高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略的思考與實踐

龔靈芳 陳 欣

（1.福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350117；2.福建教育學(xué)院，福建 福州 350025）

1976 年，美國學(xué)者馬頓(Marton，F(xiàn).)和薩爾約(Saljo，R.)通過閱讀能力的實驗研究，首次在教育學(xué)領(lǐng)域提出深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）概念，隨后引起計算機科學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及人工智能等領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。［1］2006 年，加拿大辛頓（Hinton，G.）教授在Science 雜志上發(fā)表文章，將“深度學(xué)習(xí)”作為機器學(xué)習(xí)的專有名稱。［2］由此可見，深度學(xué)習(xí)可以有兩種理解：一是機器模仿人的深度學(xué)習(xí)；二是以人為主體的深度學(xué)習(xí)。發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)是深度學(xué)習(xí)的根本目標(biāo)，而深度學(xué)習(xí)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵路徑，基礎(chǔ)教育課程改革應(yīng)促進高中各學(xué)科廣泛的實踐與研究深度學(xué)習(xí)。本文重點闡述深度學(xué)習(xí)的研究背景、教育意義及對高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略的思考與實踐。

一、深度學(xué)習(xí)是對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的呼喚

在當(dāng)今這個信息大爆炸的時代，人工智能能夠分析人類難以察覺的數(shù)據(jù)之間的微妙關(guān)系，幫助人們建立數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。簡單的記憶知識已經(jīng)不能滿足社會對人才的需求。人類之所以區(qū)別于機器，就在于人類具有創(chuàng)造性思維，能夠在一成不變的事物中創(chuàng)新；人類只有充分發(fā)揮創(chuàng)造力，才能在與機器的競爭中獲得優(yōu)勢。學(xué)校是人才的主要培養(yǎng)基地，學(xué)校教育是培養(yǎng)人才的主要途徑。培育學(xué)生核心素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力是基礎(chǔ)教育刻不容緩的任務(wù)。

二、深度學(xué)習(xí)深遠(yuǎn)的教育意義

深度學(xué)習(xí)理論是教育理論研究成果與教學(xué)實踐經(jīng)驗有機結(jié)合成果，是對學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展道路的現(xiàn)實探討。［3］深度學(xué)習(xí)有利于促進學(xué)生核心素養(yǎng)及教師專業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展，體現(xiàn)基礎(chǔ)教育課程改革對學(xué)科教學(xué)的應(yīng)然要求。

（一）促進師生共同發(fā)展

深度學(xué)習(xí)是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。［4］在這個過程中，學(xué)生能夠在真實的情境里主動學(xué)習(xí)，探究與實踐，從而發(fā)現(xiàn)問題，深度加工問題和現(xiàn)象，思考解決問題的方法，促進經(jīng)驗與知識的相互轉(zhuǎn)化，利用生活經(jīng)驗獲得知識，并能將所獲得的知識遷移應(yīng)用到其他的新情境中解決現(xiàn)實問題，提高問題解決能力、批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力及學(xué)習(xí)能力。

從深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵上看，深度學(xué)習(xí)除了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)之外，還包括教師的深度學(xué)習(xí)。要求教師鉆研課程標(biāo)準(zhǔn)、制定深度學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)活動，這是學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對學(xué)生的深度學(xué)習(xí)具有引導(dǎo)和激勵的作用。另一方面，要求教師觀察、分析及反思學(xué)生深度學(xué)習(xí)情況，以此促進教師自身的深度學(xué)習(xí)?？梢姡瑢W(xué)生與教師的深度學(xué)習(xí)是相輔相成的，深度學(xué)習(xí)促進師生共同發(fā)展。

（二）構(gòu)建學(xué)生核心素養(yǎng)的進階路徑

單元學(xué)習(xí)設(shè)計是實施深度學(xué)習(xí)的重要方式。選擇單元學(xué)習(xí)主題、確定單元學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)計有針對性的單元學(xué)習(xí)活動及開展持續(xù)性評價是單元學(xué)習(xí)設(shè)計四個重要環(huán)節(jié)。

選擇單元學(xué)習(xí)主題時，教師應(yīng)以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為宗旨，站在系統(tǒng)的角度分析學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，有效組織教學(xué)要素，可根據(jù)教科書實施單元教學(xué)，也可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點適當(dāng)?shù)貙炭茣袉卧M行調(diào)整，系統(tǒng)地設(shè)計單元學(xué)習(xí)活動，提高教學(xué)靈活性，為學(xué)生提供更多的探究、實踐的空間與時間，構(gòu)建學(xué)生核心素養(yǎng)的進階路徑。［5］單元學(xué)習(xí)活動是實施深度學(xué)習(xí)的重要載體。生物學(xué)是一門科學(xué)課程，其發(fā)展是人們經(jīng)過不斷探索和實踐的結(jié)果。開展高中生物學(xué)單元學(xué)習(xí)活動，為學(xué)生提供實踐操作及科學(xué)探究機會，讓學(xué)生“動腦”“動手”“動口”，親身體驗生物學(xué)探究過程，有利于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣及動機，幫助學(xué)生理解與應(yīng)用生物學(xué)重要概念及生命觀念，體驗生物學(xué)獨特的魅力。同時摒棄“紙上談兵式”“死記硬背式”的教學(xué)，彰顯生物學(xué)的科學(xué)課程屬性及其教育價值。

三、高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)策略思考與實踐

根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）、學(xué)生認(rèn)知水平及其發(fā)展規(guī)律，選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以真實問題情境為載體，指導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

（一）問題驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生深入思考

問題驅(qū)動是高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)的重要教學(xué)策略，應(yīng)踐行高中生物學(xué)基本理念，聚焦生物學(xué)大概念、重要概念創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究及科學(xué)實踐，提高科學(xué)思維能力與社會責(zé)任意識與擔(dān)當(dāng)。

1.充分了解學(xué)情，創(chuàng)設(shè)適宜難度的問題

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論，高中學(xué)生的認(rèn)知處于形式運算階段，其思維已經(jīng)發(fā)展到抽象邏輯水平，辯證思維基本形成。充分了解學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點，在其最近發(fā)展區(qū)創(chuàng)設(shè)適宜難度的問題，有利于激發(fā)學(xué)生全身心地參與學(xué)習(xí)活動，探索生物學(xué)的奧秘。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》“核酸是遺傳信息的攜帶者”時，通過初中生物學(xué)的學(xué)習(xí)學(xué)生已經(jīng)知道DNA 是遺傳物質(zhì)，但對DNA 的認(rèn)識是淺顯的，不明白DNA 和RNA 的區(qū)別。教師可以展示一個脫氧核苷酸和核糖核苷酸結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生分析脫氧核苷酸和核糖核苷酸名稱的由來，明確二者堿基的不同。但不必深究DNA 的結(jié)構(gòu)和復(fù)制方式等，以免增加學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。

2.聯(lián)系現(xiàn)實生活，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境

結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗，分析與加工學(xué)習(xí)材料，為學(xué)生創(chuàng)造真實的、形式多樣的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生進行有意義學(xué)習(xí)，對問題進行再提取和深加工，建立知識與問題之間的聯(lián)系，深入理解、靈活運用所學(xué)的生物學(xué)概念，對生活中的實際問題作出科學(xué)解釋與判斷，提高分析、評價、創(chuàng)造性思維及批判性思維等高階思維能力。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》有關(guān)呼吸作用知識后，教師創(chuàng)設(shè)問題情境：貯藏和運輸水果過程一般會出現(xiàn)大量的壞果，試分析原因，并給果農(nóng)提出合理的建議。以現(xiàn)實生活的蔬果保鮮問題，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的有關(guān)細(xì)胞呼吸知識，做出推測：可能是細(xì)胞呼吸引起壞果。思考與討論：影響細(xì)胞呼吸的因素包括水、氧氣濃度和溫度。水參與有氧呼吸，應(yīng)適度地減少水分，但不能無水，否則蒸騰作用使得果實自身的水分喪失，出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。氧氣參與有氧呼吸，降低氧氣濃度可有效抑制細(xì)胞有氧呼吸，但又不能無氧，無氧條件下細(xì)胞進行產(chǎn)酒精式的無氧呼吸，易造成壞果。細(xì)胞呼吸需要許多酶的參與，低溫可降低酶活性，進而使細(xì)胞呼吸作用降低。由此得出結(jié)論：給果農(nóng)的建議是在低溫、低氧及濕度適中的環(huán)境下貯藏水果。以真實的問題情境，激發(fā)學(xué)生“活學(xué)活用”生物學(xué)知識，不僅解決果農(nóng)的困擾，還能將之運用在家庭蔬果保鮮上。

3.提出有效問題，引導(dǎo)學(xué)生深入探究

課堂提問是營造良好學(xué)習(xí)氛圍的有效途徑，有效提問又是一堂好課的標(biāo)準(zhǔn)之一。要做到有效提問，首先要求教師心中有“標(biāo)”，即以《課標(biāo)》為依據(jù)，圍繞教學(xué)重難點設(shè)計問題，旨在達成教學(xué)目標(biāo)。第二，重視課堂提問效果，避免“滿堂問”，否則“華而不實”，難以達成預(yù)期目標(biāo)。第三，適當(dāng)提出開放性問題，開拓學(xué)生的思維，促進學(xué)生理解與應(yīng)用生物學(xué)知識。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的“種群的特征”時，根據(jù)《課標(biāo)》的內(nèi)容要求：能夠列舉種群具有種群密度、出生率及死亡率、遷入率及遷出率、年齡結(jié)構(gòu)及性別比例等特征，提出問題：還有哪些因素會影響種群的數(shù)量？嘗試?yán)L制這些影響因素的概念圖。要求學(xué)生閱讀教科書第62-63 頁，思考及討論，小組代表回答并相互補充。學(xué)生閱讀教科書后，一般較容易回答該問題的第一問。第二問在第一問的基礎(chǔ)之上，考查種群特征相互作用的關(guān)系及其意義，難度有所增加，要求學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)，通過小組合作探究，建構(gòu)有關(guān)種群數(shù)量概念模型，明確種群特征之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成種群數(shù)量平衡及其生物學(xué)意義的認(rèn)識。

（二）以評促學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入反思

教師要重視觀察及分析學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)，進行實驗操作、實作作品、紙筆測驗等多元化評價，以及學(xué)生自評、互評及教師評等多主體評價等方式綜合評價學(xué)生，促進學(xué)生反思、改進學(xué)習(xí)，獲得持續(xù)性的發(fā)展。

例如，學(xué)習(xí)《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》“影響酶活性的條件”這一節(jié)內(nèi)容時，通過回顧初中消化酶實驗，引導(dǎo)學(xué)生思考酶催化作用需要的條件，并設(shè)計實驗方案進行驗證。發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生選用過氧化氫和過氧化氫酶作為實驗材料探究溫度對酶活性的影響，要求學(xué)生討論分析、評價選材的理由及實驗方案，促進學(xué)生反思與改進，認(rèn)識到過氧化氫在不同溫度下具有不同的分解速率，無法滿足控制實驗單一變量的原則。實驗過程中，有的學(xué)生試管夾使用方法不正確，教師可以用手機拍照或?qū)⑵滗浿瞥梢曨l，引導(dǎo)學(xué)生反思與改進，掌握正確的操作方法，認(rèn)識到不當(dāng)操作會損壞試管口，同時使得試管夾上的雜質(zhì)落入試管中，影響實驗結(jié)果。最后，要求學(xué)生設(shè)計與實施“PH對酶活性影響的實驗”，檢驗學(xué)生該節(jié)學(xué)習(xí)成果。

深度學(xué)習(xí)能夠促進學(xué)生深入探究、實踐與反思，以此構(gòu)建知識體系，提升學(xué)科核心素養(yǎng)，這是對新時代基礎(chǔ)教育課程改革的回應(yīng)。實施深度學(xué)習(xí)時，可能會面臨諸如學(xué)生合作能力弱、信息提取困難、課時緊等問題和挑戰(zhàn)，這就要求教師更新教育教學(xué)理念，努力踐行深度學(xué)習(xí)，在教學(xué)實踐中解決問題，積累優(yōu)秀的深度學(xué)習(xí)案例，切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，促進其高階思維的發(fā)展，全面提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。