深度学习视角下发展学生生物学科核心素养的策略研究

曹艳

【摘要】文章探讨了指向核心素养的“深度学习”教学策略。以“基因突变”这节课为例，本节课引导学生以“基因突变”的概念建构为主线，导入部分采用“基于问题”的学习，引导学生提出问题，开启深度学习。学生通过对知识的迁移应用，促进科学探究能力的培养，从而提高综合素养。

【关键词】核心素养;深度学习;科学探究

【基金项目】福建省教育科学“十三五”规划2019年度立项课题“基于STEM教育的高中生物探究课程设计与实践研究”，编号：FJJKXB19-521。

本次高中生物课程的改革以发展“生物学科素养”为导向和宗旨，贯彻落实“立德树人”的根本任务，这些都是通过日常的课堂教学加以落实的。长期应试教育形成的惯性，使得在传统的生物课堂教学中，教师更注重知识的传授，更关注一节课包含哪些知识点，重点要讲些什么，对知识呈现的方式关注很少。从学生素养发展的角度来看，获取知识虽然很重要，但是更重要的是获取知识的方式和途径。学生在获取知识時，求知欲能否被点燃？能否利用科学思维主动建构知识？能否在获取知识时理解科学概念是如何被探索发现的？能否在寻求新的理解过程中提出问题，并寻找证据去解决问题？能否将这些新的知识体系与过往的经验相联系，并将其内化为素养加以利用？这些都是面对新课程改革，教师在备课过程中需要认真考虑的。如果教师继续沉迷于传统的“讲授式教学”，恐怕很难提高学生生物学科的核心素养。

深度学习是指针对孤立记忆和非批判性接受知识的浅层学习而言，是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中，是注重知识应用和问题解决的一种学习方式[1]。学生在对重要概念进行深度学习时，首先要有自己对科学世界的认识，即对新知识的获取是建立在前概念的基础上进一步分析、综合、评价，最终建构新的知识体系，并且可以应用新的知识来解决问题。深度学习强调教师主导下的学生主动参与、积极建构，强调学生的教育性发展。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动力、积极的态度、正确的价值观，成为极具有独立性、批判性、创造性，又有合作精神，基础扎实的优秀的学习者，成为未来社会历史实践的主人。本文以人教版高中教材《生物必修2：遗传与进化》中第5章第1节“基因突变”的学习为例，探讨深度学习视角下发展学生生物学学科核心素养的策略。

一、“基于问题”的学习，引导学生提出问题，开启深度学习

学生生物学科核心素养的提高有一个很重要的方面，就是学生在真实情境中解决问题的能力得到提升。在真实的生物学问题情景中，让学生尝试思考并解决问题，是训练科学思维的有效途径。因此，设计合适的问题情景，是教师需要特别重视的。本节课以日常生活中与生物学有关的问题为情景，激发学生的兴趣，引发学生对实验现象背后本质原因的思考。

例如，“基因突变”这节教学设计的导入部分，利用现实生活太空南瓜的案例，引导学生思考可遗传变异和不可遗传变异的本质区别是什么，进而引出基因突变属于可遗传变异。课前让学生用X射线、化学诱变剂诱变萌发中的大豆种子，并对种子萌发率影响的结果进行汇报。学生提出问题：为什么经过物理和化学方法处理过的大豆种子萌发率明显低于对照组？利用学生亲历的实验引发学生的思考，引导学生在科学实验探究中通过对结果的分析发现值得探讨的学科问题。此外，在学生课前实验中，培养学生设计实验、实验操作的能力。同时，学生在设计实验时，注意对照组和实验组的设计，学会控制单一变量。这样，学生严谨的实验学思维和实验技能都得到了很大的提升。

二、概念模型建构促发深度学习，培养学生科学思维

建构概念模型是形成生物学核心素养的重要途径。生物学科不是科学事实的堆积，而是一个概念体系。事实是不能迁移的，概念是能够迁移的，可以迁移到新情境中，用来分析和解决问题。教师应该引导学生构建概念体系，尽量避免知识的片段化和割裂。同时，大概念的教学有利于学生形成生命观念。建构概念的教学策略包括情境创设策略、问题驱动策略、概念网络策略及检测与应用策略等。在建构概念的过程中可以采用多种策略促发深度学习。

例如，本节课在构建“基因突变”的概念时，列举基因突变的实例，创设真实的问题情境，假设角色变成医生，应该如何分析镰刀型贫血症的病因。利用真实情境来引导学生解决问题，更能激发学生的兴趣。学生利用前概念，引发认知冲突，并最终分析得到氨基酸的改变是直接原因，而蛋白质的合成受到基因控制，进而得出基因中碱基对的替换才是导致镰刀型贫血症出现的根本原因。最后通过分析得出镰刀型细胞贫血症是由DNA分子中碱基对替换引起的一种遗传病。此外，让学生回顾囊性纤维病的病例，进一步引导学生分析得到其发病的根本原因是基因碱基对的缺失导致的。同时，学生通过分析豌豆的皱粒实例，分析其形成的根本原因是基因碱基对的增添导致的，最终引导学生建构出“基因突变”的概念。

在建构“基因突变”的概念过程中，教师通过唤醒学生大脑中的前概念，将其作为新概念生成的生长点，以问题驱动学习过程（思考、讨论、资料分析、观察、实验等），层层深入，螺旋上升，形成自我对新知识的理解，建构新的概念[2]。学生通过尝试构建概念模型，体验在建立模型过程中的思维过程，领悟概念模型建构的方法，获得和巩固有关概念，学生的归纳与概括等能力都得到很好的训练。因此，深度学习可以有效地在课堂教学中培养学生的科学思维。

三、知识的迁移应用，促进科学探究能力的培养

本节课提供“青霉素高产菌株的理性筛”的文献，学生模拟科学家在科研过程中对高产青霉素菌株的筛选过程，分析设计不同的实验方案，提出实验过程中可能出现的问题，并给出解决方案。在探究活动中，学生提出自己的问题，计划、设计并开展科学探究活动，去解决其中一些问题，并在科学探究中获取新知识，形成生命观念。

STEM教育是培养创新型人才的一种很好的方式，它更注重科学实践，其内涵完全包容科学探究，并加入了工程学应用。STEM是基于问题的教育，以学生为主体，让他们自己动手动脑去解决实际问题。本节课将STEM教育很好地整合到课堂教学中，学生可以在实验探究室进行青霉素高产菌株的诱变和筛选实验，对上课设计的实验方案进行落实，观察现象并分析统计数据，最终得出结论。学生本人参与实践和问题解决，同时亲历科学的发现过程，努力将新知与旧知相联系。在科学探究的过程中，学生通过深度学习对知识进行迁移应用，解决真实情境中的问题，极大地带来学习的乐趣，学生更愿意主动参与，丰富科学知识，从而发展生物学科核心素养。在本节课的探究活动中，学生通过合作探究，最终得出基因突变的特点和诱变方法。

四、课后拓展延伸，促进深度学习评价

深度学习还强调对学习过程的建构反思，可以通过构建思维导图来实现。思维导图是思维可视化的表征，它能把学习者内在的知识结构通过外化的图形展示出来。通过思维导图，我們可以直接观察到学习者在知识结构上的变化。

当然，教师也可以利用表现性评价，对学生深度学习的结果做出评价。目前的评价由多项选择题、简答题和至少一或两个表现性评价任务组成。例如，本节课回归导入问题“经过物理和化学方法处理过的大豆种子萌发率明显低于对照组的原因是什么？”进而追问“如何验证你的想法？”“如果想确定大豆种子是否真的发生基因突变，你有怎样的想法？”“能否设计一个实验证明？”设计良好的表现性评价可以更好地评价批判性思维、有效沟通和语言表达等能力，弥补传统客观纸笔测验主要关注肤浅学习和基本技能的不足，有利于对学生生物学科核心素养进行客观的评价。

五、在深度学习中，提升学生社会责任感

一个能力很强的人未必是一个素养很高的人。因此，我们不仅要培养学生的能力，而且要提升学生的社会责任意识，培养其社会责任感，引导其积极关注社会议题，愿意讨论并作出科学解释。在本节课中，学生通过对基因突变的诱变因素的深度学习，了解并愿意主动向他人宣传健康的生活方式，远离诱发基因突变的外在因素，提高本人、家庭及社区的生活质量。

六、结语

新一轮的课改不再是教师简单地传授知识，更重要的是学生获取知识的方式。本节课的教学引导学生利用实验创设真实情境，引发学生的思考。学生通过概念模型构建和科学实践，在深度学习中最终回归学科本质，建立“生命观念”，同时科学思维和科学探究能力得到很好的发展，促进生物学科核心素养的提升。

【参考文献】

刘永德，李玉婷，潘苗.基于系统思维设计教学模式的探究[J].现代中小学教育，2020（02）：18-23.

吴成军.试论科学思维及其在生物学学科中的独特性[J].生物学教学，2018（11）：7-9.