基于深度学习的高中生物学实验教学设计

蒋欢乐

摘要 基于深度学习理论，根据高中生物实验教学的特点，提出了在高中生物实验教学中通过创设情境引领学生积极参与、生成问题激发学生深度思维、实践操作培养学生知行合一等手段加强学生深度学习的方法。

关键词 深度学习 生物学实验 教学设计

中图分类号：G4 文献标识码：A

在高中生物学验证性实验中，教材明确提出了实验操作步骤，学生只要机械地根据实验步骤、按部就班就能够完成实验操作。在这类实验操作过程中，学生往往缺少对实验过程的主动构建和反思，学生仅仅只是消极被动接受、简单重复和机械记忆知识，处于识记、领会层次的浅层学习。教师如何将这类验证性实验提升为能够让学生进行主动知识构建、能够批判性学习新知识，并促进学生将它们融入原有的认知结构中，能够灵活运用所学知识和能力解决实际问题的深度学习呢？笔者在高中生物实验设计中进行了如下的尝试。

一、创设情境，引领学生的积极参与

深度学习要求学习者进行主动学习。深度学习下的主动学习是教学中的学生学习，而不是学生的自习，并不能自然发生，必须要有教师的引领和帮助。创设真实有意义的学习情境，有利于教师引领学生的深度学习活动，引导学生进行主动学习。真实有意义的学习情境能有效地激发学生的学习动机，使学生将学习动机由外在的压力转变为自身的需要，提升求知欲，促进学生在感觉、知觉、思维、情感、意志、价值观等方面全身心投入参与，引导学生的深度体验，促进深度学习的发生。学习情境的创设要求做到以下3点：①创设的情境要具有生活性，尽量联系生活实践，有利于激发学生的学习兴趣;②创设的情境要具有挑战性，能激励学生挑战自我，促进学生形成积极的内在学习动机;③创设的情境要具有探究性，才能激发学生的深层思维。

例如，“DNA的粗提取与鉴定”是高中生物学中的经典验证性实验，实验目标是为学生提供从生物体内直接提取DNA的机会，体验细胞中DNA的粗提取和鉴定。这样的实验目标属于浅层学习目标中的识记、领会层次，学生对实验操作的兴趣往往不高。笔者在实验前给学生提供了如下学习情境。

第一，增强种薯的生产经营，规范脱毒种薯行为。增强马铃薯脱毒种薯市场的有效管理，紧抓市场管理规范生产经营，对马铃薯的脱毒种薯生产经营、生产地基地、种薯质量作出相关规定。加强对种薯仓储、加工、检验等要求，认真贯彻马铃薯生产和经营许可。通过规范相关生产条件，明确准入门坎，有效提升种植马铃薯生产能力和标准，保证质量。

情境中提供了与学生生活熟悉的油桃案例，研究成果可以直接应用于实际生活。这种有意义的情境体验活动大大地激发了学生的学习兴趣，激活了学生的思维。学生迫切希望知道应如何去提取DNA，如何更进一步去研究DNA，为实验中如何提取DNA等实验操作提供了研究的背景，激发了学生的探究欲望。

二、利用生物实验来培养学生科学探究能力

实验是学习生物课程必不可少的一个环节，进行实验可以帮助学生探索生命、生物现象和规律。所以在高中生物的授课中，生物老师应当重视实验方面的教学并同时开展相应的探究活动，培养学生的学习和探索欲望。让学生可以通过实验探究，发现将要学习的或者已经学过的生物学的有关问题。在探究过程中加强团队精神、合作意识和创新能力的培养。例如，在“观察紫色洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离及复原的实验”的教学中，可以利用实验活动或者演示示范来解释紫色洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离及复原原理。通过此实验，学生将学习相关植物表皮细胞质壁分离及复原知识，在自主动手实验的过程中，激发学生的探究精神。在实验中教师可以设计有关问题，让学生带着问题就去思考、去开展实验。利用这种开放的问题来对学生进行引导，让学生思考怎么样利用自己学到的知识从多个不同的方面进行探索和解决问题。再者，生物教师可以适当地打破传统实验活动限制并将生物实验教学进行有效延伸，使得学生可以投身到校园的生物环境中顺利地开展生物实验探究活动。

三、实踐操作，培养学生的知行合一

深度学习是知识迁移与运用的过程，学生将学习所获得的科学知识迁移到实践中进行运用，在新的问题情境下解决新情境中的实际问题，即实现知行合一的过程。如在上例中，学生根据油桃DNA提取的过程生成了问题，总结得出了DNA的理化特性，此为“知”，根据DNA的理化性质运用在新材料中的DNA提取，即为“行”。学生通过“行”完成实验操作，达到实验的目标。

学生进而根据DNA的性质，从洋葱细胞或其他材料（如鱼卵、菜花）中提取DNA。学生可以根据油桃DNA的提取步骤，运用类比方法总结出洋葱细胞等实验材料中DNA的提取实验步骤。①选用洋葱作为实验材料时，先将洋葱进行研磨，在研磨实验时加入1/10体积的洗涤剂瓦解细胞膜破碎细胞，获取含DNA的滤液;②在溶有DNA的物质量浓度为2 mol/L的NaCl溶液中加入蒸馏水并向一个方向轻轻搅拌，目的是稀释滤液至0.14 mol/L，减少DNA的溶解性，有利于DNA更多地析出;③溶有DNA的溶液中分别加入酒精去除滤液中的杂质等过程，提取出纯度较高的白色絮状的DNA。根据上述实验步骤完成实验，通过迁移与运用的知行合一，实现深度学习。

深度学习不是学习内容的深度和难度，而是关注学生的学习过程和状态，促进学生深度理解和不断的自我反思。教师通过上述实验设计的改进，将原本枯燥乏味的实验转变为具有挑战性的学习主题，转变为能让学生一种体验成功、获得发展的有意义的学习过程，学生主动学习积极性高。这样有利于学生对知识整合和归纳，促进学生知识体系的完善，加强学生对知识的整体把握，有利于激发学生对知识的深入思考主动学习。学生在追求知识主动加工的过程中，积极参与，从而体验到成功，提高探究性能力，增强合作意识。教师关注学生应用、分析、评价和创造等的发展，有利于帮助在学生运用、分析、综合、评价层次上认知目标的达成，落实学生的生物学学科核心素养的培养。

参考文献

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[3]郑友育.运用启发教学，提高质疑思维[J].科技信息（科学教研），2008（15）.