基于深度学习理念的初中生物实验教学研究

黄明兴

(重庆市杨家坪中学,重庆,400050)

一、引言

深度学习理念是现代教育领域的一种先进理念,强调学生在学习过程中的深层理解与思考。这种理念主张超越传统的记忆和重复,注重培养学生对知识的深入探究和应用能力。在初中生物实验教学中,这一理念的应用尤为关键。生物学科不仅涉及丰富的理论知识,还包括实验技能和科学探究方法。深度学习理念在这一领域的运用,能够促进学生从表层的知识记忆转向深层次的理解和实践应用,让学生在掌握生物学科知识的同时,培养其科学探究能力和批判性思维。基于此,本研究拟基于深度学习理念,研究初中生物实验教学,旨在切实提升教育质量,提高学生的学习效果,促进学生的全面发展。

二、价值

深度学习理念在初中生物实验教学中的应用,具有深远的教育价值。深度学习理念有利于培养学生的深层次理解力和思维能力。在以往的教学模式中,部分学生习惯于被动接受知识,将重点放在事实的记忆和重复上,一定程度上忽视了知识背后的逻辑、原理和联系。深度学习理念推崇的是一种主动、探索性的学习方式。在这一理念下,教师不仅是知识的传递者,还是学习的引导者和促进者。[1]通过实验教学,学生能够主动探索和解决问题。这种教学方式不仅使学生能够更深入地理解生物学的基本原理和概念,而且有助于培养他们的批判性思维、创新能力和问题解决能力。基于深度学习理念的实验教学有利于增强生物学科的实践性和综合性。生物学是一门实验科学,通过实验可以直观地展现生物现象和过程,使抽象的理论知识具象化,更易于学生理解和掌握。当实验教学与深度学习理念相结合时,学生不只是在完成独立的实验操作,而是在通过每个实验活动深化对生物学知识的理解,并将所学知识应用于新的情境中。例如,在进行植物生长实验时,学生不仅要观察植物的生长过程,更要探究光照、水分、土壤等因素对植物生长的影响,从而理解植物生理学的基本原理。深度学习理念下的教学方式有助于学生形成系统的生物学知识结构,提高科学素养。

三、困境

(一)缺乏生物探究积极性

初中阶段的生物学实验教学是一种以学生为中心,以培养学生能力和素养为目标的教学模式。在传统的生物学实验教学中,学生缺乏实验探究的积极性和主动性,对生物学科的兴趣和认知存在局限性。部分学生仅将生物学视为需要记忆的学科,而非探究和实验的过程。这种认知导致学生在面对实验教学时,缺乏必要的好奇心和探究动力。生物学的复杂性和抽象性进一步加剧了这一问题,让学生难以理解和掌握生物学的深层次原理,导致学生对实验活动的参与热情不高。学生的基础知识和实验技能不足也是造成其缺乏探究积极性的重要因素。在初中阶段,学生接触的生物学基础知识相对有限,对实验方法和科学探究的理解有限。当他们面对复杂的生物实验时,可能会感到无所适从,缺乏有效探究的自信和能力。此外,实验操作的难度和风险可能会进一步抑制学生的探究欲望,从而对实验结果产生负面影响。

(二)教材知识利用单一

在初中生物实验教学中,教材呈现的生物知识较为单一,部分生物知识的内容和结构较为简化,缺乏深度和复杂性。教材主要集中于介绍基础的生物学概念和原理,知识点背后更深层次的科学原理和研究进展需要教师的主动拓展。若教师仅限于教授教材中呈现的简洁的知识体系,虽然便于学生理解和记忆,但难以激发学生的思考和探究欲望,导致学生在学习过程中缺乏深度和广度上的探究。同时,由于篇幅的有限,教材中现有的实验内容的丰富度和探究性有待提高。部分教师在进行实验教学时,多开展书本中的验证性实验,即通过实验验证已经学习的理论知识,缺少探究性实验的设计,不注重培养学生的实验设计能力和科学探究精神。这种做法限制了学生在实验中的创新和自主探究,实验教学成了单纯的知识验证过程,而非深度学习的机会。[2]

(三)忽视评价的激励作用

传统的评价体系侧重于对学生知识掌握程度的量化评估,忽略了对学生探究过程和能力的评价。在这种评价体系下,部分教师的评价主要集中在学生的考试成绩和作业完成情况上,忽视了评价过程中对学生探究精神、创新思维和实验技能的关注。这种以结果为导向的评价方式,不仅弱化了学生的学习动力,还阻碍了学生在生物实验中的深入探究和自我提升。教师在评价过程中还缺乏有效的激励机制和反馈策略。评价不应仅是对学生学习成果的反映,更应是一种激励学生深入学习和探究的手段。在实际教学过程中,一些教师在评价时缺乏对学生个体差异的考虑以及对学生学习过程和努力的正面反馈。这种忽视了学生个体差异、缺乏鼓励性反馈的评价方式,很难激发学生的学习兴趣和自我提升的动力。

四、教学策略

(一)优化课前导入,激发探究兴趣

深度学习要求学生主动参与,在积极的情感体验中,主动发现问题和解决问题。因此,教师应在课前精心设计教学环节,激发学生的探究兴趣。“细胞的分裂与生长”是初中生物的基础知识点,涉及细胞周期、有丝分裂和无丝分裂等概念。这些内容对于学生以后深入理解生物体的生长发育和遗传至关重要。由于其抽象性和复杂性,部分学生难以理解和掌握。在课前,教师可以准备一些与细胞分裂和生长相关的日常生活案例,如植物的生长过程、皮肤愈合等。通过展示这些生动的实例,引导学生思考这些现象背后的生物学原理,激发学生对细胞分裂知识的好奇心和探究兴趣。同时,教师可以提出引导性问题,如“你认为植物是如何长大的”或“当我们受伤后皮肤是如何愈合的”等,激发学生的思考和讨论。这些问题可以在课前通过班级讨论板或网络平台发布,鼓励学生自主预习和思考。此外,教师可以将细胞分裂的知识点与学生已经学过的相关知识(如细胞结构、DNA复制等)联系起来。例如,引导学生回顾细胞核的功能,特别是在控制细胞活动和存储遗传信息方面的作用,在细胞分裂过程中细胞核中的DNA如何复制以保证每个新细胞都能获得完整的遗传信息。通过梳理这些知识之间的联系,学生可以理解细胞分裂不仅是细胞数量的增加,更是遗传信息传递和细胞功能维持的重要过程。这种生动的课前导入不仅能够激发学生的探究兴趣,还有利于帮助学生构建整体的知识框架,增强学习的连贯性。

(二)创设生活情境,促进学生理解

在初中生物教学中,将学科知识与学生的日常生活紧密联系起来是提高教学效果的关键。以七年级下册“食物的消化”为例,该课涵盖了消化系统的结构和功能、食物消化的过程、人体对不同类型食物的消化方式等知识,包括对消化系统的结构分析和食物消化过程的实验观察,如淀粉在唾液作用下的消化实验。教师可以从学生的日常饮食入手,让学生列举自己常吃的食物,引导他们思考这些食物在体内是如何被消化的。例如,教师可以先展示面包和牛奶的图片,激发学生对食物成分的好奇心。接着,教师引导学生思考“面包中含有大量的淀粉,它们进入我们的体内后是如何变成人体能够利用的糖分的呢”。学生提出各种猜想,教师在此基础上解释唾液中含有淀粉酶,可以将淀粉分解成糖分,供身体利用。[3]随后,教师进行淀粉消化实验。在实验过程中,教师可以让学生带来家中的淀粉质食物,如面包和土豆。实验开始前,教师先解释淀粉和糖分的基本知识,以及唾液中的淀粉酶如何作用于淀粉。然后,教师将学生带来的食物切成小块,放入试管,接着向试管加入少量的唾液,并在室温下放置一段时间,观察淀粉的变化。其间,教师可以引导学生讨论为什么要加入唾液,唾液中的哪种成分对淀粉起作用等问题。一段时间后,教师使用碘液测试是否还存在淀粉,如果淀粉被分解,碘液不会呈现蓝黑色。最后,教师总结淀粉在唾液作用下被分解成糖分的过程,让学生理解消化酶的作用机制。教师可以设计一系列以消化系统为主题的互动游戏或探究活动。[4]例如,教师可以模拟食物通过消化系统的旅程,模拟人体的消化系统。教室的每个区域代表消化系统的不同部分,如口腔、食道、胃、小肠等。学生被分配到不同的器官站点,扮演相应的消化器官角色。活动开始时,一组学生扮演食物进入“口腔”区域。在这里,扮演唾液的学生“喷洒”(通过动作模拟)唾液,解释唾液中的淀粉酶开始分解淀粉。扮演食物的学生表示自己开始“分解”。接着,“食物”学生进入“食道”,模拟食物的运输过程。到达“胃”时,扮演胃液的学生用喷壶模拟喷洒胃液,解释胃酸和胃蛋白酶如何进一步分解食物,“食物”学生做出被“分解”的反应。随后,食物学生进入“小肠”区域,扮演肠液和胰液的学生“喷洒”肠液和胰液,解释这些液体如何帮助最终分解食物,并促进营养物质的吸收。“食物”学生表示自己已经被完全“分解”,营养被“吸收”。最后,食物学生到达“大肠”,模拟水分的吸收和废物的排出过程。在整个活动中,教师不断引导学生讨论,在每个消化阶段,食物经历了什么变化,消化器官如何工作。这个互动游戏不仅能够让学生身临其境般地体验食物的消化过程,而且可以增强他们对消化系统结构和功能的理解,使抽象的生物学知识变得生动和具体。

(三)开展实践活动,提高综合能力

开展各类实践活动可以有效提升学生的综合能力,尤其是在科学探究、数据分析、团队合作等方面。以八年级上“种子的萌发和芽的发育”为例,此课旨在帮助学生理解种子的结构、萌发的条件和过程、植物早期发育的基本原理,实验教学通常包括对种子结构的学习、对萌发条件的探究和实验观察种子的萌发过程。在该课教学中,教师可让学生收集不同种类的种子,如豆类(豌豆、绿豆)、谷物(小麦、玉米)和花卉种子(向日葵、莲花)。教师引导学生通过观察和比较,了解种子的多样性和特点。例如:豆类种子通常较大,有光滑的外表面,颜色多样,含有明显的种脐;谷物种子较小,形状较为扁平,表面粗糙,颜色较单一;花卉种子大小和形状多样,颜色和表面纹理各异。[5]教师引导学生将种子分类并创设讨论:“观察这些种子的特点,这些特点如何反映了它们各自的生长环境和适应性?”学生提道:“豆类种子的大体积可能有助于存储更多的养分,支持初期生长;谷物种子的扁平形状有助于在风中传播;花卉种子的多样性可能与其繁殖策略和环境适应性有关。随后,教师可以设计一个长期的实践项目,让学生在班级或学校创建一个迷你花园。学生负责选择植物、制定种植计划、管理植物的生长并记录观察结果。例如,学生在教师的指导下,可以设计并进行绿豆种子萌发实验。实验可以设置不同的环境条件,如湿度:干燥,适度湿液(如每天喷水保持湿润),过度湿润(如持续浸水);温度:低温(约15℃),室温(约25℃),高温(约35℃);光照:无光照,散射光照(如窗边),直接阳光。学生需要记录种子在不同条件下的萌发率和生长速度,通过绘制生长曲线进行结果分析,了解不同环境因素对种子萌发的影响。在实践活动结束后,学生需撰写研究报告,并进行口头展示。例如,通过观察,得出结论:“在适度湿液和室温条件下绿豆种子的萌发率最高,随着时间的增长,萌发率迅速上升,显示出最佳的生长速度。在过度湿润或干燥的条件下,绿豆种子的萌发率较低,生长速度缓慢。在低温或无光照的条件下,绿豆种子的萌发率最低,生长进程显著受阻。”在口头展示过程中,其他学生可以提出问题,如“在高温条件下,种子的生长是否有特殊变化”或“不同种子在同一环境条件下表现是否一致”。这有利于锻炼学生口头表达的能力,提高学生的批判性思维。

(四)实施科学评价,优化学生深度学习过程

在基于深度学习理念的初中生物实验教学中,实施科学评价是优化学生深度学习的关键环节。科学评价不仅关注学生知识的掌握程度,更重视学生探究能力的培养、思维过程的发展和创新能力的提升。在评价过程中,教师应采用多维度评价指标,不仅评价学生的知识掌握情况,还要评价学生的实验技能水平、数据分析能力和问题解决能力。例如,在种子的萌发和芽的发育实验中,评价不仅包括学生对种子结构和萌发过程的理解程度,还包括设计实验的创新性、数据记录的准确性和分析结果的深入性。同时,教师应提供学生实验过程的具体反馈,指出学生在实验设计、操作、观察记录等方面的优点和需要改进的地方。例如:在实验设计中,如果学生的实验设计缺乏对照组,教师应建议学生设置一个标准环境的对照组,以更准确地评估不同条件对种子萌发的影响;在操作过程中,教师可以指出学生需要改进的具体细节,如在测量温度和湿度时使用更精确的仪器,或者在处理种子时采用更统一的方法,以减少实验误差;在观察记录中,如果学生的观察记录不够详细,教师可以建议学生每天记录种子的外观变化,并拍摄照片作为实验记录,有助于学生更全面地分析实验数据;在数据分析中,教师则可以指导学生使用图表更直观地展示数据,并建议进行比较分析,探究不同变量对萌发过程的具体影响。[6]此外,教师可以引入激励机制,鼓励学生在学习和实验中积极探究和尝试。例如定期举办实验成果展示活动,让学生向全班展示实验过程和成果。这种公开的展示既是对学生努力的认可,又能够激励学生更加投入实验活动。教师还可以设立特定奖项,如“最佳实验设计奖”“最精准数据记录奖”等,对在实验设计、数据记录和分析方面表现突出的学生进行表彰。通过实施这些评价措施,教师不仅能够更全面地了解学生的学习情况,还能有效激励和指导学生深入探究,切实优化学生的深度学习过程。这种评价方式强调学生能力的提升,一定程度上支持学生的个性化学习,有助于提高学生的自主学习能力,培养学生终身学习的习惯。

五、结语

基于深度学习理念的初中生物实验教学是一个多方位、深层次的教学改革过程。这一过程不仅涉及教学内容的丰富和教学方法的创新,还包括评价机制的改进。通过优化课前导入以激发学生的探究兴趣、创设生活情境以增强学生理解、开展实践活动以提高学生综合能力、实施科学评价以优化学习过程,教师能够更有效地促进学生的深度学习,激发学生的好奇心,培养学生的探究精神。这种教学方式有助于夯实学生的生物学知识基础,培养学生的科学思维和实验技能。未来的生物实验教学应继续探索和实践这一理念,不断优化教学策略,为学生提供更加丰富并且能够互动和创新的学习环境,以培养更多具有深度学习能力和科学探究精神的人才。