生命观念视域下的生物学大概念深度学习实践

孟凡龙 崔 鸿

(1华中师范大学生命科学学院 武汉 430079； 2扬州大学附属中学东部分校 扬州 225003)

生命观念是《普通高中生物学课程标准(2017年版)》倡导的生物学学科核心素养4个要素中独具生物学学科特点的维度，是学科核心素养的标志、基础和支柱，将引领和推动教师的专业发展和课堂教学的理论与实践[1]。作为一线教师，如何在生物学课堂教学中具体落实核心素养？深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习，注重批判理解、知识构建、迁移运用，是实现有意义学习的有效途径。本文尝试通过“细胞呼吸”内容的深度学习，引导学生以生命观念引领细胞呼吸的过程，形成科学的自然观和世界观，指导探究生命活动规律，解决生产生活中的实际问题。

1 生命观念视域下的深度学习之价值内涵

观是行为的方法，念乃动机的产生，观念是主体思想所表达出的意识形态。生命观念是对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。生命观念建立在概念学习基础上，高中生在实际学习过程中易于接受一个事实性知识，但要建立一个或多个大概念比较困难，需要用一个或多个单元的教学安排逐步完成。大概念处于生物学学科中心位置，包括对原理、理论等的理解和解释，对学生学习具有引领作用[2]。在教学中，基于一个个生物学事实围绕生物学次位概念、重要概念和大概念来组织并开展教学活动(图1)，有助于学生对知识的深度理解和迁移应用，也有助于发展学生的生物学观念。例如：

图1 生物学知识的层级体系

概念2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖(大概念)

2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域(重要概念)

2.2.4 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量(次位概念)

深度学习是在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科核心知识，理解学习过程，把握学科本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、正确的人生价值观，成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀学习者，成为未来社会历史实践的主人[3]。

2 生命观念视域下的深度学习之实践进路

2.1 科学选择学习单元 学习单元是某一类性质相同的核心内容集中在教材中具体呈现的编写方式，核心内容群可能由一个或几个学习单元构成。教学时需要依据课标、教材、学情等科学选择学习单元，如在新授课中，一般教材都会按照学习单元来设计的，不需要有大的改动，可以适当微调前后章节的教学顺序。在复习课中，学习单元的设计就可以基于专题设计学习单元，例如，以细胞结构的整体性为例进行深度学习时，可以涉及细胞的物质组成、细胞的结构和功能、细胞分裂、基因控制蛋白质的合成、反射弧的组成、植物组织培养技术、动物细胞核移植技术等内容。

2.2 整体分析单元内容 从单元系统整体性的视角，把握单元内容的学科本质和学生学习重点，提炼学生发展的关键能力，以此来确定单元整体目标和探究主题，如系统观、进化观、建模思想、科学探究、环保理念等。以高中生物学模块1中的“概念2细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”为例进行单元整体分析(表1)。

表1 高中生物学模块1中概念2的单元内容整体分析

2.3 深度设计学习方案 基于深度学习的教学方案注重问题情境设计、意义联接内容的有效整合、学生的批判性建构、活动体验、可持续评价等，以“细胞呼吸”为例展开分析。“联想与系统”是深度学习的基本特征，需调动学生将所学内容与己有经验建立结构性的关联，从而使知识转化为与学生个体有关联的、能够操作和思考的内容。细胞是最基本的生命系统，其中的线粒体等各要素不是孤立地存在，每个要素在系统中都处于一定位置，起着特定作用(表2)。教学过程中通过学生的模型建构线粒体的活动，如使用橡皮泥、软磁铁、卡纸、绘图、3D模拟等方式促进学生体验，联系生活情境，以结构与功能观逐步同化学生已有的知识结构体系，进而建构生命系统的结构与功能观[4]。

表2 线粒体的结构与功能的相关性联系

“活动与体验”是深度学习的核心特征，学生主动全身心参与“探索”“发现”“经历”知识形成的过程。细胞呼吸产生大量ATP的同时也在消耗ATP，糖酵解过程是葡萄糖转变为丙酮酸的一系列反应过程，是生物最古老、最原始获得能量的一种方式，在此过程中需先消耗2分子ATP，后逐步产生4分子ATP。细胞呼吸中有大量的化学反应过程，几乎每一个步骤都涉及物质的相互转化，进而储存或释放能量，高效节约地保障细胞各项生命活动的能量供应。教学过程中可用软磁铁来模拟细胞呼吸过程中物质和能量的变化活动，通过学生的直观体验感悟生命系统的物质与能量观。

“本质与迁移”是深度学习的属性特征，要求学生抓住知识的本质属性去全面把握知识的内在联系，提升学生对学习对象深度加工的意识与能力，并迁移应用在教学实践中。线粒体在不断的进化中存在着精巧的适应性。原线粒体通过吞噬作用进入真核细胞后开始“互利”共生，逐渐地关闭与丢失很多基因，只保留了祖先的一些基本特征。现在的线粒体与细胞之间相互协调、互相扶持，共同组成一个有机统一的整体。基于线粒体的功能特性，学习者还需要迁移了解原核细胞的呼吸场所和方式。线粒体的发展历程凸显了进化与适应相统一。

“价值与评测”是深度学习的目标特征，引导学生自觉思考所学知识的价值、局限，并促使学生主动质疑、批判与评价，养成自觉理性的精神与正确的价值观。生命系统是灵动的、开放的，内部时刻发生着物质变化和能量转换，但多数时候维持相对稳定状态。糖酵解和葡萄糖的合成是在对立统一中寻求稳态，稳态的维持依赖信息调控，如：通过丙酮酸激酶变构抑制效应来调节糖酵解过程，维持血糖相对稳定[5]。教学过程中引导学生基于物质的产生和消耗来评测细胞呼吸，维持细胞的稳态与平衡；细胞呼吸与个体呼吸的协调，维持生命体的稳态与平衡。

2.4 评价测量教学效果 指向生命观念的评测是学科质量监测的关键，通过学生解决真实情境问题，可测试出学生的核心素养水平。基于从描述事实→运用单一的观念或概念进行解释或说明→经提示后调用多个概念解释现象或阐明观点→自主调用多个观念综合解释现象或阐明观点的线索，对“细胞呼吸”中有关生命观念学业质量顶级水平进行描述[6](表3)，注重表现性评价与持续性评价相结合，客观、准确地把学生对知识的理解、掌握和应用程度表达和区分出来。

表3 生命观念的学业质量水平层级内容

生命观念中的四个观念之间相互融合交叉为不可分割的有机整体，其中只有进化与适应是生物学学科本体观念，其余都是跨学科的思维观念，因此在教学过程中要注重基于深度学习，培养跨学科思维，在实践情境中培育生命观念，教学是教师与学生双主体间的互动过程，教师应从关注知识教学转变到注重素养培育，真正内化核心素养理念并指导教学，在夯实概念的基础上形成生命观念，并能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象，理解生命与环境辩证的关系。