基于深度学习判断法则的“渔场”设计研究

田奇林 曹永国

【摘 要】在深度学习中，教育教学必须由“授人以鱼或渔”向“授人以‘渔场”的方向变革。在生物学教育教学过程中，教师就如何依据深度学习“联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价”等判断法则进行“渔场”设计，引导学生在发现知识、理解知识、应用知识、求证知识和创造新知的过程中掌握科学的思维方法，发展高阶思维能力。

【关键词】生物学;深度学习;判断法则;“渔场”设计

【作者简介】田奇林，特级教师，中国教育学会教育沙龙课程主讲专家，主要从事中学生物学教育教学及其研究;曹永国，苏州大学教育学院副院长，教育学博士，苏州大学教育学院教授、博士研究生导师，主要从事教育哲学、教育学术史研究。

【基金项目】广东省教育能力提升计划“十三五”规划重点课题（2016ZQJK043）;深圳市教育科学2020年度规划课题重点资助项目（ZDZZ20015）;深圳市教育科学2019年度规划课题重点资助项目（ZDZZ19022）;江苏省哲学社会科学研究基金重点项目（18GLA001）

深度学习是超越心理学和生理学的社会活动，是教育教学实践及理论研究成果的提炼与升华，是对一切机械学习、表层学习的反思[1]117。在实施深度学习的教学活动中，教师必须依据深度学习的特征处理好教师、学生和知识能力等核心要素之间的关系。在生物学教学过程中，笔者就如何运用深度学习判断法则进行“渔场”设计进行研究。

一、深度学习与“渔场”设计的概念界定

在教学活动中，教师如何在“渔场”中实施深度学习？需要从哪些角度去界定？笔者从以下两个概念进行探究。

1.深度学习

深度学习追求对策略性知识的进一步深化，是学生在教师的引领下，围绕教师授予的“渔场”能够批判性地学习新的知识和思想，注重对知识接受之后的反思和认知结构的重建，并在建构的复杂的知识网络中将习得的知识迁移到新的情境中解决实际问题，以及做出决策的积极建构、深度参与、成功体验、综合发展的行为和思维习惯的学习过程[2]5。深度学习的核心是主动的意义建构、有效的知识迁移和真实的问题解决，浅层学习、表层学习、机械学习乃至强调主动参与的单纯的有意义的学习、探究性学习和理解性学习等都不是深度学习。因此，学习过程中是否有联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价等活动成为判断深度学习是否发生的重要依据。

2.“渔场”设计

“渔场”，即教师创设的有助于深度学习的真实情境，是促进深度学习的活动载体，是具有挑战性的学习主题，其为深度学习建构情感场、提供情境场、留足探索场、创设问题场、提供创造场，是倡导问题化学习，促进深度学习发生的根本保证。在实施深度学习的过程中，教师不仅要注重教学方式的转变，还要注重教学内容的变革（由低阶知识到高阶知识;由低阶学习到高阶学习;由低阶思维到高阶思维）。实施深度学习，必须将理论研究和实践探索的重心转移到发展学生的创新和批判性思维等高阶思维能力的真实情境（“渔场”）的设计。

二、基于深度学习判断法则“渔场”的设计要求

1.注重联想与结构，促进知识与经验的相互转化

聯想与结构既指某种学习方式所处理的学习内容，也指学生学习方式的样态。唤醒或改造以往经验的活动称为联想，将以往经验融入当下教育教学并得以提升和结构化的过程称为结构[2]6。作为学习方式的样态，联想与结构处理的是个体经验与人类认识知识之间相互转化的问题。要实现将这些经验自觉进入和辅助当下的教育教学，形成新的知识结构，促进学生能力的提升，需要教师的帮助、唤醒和改造。

在深度学习中，应通过联想与结构把原本孤立的知识建构在结构和系统中，转变为能够被唤醒、被调用，能够说明其他知识内在联系的结构与系统，并能在结构、系统中呈现其意义。如在教学“细胞癌变及预防”专题知识时，教师授予以下“渔场”，积极引导学生进行联想，形成结构，促进经验与知识的相互转化。

【“渔场”1】建构“细胞癌变及预防”的联想与结构系统（如图1）。

该“渔场”倡导问题化学习，旨在引导学生将所学的碎片化的、零散的、杂乱无章的有关“细胞癌变”知识信息（癌细胞的特征、探索过程、机理阐释和肿瘤防治）建构成有结构、有逻辑、有体系的联想与结构，同时也留足诸如“原癌基因的发现”“抑癌基因的发现”等探索场及“肿瘤怎样防治”等问题场。学生在教师授予的“渔场”引导下，根据当前的学习活动去调动、联想、激活原有的经验，对学习内容（癌细胞的特征、探索过程、机理阐释和肿瘤防治）进行组织使之融会贯通，从而建构出自己独特的知识结构[1]139。

教师在建构问题场时须注意：提出的问题要联系生活实际;要紧跟教学内容，能促进教学进程或者能使学生发生认知冲突，让学生所学的知识得以运用;要了解学生的知识基础水平和能力水平，在学生认知的基础上做到层层深入。

2.重视活动与体验，完善学生的学习机制

活动与体验是落实深度学习的重要运行机制，是深度学习的核心。活动是以学生为主体的主动活动，体验是学生在深度学习活动中发生的高尚理性的内心体验[3]。学生要成为学习的主体，教师必须要为他们提供有亲身经历知识的发现（发明）、形成、发展过程的机会，使学生成为活动主体[4]。如在教学“种群增长”这一内容时，教师要让学生重视活动，并开展“测量浮萍（浮萍属）的种群增长”项目化学习，授予的“渔场”如下。

【“渔场”2】测量浮萍（浮萍属）的种群增长。

浮萍是一种微小（直径1～4毫米）的植物，常长在污浊的水塘里。浮萍属通常进行无性繁殖，也能进行有性生殖[5]。

实验步骤：

（1）新学期的第一周，教师在一个有照明的水族箱里放置了10棵浮萍。要求学生每周都对浮萍的数量进行记录，数据贴在水族箱旁边。

（2）从第二周开始直到学期结束，每周都数一数水族箱里浮萍的数量，并将得到的数据绘制在图2中。

实验讨论：

（1）通过观察浮萍种群增长的活动体验，你得出的结论有哪些？

（2）种群的大小最终会发生哪些变化？导致种群发生变化的原因是什么？

学生通过对种群增长类型、发生条件、活动结果的阐述，种群发生变化原因的分析，如何绘制种群增长曲线等问题进行思考和讨论，以及教师对活动过程和成果进行评价等，加强了与教师之间的沟通、交流、合作。在深度学习中，教育教学是理智与情感共存鲜活的、有温度的活动。学生以全部的精神思想去体验和感受学习活动的细微精深与丰富复杂，真切地去体验伴随活动而来的困惑或喜悦。由此可见，活动与体验是教育教学中深度学习的核心[6]。

项目化学习是当前美国中小学广泛使用的一种教学模式，是以学习、研究学科的概念和原理为中心，学生通过亲自参与活动项目的调研，查阅资料和分析研究来解决问题，从而建构知识体系并运用到现实生活中去[1]103。“测量浮萍（浮萍属）的种群增长”的“渔场”设计，立足推进项目化学习，促进真实学习的发生，推进教与学的转化。

3.注重本质与变式训练，加强对学习对象的深度加工

本质与变式训练要求教师认识到如何处理学习内容（学习对象），才能有助于学生把握知识的本质，从而实现迁移。因此，致力于深度学习的教学能够全面把握知识之间的内在联系，并抓住教学内容深处隐含的本质属性，利用发散思维由本质推出若干变式[1]119。把握本质的过程是区分非本质与本质属性、去除非本质属性干扰的过程，是对学习内容进行深度加工的过程。教师可以引导学生主动进行归纳、演绎、情境体验、质疑和探究，使学生与学习内容之间建立起有机的联系。例如在“汗液的排出”教学中，教师设计了以下“渔场”进行研究。

【“渔场”3】图尔敏（Toulmin）提出了著名的Toulmin论证模型（如图3）。

科学论证是科学教学的方法之一，需要从学与教两个方面综合考虑其必要性和可行性。教师依据上述建构论证模型，选择“汗液具有排泄作用”和“汗液具有调节体温的作用”开展科学论证活动。

首先，对于“汗液具有排泄作用”的科学论证活动，教师引导学生将剧烈运动后蒸发的汗液在显微镜下进行观察。实验结果表明，汗液中存在代谢废物，实现了将检验尿液成分的方法迁移运用到检验汗液成分的活动中去[7]29。

接着，在“汗液具有调节体温的作用”的科学论证活动中，教师让学生戴上橡皮手套（紧贴皮肤），阻止汗液蒸发，感到闷热，取下手套后，感到凉爽，通过活动体验排汗降低体温的过程。在人体合作探究实验中，导致体温降低的因素多样，为了排除干扰因素，教师引导学生合作交流，确定模拟试验的方案。学生先进行模拟预实验：用纸巾模拟皮肤，将12张相同的纸巾用橡皮筋固定在温度计底部，测定纸巾温度。再将上述纸巾分为2组（每组6张），在凉爽的实验室内再次测量初始温度后，全部带至室外。第1组在室外放置150 s后测定温度，之后再滴加3滴清水，室外放置（模拟排汗）150 s后再次读数。第2组纸巾始终保持干燥，分别测量室外150 s和室外300 s的温度。实验结果见表1，实验证实了排汗具有降低体温的作用[7]30。

该“渔场”设计通过开展主题化学习，证实了排汗具有排泄和降低体温的作用。教师在教学中要帮助学生把握汗液排泄和汗液调节体温相关知识的内在聯系与本质。因此，教师在教学中除了要提供学习内容的标准正例，还要在授予“渔场”的设计中提供丰富的非标准正例。教师要引导学生由本质引申出变式，利用发散思维、聚合思维、批判性思维及元认知等创新思维训练学生掌握“汗液排泄和调节体温作用”的本质与变式的学习过程，增强创新意识，实现知识的迁移与应用[8]。

主题化学习的“渔场”适合用于一些具开放性、难度较大、不易理解或者用于课外兴趣拓展的教学内容，其内容往往涵盖多学科领域。学生在主题探究的过程中，综合使用多学科知识、多元智力和多种学习探究方式，培养解决问题、发明或生产某种产品所必要的实际能力。教师在安排主题化学习任务时，小组及组内学生间分工要明确。学生在完成任务后，再将各自的内容汇总报告，以免发生重复。这样的教学既可以拓展知识，也可以培养学生的信息处理能力、表达能力及团队协作能力[9]。

4.加强迁移与应用，重视模拟教学活动中的社会实践

迁移与应用注重将所学知识转化为学生综合实践能力，目的是培养学生的综合能力和创新意识。教师在教学“人与自然和谐共生”相关知识时，先形成联想与结构（如“渔场”4），再在此基础上给学生授予“渔场”（如“渔场”5），加强知识的迁移与应用。

【“渔场”4】“人与自然和谐共生”的联想与结构（如图4）。

【“渔场”5】十九大报告提出，加快生态文明体制改革，建设美丽中国。请就生态文明建设从生态学及其生态伦理角度回答下列问题。

（1）生态文明内涵与中华文明的基本精神基本一致，如“厚德载物”“众生平等”“道法自然”“天人合一”。这些词语体现了什么生态学思想？

（2）生态文明建设必须坚持保护和节约优先、自然恢复为主的方针。节约资源的重大举措有哪些？保护环境的重大举措主要有哪些？

（3）突出的环境问题是大气污染，因此，必须打赢蓝天保卫战、持续实施大气污染防治行动。京津冀地区的大气严重地危害人体健康，其污染物与污染源主要有哪些？

（4）开展创建节约型机关、绿色学校、绿色社区、绿色出行和绿色家庭等行动，是推进绿色发展的一项措施。这项行动措施的意愿是什么？

（5）十九大报告提出“统筹山水林田湖草系统治理”，这项重大举措的意义何在？

该“渔场”设计旨在实施实践性学习，将“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”的学习置于真实而具体的实践情境中，注重亲身实践节约资源和保护环境的重大举措，使学生深刻认识危害人体健康的污染物与污染源，亲身感悟山水林田湖草系统治理统筹的重大意义和绿色行动的意愿，是一种为学生在真实情境中运用所学的知识解决问题及学习新知识的过程[10]。其注重的不只是实践，更多的是在实践中通过“做”来运用知识、学习知识，提升实践能力和自主探究能力，具有主体性、社会性、情境性、开放性等特点[11]。

值得说明的是，“联想与结构”与“迁移与应用”相互对应：有“人与自然和谐共生”的结构，才能应用到“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”的实践中去;有对生态文明建设的目标、方针、策略和任务的联想，才能迁移到建设美丽中国的各项任务中去。应用是迁移的重要表征，是检验深度学习结果的重要途径，迁移是学习深度发生的重要指标。在深度学习活动中，对事物本质及其联系的准确把握，才是有意义的迁移与应用;迁移与应用是对本质与变式的印证与检验，前者强调学习者对学习结果的外显，后者重视学习者对教育教学内容的内化;迁移与应用同本质与变式紧密关联[1]175。

5.关注价值与评价，促进学生成长的隐性要素

价值与评价解决的是教育教学意义与终极目的，即教育教学是育人的社会活动，教育教学要以人的成长为旨归，教育教学所有活动都必然落实价值与评价[1]119。将价值与评价自觉化、明晰化和具体化是实施深度学习的重心工作。自觉引导学生有依据地评判所遭遇的事、人与活动，有助于他们形成正确的价值观，落实核心素养。教师在教学“酶的探究与运用”时，不仅注重关于生物、化学知识的教学，还要使学生与知识建立起关联，能够有依据地给出自己的判断与态度，成为选择与评判知识的主体。

【“渔场”6】中国科學院院士邢其毅先生编写的《基础有机化学》一书中指出，酶是生物化学反应的催化剂。酶按其组成成分可以分为结合蛋白质和简单蛋白质两类，至今还没有发现过一种非蛋白质的酶，即使发现一个与酶同样性能的非蛋白质，也不能叫作酶。结合蛋白质由酶蛋白和辅酶或辅助因子共同组成。辅酶是一些金属有机化合物或有机小分子，辅助因子主要是一种或多种无机离子。简单蛋白质的催化活性仅取决于蛋白质自身的化学结构。

酶的催化速度十分惊人，例如体内分解五千万个过氧化氢分子可由一分子过氧化氢酶在一分钟内完成。有些酶，如胰蛋白酶只水解由碱性氨基酸（如精氨酸和赖氨酸）的羧基形成的肽键，表现出非常强的专一性。有些酶，如胃蛋白酶几乎可以水解一切肽键，专一性并不强。从被分解的底物看，有些酶，如过氧化氢酶只能分解很小的分子H2O2;有些酶，如核糖核酸酶可分解巨大的核酸分子。

回答下列问题：

（1）铁是合成叶绿素所必需的，叶绿素中不含铁元素，但缺铁时植物在有光的条件下也不能合成叶绿素，而出现“黄叶病”。请根据上述资料阐释铁在该过程中所发挥的作用。

（2）现有胰蛋白酶（甲液）和胃蛋白酶（乙液）各一瓶，但忘记贴标签，有人设计的鉴定实验思路和阐释的实验原理如下。

设计思路：向装有蛋白质溶液的两支试管中分别加入适量等量甲液和乙液，再分别加入双缩脲试剂，观察颜色变化。实验原理：胃蛋白酶几乎可以水解所有肽键，蛋白质的水解产物中几乎全部是氨基酸;胰蛋白酶只水解由碱性氨基酸（如精氨酸和赖氨酸）的羧基端形成的肽键，产物中多肽丰富。加入双缩脲试剂后，后者几乎没有紫色呈现。

请对上述设计思路和实验原理进行评价。

（3）请阐述胰蛋白酶与胃蛋白酶功能各异的原因。

（4）请以过氧化氢酶为代表，设计实验方案证明酶具有强大的催化能力（含条件对照）。

（5）人教版高中生物必修1第5章第1节的“资料分析”中指出：“20世纪80年代，美国科学家切赫（T.R.Cech，1947—）和奥特曼（S.Altman，1939—）发现少数RNA也具有生物催化功能。”根据所学知识，就上面少数RNA是不是酶谈谈你的看法并提供证据。

该“渔场”旨在强化拓展性学习，对酶本质的认识是源于教材（酶是活细胞产生的具有催化能力的有机物，包含具有催化能力的蛋白质和RNA），而高于教材（邢其毅先生提出，具有催化能力的RNA不是酶），应用知识探究未知（探究胰蛋白酶与胃蛋白酶的功能各异的原因），注重实验探究过程（胰蛋白酶和胃蛋白酶的鉴定、酶具有强大的催化能力的证明）和知识创生（RNA不是酶）[1]172。“渔场”6提供邢其毅先生对酶界定的情境场，留足对他人设计的实验思路和实验原理评价，创设阐述胰蛋白酶与胃蛋白酶功能各异的原因和阐释铁在合成叶绿素过程中所发挥的作用等问题场，以及提供了要求学生分别为邢其毅先生和教材对RNA是否属于酶的认识提供证据支持的创造场。酶的探究与运用属于强化拓展性学习的“渔场”，使价值与评价贯穿于教学解决所设计的各个问题的活动中。价值与评价活动，不仅使学生自觉思考酶在知识系统中的作用与地位、优势与不足，教材对酶认识的局限及不同酶作用机理，而且使学生主动对酶的概念及铁元素在光合作用中的作用进行评价。

三、结语

综上所述，深度学习的根本目的在于提升学生的核心素养，引导学生在发现知识、理解知识、应用知识、求证知识和创造新知的过程中掌握科学的思维方法，发展高阶思维能力[1]4。在深度学习中，教师通过“授人以‘渔场”，引领学生涉入知识发现过程的复杂情境，促进他们成为知识发现的参与者并作为主体积极参与到课堂教学中。在教学实践中，教师必须依据深度学习所具备的特征（联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价）展开多元价值的对话，科学地进行“渔场”设计，确保深度学习在教师授予的“渔场”中得以实现[12]。

参考文献：

[1]田奇林.基于核心素养培育深度学习的研究：发展学习者的高阶思维能力[M].长春：东北师范大学出版社，2019.

[2]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养[M].北京：教育科学出版社，2018.

[3]郭华.深度学习的五个特征[J].人民教育，2019（6）：76-80.

[4]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016（11）：25-32.

[5]张海银.中学生物学实验创新与拓展[M].广州：广东教育出版社，2017.

[6]李贤.深圳基础教育改革热点难点问题与对策研究[M].深圳：海天出版社，2019.

[7]衣欣，刘颖.基于科学论证的“汗液的排出”教学[J].生物学通报，2016（12）：28-31.

[8]田奇林.由“低阶思维”向“高阶思维”学习模式的变革：基于核心素养培育深度学习的研究[J].求学（教学教研版），2017（7）：1-9.

[9]屈佳芬.引领学生深度学习：路径与策略[J].江苏教育研究，2017（28）：72-75.

[10]田奇林.基于发展学生“5C素养”的教学设计：以“基因在染色体上”一节深度学习为例[J].中学生物教学，2018（21）：17-20.

[11]褚宏启.中国基础教育现代化的六个关键问题[J].中小学管理，2018（10）：27-30.

[12]曹永国.想象式同情及其培育[J].中国教育学刊，2019（12）：27-32.

（责任编辑：陆顺演）