深度学习视域下的生物学实验教学解析与策略

奚红云

(江苏省姜堰第二中学 泰州 225500)

丁奕然*

(重庆师范大学生命科学学院 401331)

深度学习由Ference Marton和Roger Saljo两位学者提出[1]，深度学习是相对于浅层学习而言的，强调在布鲁姆的认知层次中的前两层为浅层学习，后四层为深度学习。因而，深度学习强调的是在学生理解知识的基础上，学习主动性增强、知识迁移能力提升、学科体系建构达成、知识本质与高阶思维得以掌握的一种学习过程。由此可见，实验教学中深度学习的实现对学生理解生物学科的科学本质与理科属性至关重要。

笔者正是基于深度学习的视域，从当今中学生物学教学的现状出发，分析了实现深度学习疲乏的整体状态，并基于自身多年的教研经验，以相应的实验教学案例，解析了促进生物学实验实现深度学习的着力点，分析了相应的教学策略。

1 基于深度学习的生物学实验教学解析

1.1 实现深度学习的疲乏现状 为了顺应生物学教学改革的潮流，一线教师也逐步开始抛弃将实验作为传授科学知识和训练实验技能工具的旧观念[2]，并着力精致实验教学、训练学生科学探究的意识和能力。笔者通过对江苏和重庆两地13所国家级或省级示范性高中的实验教学的观察，发现教师实验教学的实践水平在不断地提升，实验课堂上虽惯性体现了对学生技能的训练，却也常见实验原理的分析，并注重强化探究的教学策略。

例如，以“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”一节为例，大多数教师在教学时会从实验的设计原则和分析方法出发，让学生理解控制变量的实验基本原则，并让学生通过对照组(H2O2自然分解)与实验组(加入无机催化剂与肝脏研磨液)的对比，分析自变量和因变量，并从中得出结论。整个课堂中师生间的言语互动一问一答巧妙行进。但是，笔者深入分析后却发现教学过程中往往剖析的是实验设计的原则与注意事项。此外，学生的兴趣与情感较难被激发，课堂教学停留在对实验原则概括、对实验步骤梳理以及对实验原理理解的层面，这种课堂教学难以促进学生达到深度学习。不难看出，实验教学要实现深度学习需渗入情感、态度和价值观，需加强对生命观念与社会责任的培育。

1.2 实现深度学习的着力点解析 具体如下：

1.2.1 触及实验内涵，体悟学科思想 基于科学哲学角度思考事物的“内涵与外延”，教学纵深应当触及实验内涵性思维方法并深入理解，从而体悟生物学科思想的过程。任何一个经典的生物学实验都融入了科学家探求生命奥秘的思维方法，而凝集成这种思维方法的是科学家内在的学科思想[3]。

例如,在“生态缸的制作”一节实验时，教师可先简略地复习“生态系统的组成与功能”的相关内容，然后让学生分组合作尝试制作一个密闭的“生态缸”。其次，通过小组的展示与完整性评价，对其原理进行讲解： 即密闭有限的空间内，根据能量流动与物质循环的原则，合理设计生态缸内的各成分组成，是可以让生态缸维持稳定的。实验教学行进到这里不应是结束，而应该纵深下去让学生描绘生态缸中的能量与物质的转变情况，之后给学生引入生态学中最基本的学科思想——平衡： 能量的进入与消耗、物质的传递与循环都是维持生态平衡的内在物质基础，从而最终构成了生态系统的稳定性。

该教学过程既调动了学生之间自主合作学习，又充分展现了生物学科思想的一大内涵——平衡，让学生在触及实验内涵中体悟学科思想。

1.2.2 探寻实验外延，渗透人文素养 以上是实验教学纵深内部的着力点，如果要扩展其外延进行实践纵深，就应当转向另一个着力点——渗透人文素养。从生物学实验教学的科学本质出发，其不仅需要在科学哲学层面实现知识技能到思维方法，再到学科思想的跃迁；更需要通过对科学史与科学社会学的学习理解，品悟人文价值、科学精神，并为学生树立正确的世界观、人生观和价值观。基于实验的设计、观察和分析得出的科学结论、带来的科学变革，有助于发展学生必备的人文素养。

例如，在进行“腐乳的制作”一节实验课时，教师不仅应当让学生理解实验原理，还可以“舌尖上的中国”作为情境主线，让学生了解我国自古就有利用微生物发酵的传统习俗，彰显古人的智慧，以渗透乡土根基、家国情怀。由此，可见科学虽是需要理性求真，但如果融入人文求善，往往会纵深进入情感、态度和价值观的层级。所以实验教学也应与生产生活密切关联，以合理的生命现象、实验观察，契合对生命活动规律的探寻，向学生渗透科学影响下的人文素养。

又如，以“探究土壤中小动物的丰富度”一节实验为例。首先，在给学生讲授完成了土壤中小动物丰富度的探究原理与步骤之后，将学生分组进行探究；然后，取出教师事先从印刷厂周边、学校草坪中和湿地保护区搜集出来的土壤，让学生探究不同土壤中的小动物丰富度；在接下来的探究中，既让学生注意使用等量的土壤，又让其采用多份土壤进行丰富度的探究，以明确实验中的控制变量与多次重复的严谨处理；最后，结果发现丰富度最大的是湿地保护区，最低的是印刷厂周边，由此引出人类不当的社会活动会影响物种多样性，并破坏生态平衡，从而最终建立起学生爱护环境的意识观念，并唤起他们的社会责任感。

该教学过程具有较强的目的性、情境性，既契合了生物学教材的内容，又渗入了人文素养。

2 基于深度学习的生物学实验教学策略

2.1 评价穿线，领悟精髓 实现体悟学科思想的纵深可行的操作是将实验背景知识梳理后，让学生通过合作学习的方式设计并进行实验。然后，再针对学生设计的实验进行评价。一开始的知识梳理是为了让学生的实验设计更为切实可行，教学过程更加简约精致，从而更好地突出核心知识、技能与思想。尽管学生小组间设计的实验可能选材不同、结果有异和思路别样，但实验基于的原理大体相同，其内涵的生物学科思想也是几乎不变。所以，教学中就可以采用问题教学主线的方式，来逐步引导学生对实验探究进行评价。

所谓问题式的主线教学，即采用一系列精心设计的类型丰富、质量优良的教学问题贯穿教学过程，以培养学习者解决问题的能力，实现其对实验内容与学科本质思想的透彻理解。正如上文所论述的生态缸教学案例一样，根据生态系统的基本知识设计制作“生态缸”，接着教师用问题链引导的评价主线层层递进、步步深入。实验教学中先让学生顺藤摸瓜寻找其与教材实验中的异同，然后从差异中分析设计的严密性、可靠性和多样性[4]，从相同中领悟制作中共有不变的思维与精髓，并进而体悟其中蕴含的学科思想——平衡。

2.2 激疑入境、对话生成 基于以上的实验评价教学过程，可让学生便于捕捉到生物学科的本质，但科学知识往往枯燥抽象，在很大程度上会削弱学生学习动机。而研究表明情境化教育可以凸显学生的主体地位、彰显课堂的生命化价值[5]，此时则需要突出实验探究的情境化问题意识，即激发疑问并与学生现实生活紧密关联，以情境带动学生的好奇心和求知欲。最终实现在良好的教学氛围下促进学生对知识的内化吸收，并在教学情境的对话中生成人文素养。

用与社会生产、现实生活密切相关的话题引入，所设的这些情境问题的引入在增加学生学习兴趣的同时，也可以从科学社会学的角度落地生命观念、社会责任等方面的人文素养。上文在“探究土壤小动物的丰富度”实验时，正是带着这种情境进行探索，从而唤起学生的社会责任意识。此外，教师还可以用重走科学探究之路，既让学生体验科学家的工作，又渗入科学需要坚持不懈的科研精神这一观念。无论如何实验教学中人文素养的渗透，应当可以在激发疑问下缓缓进入情境，在师生、生生对话中逐步生成人文素养。

(基金项目：江苏省泰州市教育科学“十三五”规划重点课题“主线教学在高中生物学实验课中的实践研究”，No.tjkzdlx2017/008；江苏省泰州市中小学教学研究课题“促进高中生物实验探究能力生根的学习过程优化”,No.TZJYS-YBLX2015074；*通信作者)