基于深度學習的高中生物大單元學習過程設(shè)計

摘 要：基于深度學習的大單元學習過程設(shè)計是對生物學大概念的深度理解，在教學內(nèi)容及學情分析的基礎(chǔ)上對學生學習進行系統(tǒng)規(guī)劃。文章以“遺傳的分子基礎(chǔ)”為例，通過設(shè)計大單元的學習目標、學習過程中的學歷案，對學習事件進行組織規(guī)劃，圍繞學科核心素養(yǎng)進行深度學習，從而促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：深度學習;高中生物;大單元學習過程設(shè)計;學歷案

基金項目：福建省“十三五”第二批學科帶頭人培養(yǎng)對象課題“學習科學視域下的高中生物學大單元設(shè)計研究”（No.XKSW-2019018）。

中圖分類號：G633.91? ??文獻標識碼：A? ??文章編號：2095-624X（2021）43-0088-03

作者簡介：韓秋娜（1982.3—），女，福建省漳州第一中學，中學一級教師，研究方向：高中生物教學。

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在整合和提升“三維目標”的基礎(chǔ)上，凝練了生物學科核心素養(yǎng)，學習目標指向培養(yǎng)學生的關(guān)鍵能力、必備品格與價值觀念，并且強調(diào)大概念的學習，這就要求教師必須提升教學設(shè)計的地位，即從關(guān)注單一的知識點和課時轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅卮髥卧O(shè)計。因為教學的“三維目標”往往不可能在一節(jié)課時得到，教師如果只以每一課時為單位進行教學設(shè)計，往往容易忽略前后課時之間的邏輯關(guān)系，變成聚焦碎片化的“知識點”教學，不利于學生對知識進行整體建構(gòu)和深層加工。這就需要借助大單元的設(shè)計，在“核心素養(yǎng)—課程標準—單元設(shè)計—學習評價”這一教學鏈條中進行課堂的轉(zhuǎn)型。學生的學習過程，實質(zhì)上是知識的建構(gòu)過程，是不斷優(yōu)化和完善的過程。大單元是由一個大任務或大概念統(tǒng)籌的學習單位。大概念能有效地組織起學科零碎化的知識與技能，更具結(jié)構(gòu)性、序列性和完整性。將其應用于更加復雜的真實情境中，有利于知識的內(nèi)化遷移。整體建構(gòu)單元學習過程設(shè)計是在對單元教學內(nèi)容和學情進行分析的基礎(chǔ)上，從學生視角組織學習事件，設(shè)計合適的教學活動。本文選用新課標的“概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”，對應新人教版高中生物學必修二第2～4章相關(guān)內(nèi)容進行大單元學習過程設(shè)計。

一、深度學習目標

深度學習強調(diào)了學生在真實情境下從生物學事實或現(xiàn)象深入，突破淺層學習，掌握科學概念，從而達成對學科本質(zhì)、思維方式等的深層發(fā)展目標。這需要從大單元的學習目標出發(fā)，由簡單到復雜，由淺到深對學習事件進行系統(tǒng)又進階的規(guī)劃。大單元的學習目標主要是針對整個大單元總體框架、學生需達成的核心素養(yǎng)目標而設(shè)計的，必須基于學生的認知發(fā)展過程。結(jié)合深度學習的要求，本大單元的學習目標設(shè)置為：第一，應用假說—演繹法分析進行科學探究的基本思路（科學思維、科學探究）;第二，認同科學家尊重事實、勇于探究的科學精神，認同科學探究是一個不斷深化，不斷發(fā)展的過程（社會責任）;第三，理解DNA結(jié)構(gòu)特點及半保留復制等機制，進一步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應的觀念（生命觀念）;第四，學習同位素標記等技術(shù)，舉例說明物理、化學方法在生物學中的作用，并嘗試解決問題（科學思維、科學探究）;第五，學習遺傳信息的流動過程，闡明生命是物質(zhì)、能量、信息的統(tǒng)一體（生命觀念）;第六，認同生物可能有共同起源（生命觀念 ）;第七，了解基因與性狀之間關(guān)系的復雜性，認同生物學中因果關(guān)系的復雜性，嘗試對事物進行多角度、多因素的分析（生命觀念、科學思維）。在深度學習過程中，教師還需要將大單元的學習目標分解成課時目標，設(shè)計相對應的學歷案，將生物學學科核心素養(yǎng)具體化，在課堂教學中確保學生可以實現(xiàn)這些目標，最后回歸到大單元的目標，完成深度學習。

二、生物大單元學習過程設(shè)計

（一）建構(gòu)大單元的依據(jù)

1.教材及課程標準

教師要通過研讀教材及課程標準，理清教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與對應的課程標準，查閱相關(guān)的文獻來確定大單元的單元題目。例如，學生對新課標中“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”這一大概念的認知，不可能一蹴而就。新課標里的這一大概念又包含“遺傳信息主要編碼在DNA 分子上”“多數(shù)生物的基因是DNA 分子的功能片段”“DNA 分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)，堿基的排列順序編碼了遺傳信息”“DNA 分子通過半保留方式進行復制”“DNA 分子上的遺傳信息通過RNA 指導蛋白質(zhì)的合成， 細胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達的結(jié)果，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)”等多個次位概念，解決了“遺傳信息在哪里”“遺傳信息是什么”“遺傳信息怎么代代相傳”及“遺傳信息如何控制生物的性狀”這些問題，這樣，學生才能深度理解大概念的意思。教師在解讀教材時要從大概念出發(fā)，建構(gòu)以重要概念為中心的知識結(jié)構(gòu)框架，通過對教材內(nèi)容及課標的分析為單元學習過程設(shè)計厘清生物視角下知識的邏輯關(guān)系，由淺入深，不斷完善、擴充知識結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)對大概念的理解，形成新的、更大的知識體系，促進核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.學習任務分析

要想理解“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”這個大概念，需在分子水平將多個次位概念聯(lián)系在一起，因此，該大單元命名為“遺傳的分子基礎(chǔ)”。該單元涉及新人教版高生物學教材必修二第2～4章的相關(guān)內(nèi)容，之前的遺傳定律及減數(shù)分裂為學生解釋了遺傳的細胞學基礎(chǔ)，認識到遺傳的物質(zhì)性及基因的存在。該大單元設(shè)計主要是讓學生的認知更有邏輯性和連貫性，先設(shè)計學習“基因在哪里”“基因是什么”“基因如何起作用”，按照邏輯認知，認識基因的本質(zhì)，從遺傳信息傳遞和表達的角度，探討基因?qū)π誀畹目刂疲箤W生進一步形成“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”這個大概念，深入理解遺傳現(xiàn)象的本質(zhì)，認同物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。本單元以基因的認知發(fā)展為線索，包含豐富的科學史實，讓學生在學習過程中了解到科學研究的基本思路，也尊重學生的認知規(guī)律，一步步引導學生從分子水平認知基因。該大單元設(shè)計也為學生通過后面章節(jié)理解基因突變及其他變異的原因和意義做好鋪墊，進而理解現(xiàn)代生物進化理論，具有承上啟下的作用。

3. 學生學情分析

學生在日常生活中很容易了解DNA親子鑒定、轉(zhuǎn)基因食物等相關(guān)內(nèi)容，并且在初中已經(jīng)學習了DNA和基因這兩個重要概念，同時也初步了解了基因、DNA、蛋白質(zhì)、染色體之間的關(guān)系，知道DNA的結(jié)構(gòu)以及基因決定生物體的性狀等相關(guān)知識，為該單元的學習奠定良好的基礎(chǔ)。

（二） 規(guī)劃大單元知識銜接，促進知識結(jié)構(gòu)化

大單元的生物課堂立場轉(zhuǎn)向了“學生學會了什么”的學生立場，改變了學生碎片化學習學科知識點的現(xiàn)狀，因此，學習過程的設(shè)計重點就在于解決“如何設(shè)計”的問題。任何一個課時學習的內(nèi)容，都不是孤立的節(jié)點。如果將知識點之間融會貫通，由點到面建立知識的生長序列，就能建立一個更大的概念體系。所以一個學習大單元應該包含大概念統(tǒng)領(lǐng)下的重要概念及次位概念等。學生對大概念的學習是通過大量的、具體概念的學習不斷深入的，需要不斷促進知識的結(jié)構(gòu)化，從而實現(xiàn)學習過程設(shè)計與生物學科核心素養(yǎng)目標的有效對接。

（三）建構(gòu)知識，生成學科核心素養(yǎng)

學習生物大概念的過程，不僅是知識點的學習，還包含豐富的科學史的學習，這樣不僅使學生的生命觀念得到發(fā)展，還使他們經(jīng)歷科學思維培養(yǎng)、科學探究的過程，逐漸形成正確的科學本質(zhì)觀，樹立正確的科學態(tài)度，承擔相應的社會責任感。所以在學習過程設(shè)計中，應當注重核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（四）設(shè)計學歷案

1.主題與課時

該大單元的學習主題是“遺傳的分子基礎(chǔ)”，一共分為9課時。其中“基因在染色體上”“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”“DNA的結(jié)構(gòu)”“DNA的復制”及“基因通常是有遺傳效應的DNA片段”均為1課時，“基因指導蛋白質(zhì)的合成”及“基因表達與性狀的關(guān)系”分別為2課時。

2.學習目標

大單元學習目標確定后，還需要對每一課時的學習設(shè)計學習的目標，從而更好地實現(xiàn)核心素養(yǎng)目標。如該大單元的單元目標“應用假說—演繹法分析進行科學探究的基本思路（科學思維、科學探究）”，落實到“基因在染色體上”這一課時，可以具體分解成“嘗試用假說—演繹法解釋薩頓的假說和摩爾根的果蠅雜交實驗”“運用有關(guān)基因和染色體的知識闡明孟德爾遺傳規(guī)律的實質(zhì)，提高分析和解決問題的能力”。

3.評價任務

新課標理念強調(diào)學業(yè)評價促發(fā)展，學生在學習過程中是否完成學習目標，是否進行深度學習，要將教學評價作為重要依據(jù)。深度學習的評價貫穿于整個深度學習活動過程，不僅是對學習者深度學習能力的評估，也是對深度學習過程及結(jié)果的評價，更是對深度學習目標的不斷反思和修訂。因此，評價任務應該從大單元的學習目標出發(fā)，讓評價貫穿于學習的全過程，結(jié)合學生實際情況來檢測學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。本單元對應學習目標設(shè)計的評價任務包括：第一，完成預習的自我檢測;第二，完成資料的閱讀和思考;第三，完成任務1，歸納概括各課時知識網(wǎng)絡或者思維導圖;第四，完成任務2，設(shè)計實驗思路，設(shè)計實驗證明RNA是遺傳物質(zhì)等;第五，完成任務3，制作DNA雙螺旋模型等。

4.學習過程

教師要根據(jù)大單元學習設(shè)計重新分配課時，每一課時的學習應該根據(jù)大單元設(shè)計創(chuàng)設(shè)一個真實的情境，然后進行課前預習、課中學習及課后反饋，分步進階式地建構(gòu)知識概念，體現(xiàn)真實的學習和評價過程。該大單元學習可以“基因”的發(fā)展過程為學習情境貫穿整個大單元學習過程，先設(shè)計學習“基因在哪里？”，完成第一課時學習任務，然后吸引學生研究“基因是什么？”，完成第2～6課時的學習，接下來再研究“基因如何起作用？”，完成第7～9課時的學習，按照邏輯認知，從分子水平認識基因的本質(zhì)，深度學習“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”這個大概念。

5.檢測與作業(yè)

檢測與作業(yè)有利于學生鞏固知識，提高學習效率，包含課前作業(yè)、課中和課后的檢測練習。該大單元需要根據(jù)每一課時設(shè)計對應的檢測與作業(yè)。以“DNA分子的結(jié)構(gòu)”為例，教師在課前可以讓學生預習DNA分子結(jié)構(gòu)，說出結(jié)構(gòu)模式圖中對應的名稱;在課堂學習過程中可以讓學生動手畫出脫氧核苷酸長鏈簡圖，并組裝一條脫氧核苷酸長鏈，然后利用組裝好脫氧核苷酸的多核苷酸長鏈組裝DNA雙鏈，進行課中學習評價。教師還可以設(shè)計錯誤的DNA分子片段，讓學生在學習了DNA分子的結(jié)構(gòu)后，對此圖作出合理的評價。最后可以讓學生以本節(jié)課構(gòu)建的模型為基礎(chǔ)，探究DNA是如何完成復制，形成兩個基本完全相同的DNA分子，以此進行課后探究檢測。同時，教師也可以設(shè)計對應章節(jié)的練習冊幫助學生進行課后鞏固。

6.學后反思

在學生學習該大單元的知識體系之后，教師可以引導學生分析自己的課堂收獲及疑惑，并分享自己的學習經(jīng)歷，獲得更多的學習經(jīng)驗及幫助，促進對知識的深層理解和遷移應用，并增加情感投入，不斷發(fā)展自身的生物學科核心素養(yǎng)。

深度學習無法通過碎片化的學習活動實現(xiàn)，需要進行統(tǒng)籌規(guī)劃，有序地設(shè)計學習過程，大單元教學設(shè)計可以為學生深度學習提供一個良好的學習方案，從學生視角設(shè)計大單元的學習過程，不斷落實學科核心素養(yǎng)。

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