深度学习视角下高中生物实验教学探讨

王雪洁

高中生物课程中，实验教学是重中之重，学生实验操作能力直接体现学生对学科知识的理解与应用水平。但是就目前来看，各高中院校所开展的生物实验教学偏教条化、模式化，对学生的创新能力、思考能力培养不足，难以达到理想的教学效果。在深度学习视角下，各高中生物教师要积极转变教学态度，调整教学方式，改变目前所处的教学困境，进一步提升生物实验教学质量。本文基于深度学习视角，探讨了高中生物实验教学方式，从多方面提出了一些策略建议，希望能够为广大生物教师提供教学参考。

深度学习是最新的教学指导理念，由Ference Marton 、

Roger Sajo两位学者提出，该理念是基于浅层学习，是对多层次学习模式的扩充，其指出布鲁姆的认知层次总共分为6层，其中前两层学习模式是浅层学习，后四层则是深度学习。深度学习主要是指：当学生已经学习并理解所学知识后，对知识的探索性深入学习，在这一过程中，学生的学习主动性、知识运用能力、思维能力、分析能力以及学习能力都会显著提升。因此，在高中生物教学中，引导学生进行深度学习是很有必要的，尤其对于实验教学来说，深度学习能帮助学生更好地理解生物学科的科学本质、理科属性。各高中生物教师要基于深度学习理念的指导，从目前生物实验教学的现状出发展开思考，分析教學问题，并以此为前提制订完善的教学方案，只有这样，才能有效提升学生的综合素质，达到理想的教学效果。

1 深度学习及高中生物实验教学

生物课程是高中阶段的重要课程之一，而实验教学又是生物课程的一部分。近几年来，教学改革不断深入，实现深度学习，对于高中教育而言具有很强的指导意义。在高中生物实验教学中，也需要基于深度学习理念，对教学活动展开创新构建。这就需要生物教师，要对深度教学和对实验教学的要点予以把握。

1.1 深度学习

深度学习这原本是起源于人工智能领域的一个概念，原本是指人工智能通过深度学习，提高智能化程度。后来深度学习的概念，被逐渐引申到教育领域，并由此提出了针对教育活动的深度学习模式，并将深度学习分为了六个层次，由浅入深分别为：记忆、领会、应用、分析、评价和创造。记忆和领会，属于基础学习层次，也是目前教育活动大部分时间所处的阶段。而应用、分析、评价和创造这四个层次，属于深度学习的范围，并且程度不断加深。针对当前的教育活动来说，在素质教育的要求之下，教育工作者需要对传统的教育模式展开创新构建，推动教学活动的程度加深，让学生达到深度学习的状态，可以从教育活动中取得更多收获。

1.2 高中生物实验教学

针对高中生物课程来讲，实验教学是其中的组成部分。结合生物课程的内容安排来说，可以分为理论教学和实验教学两个部分。理论教学，就是针对教材课本上的理论知识展开教学，将理论知识传授给学生，给学生奠定理论知识基础。而实验教学，则是立足实验操作，向学生讲解实验原理，揭示其中的生物知识，并指导学生展开实验操作，培育学生的实验实践能力。针对生物实验教学来讲，其主要的教学内容，可以分为以下几个方面：一是讲解实验原理。在开展生物实验的教学时，教师要对实验的原理进行讲解，让学生知道实验的内涵。二是演示实验操作。在讲解实验原理的基础上，生物教师需要实际动手，对实验操作予以演示，向学生清楚展示实验的操作流程，并讲明其中的操作要点和注意事项。三是指导学生实践。教师完成讲解后，就需要指导学生单独或是小组合作，开展实验实践，并且要填写实验报告。

2 深度学习视角下高中生物实验教学存在的问题

对于高中生物实验教学来讲，在深度学习视角下，需要对教学活动展开创新构建，要通过对生物实验教学的创新，达到深度学习的效果，让高中生可以从实验教学中取得更多收获。

2.1 材料选择不合理实验效果不佳

在开展生物实验教学时，需要对实验材料进行合理选择，这样才能确保实验取得良好的效果。如果实验材料选择不合理，那么就会影响到实验效果，从而降低实验教学的质量。比如观察细胞结构，一般多是选择洋葱表皮细胞，主要原因是洋葱表皮细胞的体积大、排列规则，容易被观察到。而且本身是紫色，不需要人为染色也能观察清楚。如果选择菠菜、白菜等植物的细胞，实验效果就不会那么好。在实际教学中，个别教师想要创新，但是却没有选择合理的材料，导致实验效果不佳。

2.2 对实验的内涵原理揭示不深入

在生物实验教学中，揭示实验的内涵原理，加强学生认知，这是关键的教学目标。不过，结合当前高中生物实验教学的具体开展来说，部分教师在教学过程中，对于实验内涵原理的揭示并不深入，往往只是按照教材对学生进行理论化的实验原理说明，没能借助一些直观手段来做出讲解分析，导致学生对实验原理一知半解，进而影响到后续的实践操作。

2.3 实验教学局限课本缺乏拓展

高中生物实验教学的开展，还需要关注到教学拓展，要打破教材课本的限制，从课外引入一些生物实验的教学内容，对教学活动予以拓展，扩展生物实验的教学空间，让学生可以从中得到更好的学习收获。但是，目前在实际的教学活动开展中，部分生物教师并未关注到教学拓展这个方面，对实验教学的规划设计，是以教材课本作为范本，教材中编写了哪些生物实验，就针对相关实验进行教学。而教材中没有编写的生物实验，则没有予以关注，这就造成教学活动较为局限，缺乏拓展，不能加深生物实验教学的深度。

2.4 实验方法单一缺乏创新构建

为了实现高中生物实验教学的深度学习，还需要注意到对实验方法的创新，对于一个生物实验，可以创新不同的实验方法，对相关的实验现象进行验证。通过不同的方法来完成生物实验，也可以增强学生的理解，让学生对相关生物知识灵活掌握。然而从当前高中生物实验教学的具体开展来说，不少教师所采取的实验方法非常单一，就是依照教材中的方法来开展实验，并没有创新使用其他的实验形式，从而导致实验教学缺乏深度，与深度学习的要求存在违背。

2.5 教学方法传统教学不够多样

在高中生物实验教学中，还需要对教学方法进行多样化的构建，通过不同手段来开展实验教学，确保教学活动具有相应的深度。但是目前不少生物教师在实施实验教学的过程中，所采取的教学方法较为传统，就是以理论讲解和按时操作为主，对于一些新方法、新设备的使用不足，例如：对多媒体教学设备的使用较少，对信息化、网络化手段使用不足，导致生物实验教学效果较差，深度不足。

3 基于深度学习视角优化高中生物实验教学的策略

针对高中生物课程的实验教学来讲，其作为生物教学的重要组成部分，对于学生的实验理解和实验操作掌握具有重要作用。在深度学习的视角下，生物教师需要认识到目前生物实验教学存在的问题不足，然后通过合理措施对生物实验教学予以优化构建，最大程度提高生物实验教学的有效性。

3.1 注重实验材料的合理选择，保证实验效果

对于实验本身来说，选择合适的实验材料、合理地运用实验材料能保证实验效果不出现偏差，能获得理想、鲜明的实验现象，同时还能简化实验操作步骤，节约实验时间，避免反复的无效操作，节约实验成本。因此，要想对实验进行深入学习，教师在针对某一个实验进行教学前，要提前分析、了解该实验，并重点考虑“什么样的材料才是理想的实验材料”，提前准备或指导学生准备材料，这对于保证实验教学质量很重要。

例如，在带领学生学习“DNA粗提取与鉴定”这一实验时，需要采集动物或植物细胞，教师可以在课前让学生根据预习准备合适的实验材料，不同学生可以准备鸡血、香蕉、洋葱、鱼白等材料用于实验，这些材料在选取难度、DNA溶出量、成本等方面存在一定差异，可在实验课堂上让拥有不同实验材料的学生组成一组，共同完成观察实验，实验进行过程中学生会发现：洋葱有刺激性气味、鸡血的获取难度性较高且容易凝固、鱼白的获取成本较高，而香蕉、猕猴桃等水果样本容易获取、DNA清晰，更方便用于实验观察，且操作难度更低，实验成功率更大。通过这样的实验教学方式，不仅能丰富学生对各种实验的了解，更带动了学生积极地对实验过程、实验结果进行分析，培养了学生的科研探索能力，让学生学会对材料的收集难易度、成本等多方面进行综合分析，自主优化实验材料，简化实验，最高效地达到实验效果。

3.2 着眼实验内涵，提升学生的学科思想

生物实验教学的价值不仅仅局限于帮助学生理解生物知识，更在于可以让学生走进生物学科思想，跟随实验感受生物学家探究生命奥秘的路程，所以要想真正做到深入学习，教师就必须着眼实验内涵，加强学科内涵教育，提升学生的学科思想，教会学生正确的思维方法。

例如，在对“制作生态缸”这一实验进行教学时，教师可首先向学生提问：“生态系统是由什么组成的？”“生态系统的功能是什么？”引导学生回顾之前所学的知识，为接下来的实验教学做铺垫。而后，将学生按照优差结合的方式进行分组，并向学生提出“请小组同学一起制作一个密闭的生態缸”的要求，在制作完成后，分组上台向同学们展示作品并解释所作作品，最后再由教师、同学对各组作品进行综合评价，而评价标准便是所作生态缸是否符合能量流动与物质循环的基本原则，生态缸是否能稳定运行。为使学生更深入地学习并理解该实验，教师要带领学生在完成该实验的基础上，深入分析生态缸内能量、物质的转化形式。在这样的教学模式下，学生的合作能力、探究能力都能得到提升，同时也能让学生通过该实验了解生物学科思想的内涵，体悟学科思想。

3.3 适当拓展实验，将人文素养教育渗透于实验教学中

要想让学生更深刻地理解实验，并学会如何将所学运用于实际生活，教师还要在教学中拓展实验，将人文素养教育渗透于实验教学中，不仅让学生通过实验学会生物知识技能，培养科学思维方法，还要实验结合生活，体会实验所承载的人文价值、科学精神，帮助学生树立正确的三观，这也是深入学习视角下生物实验教学的重要内容。

例如，在进行“发酵”这一实验教学时，教师可带领学生一起制作腐乳，这是一种通过发酵得到的食物，制作过程不仅体现了发酵的原理，还与我们的实际生活息息相关。在教学时，教师可通过多媒体播放《舌尖上的中国》中腐乳相关的视频选段，让学生了解我国利用发酵的历史，感受古人的智慧，培养学生的家国情怀。

又例如在“探究土壤中小动物的丰富度”这一实验的教学中，教师可以先讲解具体的实验步骤与方法，然后让学生自主完成实验并与小组成员就实验探究原理、实验结果等进行探究讨论。在完成基础实验后，再由教师引导学生进行进一步深入探究：“同学们，不同环境下的土壤中小动物的丰富程度一样吗？若不同又有什么规律呢？大家一起去不同的地方寻找土壤再来实验吧！”学生们纷纷从学校草坪、湿地、工厂等地方寻找到不同的土壤，反复进行土壤丰富度的探究，实验发现：不同的土壤中小动物的丰富度存在很大的差异，且小动物丰富度从高到低排序为湿地土壤、学校草坪土壤、工厂土壤。在得出实验结论后，教师还要引导学生思考为什么会存在这些差异，学生会得出：因为工厂人流量大，人类活动多，且工厂造成的污染会破坏生态平衡，减少土壤中的动物含量。这样的实验能激发学生热爱环境、保护生态平衡的意识，进而提升学生的社会责任感，所以将人文素养培养融入教学是很有必要的。

3.4 使用多种试验方法，引导学生探寻最简化实验流程

相比初中，高中生物实验操作难度更大，操作步骤更复杂，甚至很多实验教师已经明确给出实验方法与步骤，并逐步指导学生操作，但实验结果仍不理想，教学目标难以实现，鉴于此，引导学生思考“怎么做实验？”“怎么做好实验？”是很重要的。纵观当前的高中生物实验教学，部分教师照本宣科，要求学生严格按照教材上的实验步骤完成实验，导致学生在实验操作时完全依靠背诵，按部就班地执行每一步呆板的操作，而不知道“为什么这么做”“如果不这么做会怎样”，这样的实验教学往往不能很好地培养学生的创新精神、科学探究精神，使得实验教学偏离既定轨道。

因此，为真正提升学生的实验操作能力，锻炼学生的创新思维和科学实验思维，教师一方面要按照教材要求，教会学生正确的实验操作方法，另一方面又要带领学生“走弯路”，让学生自己去思考、去体验，在试错的过程中找到最佳的实验办法，不仅要学会怎么操作，还要知道为什么这么操作。例如，在对“绿叶中色素的提取与分离”一实验进行教学时，很多学生不清楚添加碳酸钙和二氧化硅两种化学试剂的作用分别是什么，在实验室不能把控正确的投放方式、投放用量，导致最终实验结果欠佳。这主要是因为对于这两种试剂的理解，学生们还仅仅是通过教材阐述和教师讲解，自己对这两种试剂的作用和使用方式都是靠死记硬背记下来的，缺乏真实的使用感受，容易记混。

而在实际实验操作中，如果让每一位学生都分别使用不同分量、不同种类的试剂进行试错，又会浪费大量实验时间，针对这种情况，教师可以对学生进行分组，让组内不同学生或按照教材指导或自主增减试剂进行实验，形成对照实验组，组内对比不同色素滤液的颜色、状态，直观感受不同条件下的实验结果，这不仅能让学生明确不同试剂的作用，还能加深学生的记忆，让学生更真实、深入地领悟实验原理，理解这一部分的生物知识。

3.5 优化教学方法，使用多种技术呈现实验过程

传统刻板的实验教学方法，往往只能认识基本的生命活动规律，对于隐藏其中难以观察的细微实验现象、生命活动并不能直观了解，这导致深入学习很难进行，鉴于此，教师可以在实际教学过程中优化教学方法，借助多种媒体的功能、优势对实验过程、实验现象进行清晰的呈现，将原本静态的教材图像转化为动态的反应过程，以此帮助学生更直观地理解、探索相关知识。

（1）借助多媒体技术将微观生命现象宏观化展现

通过实验教学，学生可以更直观地理解所学的生物学概念，但某些蕴含在实验现象中的微观生命现象和规律却难以凸显，导致学生对所学知识的理解停留在表面，不能知其然更知其所以然，这是当前高中实验教学面临的重难点，针对这种情况，教师可将先进的多媒体技术应用于实验教学中，将细小、典型的生命现象和实验规律直观、宏观地呈现于学生面前，便于学生理解。

例如，在对《有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性》这一课进行教学时，课本要求学生要通过开展“制作和观察根尖细胞有丝分裂简易装片或观察其永久装片”这一实验来了解有丝分裂，但这一实验的发生过程相对细微，能否成功很大程度上取决于实验操作技术与观察条件，为保证学生能清楚地看到有丝分裂不同时期的典型画像，教师可以借助数字化显微镜观察技术，对实验过程中产生的图像进行放大化呈现，或通过照相机拍摄并上传至学习平台，方便学生直观地观察，让学生可以在丰富的观察情境中进行实验探究。相比直接用图片进行教学，这种方式更能激发学生的学习积极性，方便学生观察讨论，培养学生的抽象思维。

（2）借助视频工具直观呈现实验操作、反应过程

实验的成败在很大程度上取决于实验操作的规范性、材料的规范性，而大部分学生仅按照教材提示步骤完成实验，很容易出现偏差，为保证实验效果，教师要及时对学生不正确的实验操作方式进行纠正，同时针对实验过程中出现的一些实验现象要及时分析，帮助学生理解实验。而要做到这些，仅靠教师的逐一指导是很难完成的，教师可以借助视频工具直观地呈现实验操作和反應过程，及时地对学生进行指导，并与学生就实验现象进行互动。

例如，在对“观察根尖分生组织细胞有丝分裂”这一实验进行教学时，教师可能会在解离、染色过程中增加不同量的解离液、染液，若量过多，会造成试剂浪费，而量过少，又难以达到理想的实验效果，教师可以在讲台上进行实验操作直播，让学生通过观察屏幕上教师的操作方法来控制用量，自主纠正自己错误的实验操作。另外，部分学生对显微镜的使用很陌生，不能规范操作仪器，在实验观察时不能准确找到根尖分生区，或不能识别有丝分裂的各个过程，不能与教材上的图例一一对应，教师也可以录制完成的操作视频，将重难点一一呈现，发送在学习平台上，方便学生对照操作，保证学生的正确操作。而学生也可以在自主实验的过程中将实验变化拍下来发送给同学、老师，与大家一起分析实验过程中出现的问题，讨论实验原理、实验现象的成因，以此方便大家在共同探讨中共同进步，达到理想的教学效果。

4 结束语

对于高中生物实验教学来说，开展深度学习很有必要，深度学习能帮助学生更好地理解生物学科的科学本质、理科属性，提升教学效果。针对目前高中实验深度教学现状，各高中生物教师要基于深度学习理念的指导，从注重实验材料的合理选择，保证实验效果，着眼实验内涵，提升学生的学科思想，适当拓展实验，将人文素养教育渗透于实验教学中，使用多种试验方法，引导学生探寻最简化实验流程，优化教学方法，使用多种技术呈现实验过程等方面做好教学优化，切实解决当前教学工作中存在的弊病，提升教学质量与效果，帮助学生更好地理解所学知识，凸显实验教学的真正价值。

（作者单位：甘肃省酒泉中学）