確定模擬試驗的方案。學生先進行模擬預實驗：用紙巾模擬皮膚，將12張相同的紙巾用橡皮筋固定在溫度計底部，測定紙巾溫度。再將上述紙巾分為2組（每組6張），在涼爽的實驗室內(nèi)再次測量初始溫度后，全部帶至室外。第1組在室外放置150 s后測定溫度，之后再滴加3滴清水，室外放置（模擬排汗）150 s后再次讀數(shù)。第2組紙巾始終保持干燥，分別測量室外150 s和室外300 s的溫度。實驗結(jié)果見表1，實驗證實了排汗具有降低體溫的作用[7]30。

該“漁場”設計通過開展主題化學習，證實了排汗具有排泄和降低體溫的作用。教師在教學中要幫助學生把握汗液排泄和汗液調(diào)節(jié)體溫相關知識的內(nèi)在聯(lián)系與本質(zhì)。因此，教師在教學中除了要提供學習內(nèi)容的標準正例，還要在授予“漁場”的設計中提供豐富的非標準正例。教師要引導學生由本質(zhì)引申出變式，利用發(fā)散思維、聚合思維、批判性思維及元認知等創(chuàng)新思維訓練學生掌握“汗液排泄和調(diào)節(jié)體溫作用”的本質(zhì)與變式的學習過程，增強創(chuàng)新意識，實現(xiàn)知識的遷移與應用[8]。

主題化學習的“漁場”適合用于一些具開放性、難度較大、不易理解或者用于課外興趣拓展的教學內(nèi)容，其內(nèi)容往往涵蓋多學科領域。學生在主題探究的過程中，綜合使用多學科知識、多元智力和多種學習探究方式，培養(yǎng)解決問題、發(fā)明或生產(chǎn)某種產(chǎn)品所必要的實際能力。教師在安排主題化學習任務時，小組及組內(nèi)學生間分工要明確。學生在完成任務后，再將各自的內(nèi)容匯總報告，以免發(fā)生重復。這樣的教學既可以拓展知識，也可以培養(yǎng)學生的信息處理能力、表達能力及團隊協(xié)作能力[9]。

4.加強遷移與應用，重視模擬教學活動中的社會實踐

遷移與應用注重將所學知識轉(zhuǎn)化為學生綜合實踐能力，目的是培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新意識。教師在教學“人與自然和諧共生”相關知識時，先形成聯(lián)想與結(jié)構(gòu)（如“漁場”4），再在此基礎上給學生授予“漁場”（如“漁場”5），加強知識的遷移與應用。

【“漁場”4】“人與自然和諧共生”的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)（如圖4）。

【“漁場”5】十九大報告提出，加快生態(tài)文明體制改革，建設美麗中國。請就生態(tài)文明建設從生態(tài)學及其生態(tài)倫理角度回答下列問題。

（1）生態(tài)文明內(nèi)涵與中華文明的基本精神基本一致，如“厚德載物”“眾生平等”“道法自然”“天人合一”。這些詞語體現(xiàn)了什么生態(tài)學思想？

（2）生態(tài)文明建設必須堅持保護和節(jié)約優(yōu)先、自然恢復為主的方針。節(jié)約資源的重大舉措有哪些？保護環(huán)境的重大舉措主要有哪些？

（3）突出的環(huán)境問題是大氣污染，因此，必須打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)、持續(xù)實施大氣污染防治行動。京津冀地區(qū)的大氣嚴重地危害人體健康，其污染物與污染源主要有哪些？

（4）開展創(chuàng)建節(jié)約型機關、綠色學校、綠色社區(qū)、綠色出行和綠色家庭等行動，是推進綠色發(fā)展的一項措施。這項行動措施的意愿是什么？

（5）十九大報告提出“統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理”，這項重大舉措的意義何在？

該“漁場”設計旨在實施實踐性學習，將“加快生態(tài)文明體制改革，建設美麗中國”的學習置于真實而具體的實踐情境中，注重親身實踐節(jié)約資源和保護環(huán)境的重大舉措，使學生深刻認識危害人體健康的污染物與污染源，親身感悟山水林田湖草系統(tǒng)治理統(tǒng)籌的重大意義和綠色行動的意愿，是一種為學生在真實情境中運用所學的知識解決問題及學習新知識的過程[10]。其注重的不只是實踐，更多的是在實踐中通過“做”來運用知識、學習知識，提升實踐能力和自主探究能力，具有主體性、社會性、情境性、開放性等特點[11]。

值得說明的是，“聯(lián)想與結(jié)構(gòu)”與“遷移與應用”相互對應：有“人與自然和諧共生”的結(jié)構(gòu)，才能應用到“加快生態(tài)文明體制改革，建設美麗中國”的實踐中去;有對生態(tài)文明建設的目標、方針、策略和任務的聯(lián)想，才能遷移到建設美麗中國的各項任務中去。應用是遷移的重要表征，是檢驗深度學習結(jié)果的重要途徑，遷移是學習深度發(fā)生的重要指標。在深度學習活動中，對事物本質(zhì)及其聯(lián)系的準確把握，才是有意義的遷移與應用;遷移與應用是對本質(zhì)與變式的印證與檢驗，前者強調(diào)學習者對學習結(jié)果的外顯，后者重視學習者對教育教學內(nèi)容的內(nèi)化;遷移與應用同本質(zhì)與變式緊密關聯(lián)[1]175。

5.關注價值與評價，促進學生成長的隱性要素

價值與評價解決的是教育教學意義與終極目的，即教育教學是育人的社會活動，教育教學要以人的成長為旨歸，教育教學所有活動都必然落實價值與評價[1]119。將價值與評價自覺化、明晰化和具體化是實施深度學習的重心工作。自覺引導學生有依據(jù)地評判所遭遇的事、人與活動，有助于他們形成正確的價值觀，落實核心素養(yǎng)。教師在教學“酶的探究與運用”時，不僅注重關于生物、化學知識的教學，還要使學生與知識建立起關聯(lián)，能夠有依據(jù)地給出自己的判斷與態(tài)度，成為選擇與評判知識的主體。

【“漁場”6】中國科學院院士邢其毅先生編寫的《基礎有機化學》一書中指出，酶是生物化學反應的催化劑。酶按其組成成分可以分為結(jié)合蛋白質(zhì)和簡單蛋白質(zhì)兩類，至今還沒有發(fā)現(xiàn)過一種非蛋白質(zhì)的酶，即使發(fā)現(xiàn)一個與酶同樣性能的非蛋白質(zhì)，也不能叫作酶。結(jié)合蛋白質(zhì)由酶蛋白和輔酶或輔助因子共同組成。輔酶是一些金屬有機化合物或有機小分子，輔助因子主要是一種或多種無機離子。簡單蛋白質(zhì)的催化活性僅取決于蛋白質(zhì)自身的化學結(jié)構(gòu)。

酶的催化速度十分驚人，例如體內(nèi)分解五千萬個過氧化氫分子可由一分子過氧化氫酶在一分鐘內(nèi)完成。有些酶，如胰蛋白酶只水解由堿性氨基酸（如精氨酸和賴氨酸）的羧基形成的肽鍵，表現(xiàn)出非常強的專一性。有些酶，如胃蛋白酶幾乎可以水解一切肽鍵，專一性并不強。從被分解的底物看，有些酶，如過氧化氫酶只能分解很小的分子H2O2;有些酶，如核糖核酸酶可分解巨大的核酸分子。

回答下列問題：

（1）鐵是合成葉綠素所必需的，葉綠素中不含鐵元素，但缺鐵時植物在有光的條件下也不能合成葉綠素，而出現(xiàn)“黃葉病”。請根據(jù)上述資料闡釋鐵在該過程中所發(fā)揮的作用。

（2）現(xiàn)有胰蛋白酶（甲液）和胃蛋白酶（乙液）各一瓶，但忘記貼標簽，有人設計的鑒定實驗思路和闡釋的實驗原理如下。

設計思路：向裝有蛋白質(zhì)溶液的兩支試管中分別加入適量等量甲液和乙液，再分別加入雙縮脲試劑，觀察顏色變化。實驗原理：胃蛋白酶幾乎可以水解所有肽鍵，蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)物中幾乎全部是氨基酸;胰蛋白酶只水解由堿性氨基酸（如精氨酸和賴氨酸）的羧基端形成的肽鍵，產(chǎn)物中多肽豐富。加入雙縮脲試劑后，后者幾乎沒有紫色呈現(xiàn)。

請對上述設計思路和實驗原理進行評價。

（3）請闡述胰蛋白酶與胃蛋白酶功能各異的原因。

（4）請以過氧化氫酶為代表，設計實驗方案證明酶具有強大的催化能力（含條件對照）。

（5）人教版高中生物必修1第5章第1節(jié)的“資料分析”中指出：“20世紀80年代，美國科學家切赫（T.R.Cech，1947—）和奧特曼（S.Altman，1939—）發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能?！备鶕?jù)所學知識，就上面少數(shù)RNA是不是酶談談你的看法并提供證據(jù)。

該“漁場”旨在強化拓展性學習，對酶本質(zhì)的認識是源于教材（酶是活細胞產(chǎn)生的具有催化能力的有機物，包含具有催化能力的蛋白質(zhì)和RNA），而高于教材（邢其毅先生提出，具有催化能力的RNA不是酶），應用知識探究未知（探究胰蛋白酶與胃蛋白酶的功能各異的原因），注重實驗探究過程（胰蛋白酶和胃蛋白酶的鑒定、酶具有強大的催化能力的證明）和知識創(chuàng)生（RNA不是酶）[1]172?！皾O場”6提供邢其毅先生對酶界定的情境場，留足對他人設計的實驗思路和實驗原理評價，創(chuàng)設闡述胰蛋白酶與胃蛋白酶功能各異的原因和闡釋鐵在合成葉綠素過程中所發(fā)揮的作用等問題場，以及提供了要求學生分別為邢其毅先生和教材對RNA是否屬于酶的認識提供證據(jù)支持的創(chuàng)造場。酶的探究與運用屬于強化拓展性學習的“漁場”，使價值與評價貫穿于教學解決所設計的各個問題的活動中。價值與評價活動，不僅使學生自覺思考酶在知識系統(tǒng)中的作用與地位、優(yōu)勢與不足，教材對酶認識的局限及不同酶作用機理，而且使學生主動對酶的概念及鐵元素在光合作用中的作用進行評價。

三、結(jié)語

綜上所述，深度學習的根本目的在于提升學生的核心素養(yǎng)，引導學生在發(fā)現(xiàn)知識、理解知識、應用知識、求證知識和創(chuàng)造新知的過程中掌握科學的思維方法，發(fā)展高階思維能力[1]4。在深度學習中，教師通過“授人以‘漁場”，引領學生涉入知識發(fā)現(xiàn)過程的復雜情境，促進他們成為知識發(fā)現(xiàn)的參與者并作為主體積極參與到課堂教學中。在教學實踐中，教師必須依據(jù)深度學習所具備的特征（聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、本質(zhì)與變式、遷移與應用、價值與評價）展開多元價值的對話，科學地進行“漁場”設計，確保深度學習在教師授予的“漁場”中得以實現(xiàn)[12]。

參考文獻：

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（責任編輯：陸順演）