深度学习理论支撑的高中生物课堂科学思维的培养

孔 勇 （江苏省宜兴中学 江苏无锡 214200）

杜威说，“如果他不能筹划他自己解决问题的方法，自己寻找出路，他就学不到什么；即使他能背出一些正确答案，百分之百正确，他还是学不到什么”。在高中生物课堂教学实践中，教师应根据学习内容、教学目标、学习环境条件，合理运用包括情境创设策略、探究性学习策略、辩论式学习策略等各种教学策略，精心设计课堂教学流程，引导学生主动参与深度学习，加强学生对知识的深度理解，强调运用知识解决问题的能力和创造性思维的培养，为发展学生生物学学科核心素养服务。

在认知学习领域中，布卢姆等人把教学目标分为六大层次，从低到高依次为：识记、理解、应用、分析、综合和评价。浅层学习的认知水平停留在第一、第二层，它是把信息作为孤立的、不相关的事实来接受和记忆，这样的学习是为了考试而对材料进行表面的、短时的记忆，不能促进对知识和信息的理解和长期保持。而深度学习的认知水平则对应后面的四大层次，上海师范大学黎加厚教授认为：“深度学习，是指在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策和解决问题的一种学习方式。”

“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。

1 优化概念深度学习来发展学生的逻辑思维

生物学概念是生物学知识的重要组成部分，是生物学的基础和精髓，是发展学生思维的核心，是高中生物教学的重要内容。学习生物学的关键是理解生物学概念。在高中生物教学中，教师要结合实际，创设好真正的情境，组织好各种观察、实验等探究性学习活动，在真实情境中帮助学生增加概念学习的感性认识，克服对微观结构认识的困难，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能。模型是人们用物质形式或图形形式再现原型客体的某种本质特征，如结构（整体的或部分的）、功能、属性、关系、过程等，在高中生物教学中，通过构建模型和直接认知模型来把握生物学概念，是当前生物学课堂中培养学生逻辑思维能力的常用教学方法。概念模型图是由节点和连线组成的一系列概念的结构化表征。图中的节点表示某一命题或领域内的各概念；连线则表示节点概念间的内在逻辑关系，通过综合与分层来反映概念之间的相互关系。概念模型图可以将陈述性的知识程序化、清晰化，可以将零散的知识系统化，避免知识的负迁移，从而使学生形成完整的概念体系。

例如，为帮助学生达成对“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这一大概念的理解，促进学生逻辑思维的养成和生物学学科核心素养的提升，在进行必修1教学时，教师可让学生完成细胞结构图（不同时期，内容不同），让学生在学习中不断完善和补充细胞图，使学生逐渐形成“细胞内各个代谢是一个有机整体”的生物学观念。完成概念的学习后，学生应能够深度分析、总结，形成科学素养：①从结构与功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础；②建构并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的有机整体，实现细胞水平的各项生命活动；③观察多种多样的细胞，说明这些细胞具有多种形态和功能，但同时又都具有相似的基本结构。

在课堂小结、单元复习、专题复习中，教师使用概念模型图可以提高课堂教学效率。实际上，在课堂预习时，也可以通过提供概念模型图的框架，要求学生通过自学来填写所缺概念，这样操作性较强，有利于学生把握知识脉络。这种运用概念模型图的教学方式不仅有利于学生自主学习，师生交流，还有利于教师及时发现学生存在的问题，便于课堂评价。

2 优化生物学史深度学习来培养学生的科学思维

生物科学史是高中生物学教学中对学生进行科学素养教学的较好的原始材料，教师应当充分用好这些材料。生物科学的发展不可能一帆风顺，而是在批判、继承、发展中曲折前行。生物科学史的学习对于培养学生的批判性思维能力非常重要。

案例：高中必修1中“生物膜的流动镶嵌模型”这节课主要包括3个部分：①科学家对细胞膜结构的探索历程。这是一个很好的科学史教育素材，通过引导学生一步一步地分析科学家的实验和结论，宛如亲历科学家探索的历程，使学生切身感受科学的魅力。②细胞膜的流动镶嵌模型是目前人们普遍接受认同的，能较好地解释人们对细胞膜功能的认识。学生必须展开想象力，在头脑中构建细胞膜的空间结构，形成空间思维能力，理解和掌握流动镶嵌模型的基本要点，有助于更好地理解下一节物质跨膜运输的方式。③高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考，所以本节课的探究学习可以进一步帮助学生发展理性思维、逻辑思维、批判性思维能力。

本节课中提到罗伯特森于1959年提出的生物膜模型，所有的生物膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，他把生物膜描述为静态的统一结构。这时，教师要组织学生学生观看多媒体图片讨论总结“三明治”结构模型的缺点。“三明治”结构模型的缺点有：①所有膜结构都相同，没有差异；②是静态的结构。教师要注意引导学生根据生活中的一些生物学现象敢于提出质疑的声音。如，变形虫在吞噬草履虫说明了什么？“三明治”结构模型能解释上述的现象吗？

再如，在本节课的最后阶段，教师可以进一步引导学生思考和质疑：

①生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了？说说你的看法。

②纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，你能谈谈实验技术的进步起到怎样的作用？

③分析生物膜模型的建立过程，结构与功能相适应是如何得到体现的？

④分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？

变简单的“历史”教育为科学思想发展和变迁的哲学教育。在这些科学史的教学中，教师可以尝试在展示那些不完善甚至错误的观点之后，让学生自由讨论，引起学生的思维和这些科学先驱的思维产生冲突，在思维碰撞中对实验进行评价。然后，教师再引导学生通过讨论提出自己的实验方案。在反思、质疑、独立分析、尝试解答的过程中，学生的科学思维能力得到了培养和提高。

3 开展辩论式深度学习来培养学生的理性思维

辩论式学习是指教学过程中，以学生为主体，以反向思维和发散性思维为特征，由小组或全班成员围绕特定的论题辩驳问难，各抒己见，互相学习，在辩论中主动获取知识的一种学习方式。辩论式学习突出了学生的主体地位，发挥了学生的主观能动性和聪明才智，调动了学生课堂思维的积极性，使学生在交际应用中轻松、愉快地学习，在不断地学和用中培养能力。这也有利于学生“自主、合作、探究”学习方式的养成。

在高中生物课堂如何创设辩论式学习的情境呢？

首先，教师要努力建立平等、和谐、民主的良好师生关系。只有平等、和谐、民主的师生关系才能使学生形成一种自由的、独立的、主动的探索心态，才能使学生产生最佳的学习状态，并全身心地、自信地进入到辩论的情境。教师应该积极地、耐心地俯下身来倾听每一个学生的声音。如果这种声音是精彩的，教师要给予表扬和激励，让学生尽兴地表达见解，展现自我；如果这种声音还是稚嫩的，甚至是错误的，教师在引导的同时更应该给予鼓励，因为他敢于发表自己的见解。只有这样，学生才能敢想、敢说，敢于质疑，积极思考，无所顾忌，积极主动地参与辩论过程，获得知识，体验情感，获得人格的发展。

其次，教师要选择合适的辩题，引起学生探究知识的欲望，激发学生去积极思维，使学生情绪处于最佳状态，有利于学生掌握知识、发展智力、培养能力。教师要善于抓住或激发学生有价值的质疑，用学生的质疑去创造辩论情境，从而引起学生的探究兴趣，激发辩论。而且一旦解决，学生通过辩论解开了心中的疑问，修正了自己的猜测，增强了对生物学知识的理解，一举多得。

案例：“细胞的癌变”一节中，创设“癌症是否为不治之症”的辩论。

生物学核心素养之一“社会责任感”如何落地，是本节课教学的关键，绝不像知识目标，能依靠讲解或讲授的办法来达到，应通过各种教学活动的过程来体验、培养，这是以往教学中的弱项。

癌症的防治是社会关注的问题，因此，应突出“选择健康的生活方式”“讨论健康的生活方式与癌症防治的关系”等社会责任感。“癌症是否为不治之症”辩论的教学设计见表1。

辩论式学习的目的就是引导学生关注生活中的社会热点议题，运用生物学知识和方法，作出理性的思考和判断，培养解决生产生活问题的担当和能力，提升运用生物学知识向周围人主动宣传引导正确价值观的社会责任。

表1 教学设计表

当然，科学思维等核心素养在生物学教学中的落地生根从主观理念上取决于教师对其背后的支撑理论是否真正了解；从客观条件上取决于教师是否真正具备科学本质观和科学理性的思维品质；从实施技术上取决于能否创设真实的、有吸引力的教学情景，引导学生开展学习并能迁移和拓展应用于解决真实的社会问题。