基于深度学习理论提高科学探究能力的有效路径

韦凤娟

[摘要]深度学习理论是帮助学生理解知识，提高学生学习能力，实现高效学习的理论体系。通过研究深度学习理论的内涵及特点，发现深度学习理论的学习要求与生物学学科核心素养中科学探究能力的培养要求高度契合，且通过挖掘深度学习理论归纳出提高科学探究能力的有效路径：还原科学探究背景，加深知识理解;审辨探究思路，培养批判性思维;创设探究情境，提高迁移能力;表达探究过程和成果，建立知识联系。

[关键词]深度学习;科学探究能力;有效路径

[中图分类号]

G633.91

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（ 2020）23-0092-03

一、科学探究能力的培养和评价

生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，其中“科学探究”在生物学学科核心素养中起着重要的奠基作用。通过针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施和结果交流与讨论，获得科学探究能力，培养科学思维，最终形成生命观念并回馈社会，担负社会责任。由此可见，培养科学探究能力是育人目标中的一个重点和难点。

根据Lunsford和Melear提出的科学探究能力评价的模式，科学探究能力的提高体现在能够主动学习科学概念、事实等实质性知识;能正确认识科学探究过程的程序;能流畅交流和表达探究结果;能在不同的情境中利用科学思维解决问题。因此，在生物课堂教学中，教师要结合生物学科的特点想方设法激发学生主动探索生物现象的热情，引导学生对生物科学探究过程进行正确的分析和理解，让学生掌握科学探究的思路和方法，表达探究的结果和体会，并能在不同的情境中应用和强化科学探究。

二、基于深度学习理论提高学生科学探究能力的有效路径

上海师范大学黎家厚教授提出，深度学习是在理解的基础上，批判性地学习新的知识和新的思想，并将其和谐地融人已有的知识结构中，与众多知识和思想建立密切的相互关系，还能将新知识迁移到新的情境中，做出正确的决策和判断。

深度学习是相对于浅层学习而言的，要求学生为理解而学习，能对知识进行正确的审辨和批判，能够在不同的情境中进行迁移和应用，能够与已有的知识建立密切的联系。深度学习的目标是培养学生的核心关键能力，培养学生的高阶思维，并让学生能利用这些能力和思维去解决实际问题。

面向深度学习的教学应该重新审视“为什么教”“教什么”“怎么教”“教得怎么样”这四大问题，为培养学生的核心素养而教学，教学的内容应紧贴课程标准的要求，利用多样的教学策略帮助学生理解、审辨、迁移和应用。同时还要求学生正确表达自己的学习成果以便于教师进行教学评价和反思。

深度学习对理解、审辨、迁移和应用的高标准要求与科学探究能力的培养的要求不谋而合。一方面，利用科学探究过程实现对生物现象规律的理解、审辨、迁移和应用，实现深度学习;另一方面运用体现深度学习的教学策略，加深对科学探究过程的理解，强化对科学探究思路的审辨，在多种情境下应用探究思维等方式可以提高学生的科学探究能力。

因此，在生物课堂教学中可以通过以下教学路径提高学生的科学探究能力，实现深度学习：①还原生物科学探究的背景，激发学生的探究热情，加深学生对科学探究问题和科学探究过程的理解;②以表格框架的形式对科学探究过程进行审辨，挖掘科学探究的思路和方法，培养批判性思维;③创设多种类似的科学探究情境，让学生及时学以致用，在新的探究情境中解决问题，提高迁移能力;④归纳和总结探究过程的体会，表达探究过程和成果，建立知识联系，形成有机的知识整体。

三、基于深度学习理论提高学生科学探究能力的教学实践

《植物生长素的发现》是人教版生物必修3第三章第一节的内容。教材选取了长达半个多世纪的“植物向光性”问题的探索中的经典实验，以问题串的形式一步步引导学生对植物向光性的本质进行探索。但是，若教师仅仅对教材实验进行讲解和分析，学生也仅仅是了解了植物向光性的探究历程，能说出植物向光性的原因而已，学生的认知程度还停留在浅层学习上，不足以提高学生的科学探究能力，强化学生的科学探究思维。因此，首先应还原关于植物向光性探究的实验背景;然后通过表格引导学生对教材实验进行审辨和合理性分析;接着引导学生将植物向光性的科学探究思路应用在多种情境中;最后总结归纳内化形成自己的科学探究知识体系并表达交流。

1.还原探宛背景

教材通过展示达尔文、鲍森·詹森、拜尔、温特等多位科学家对植物向光性的实验探究历程，归结出植物向光性的原因。其中涉及“胚芽鞘感光部位的探究”“胚芽鞘生长部位的探究”“生长素产生部位的探究”“生长素本质的探究”“向光性机制的探究”等。按照时间主线，将近半个世纪的关于植物向光性的主要研究及现代对植物向光性的研究发展串联成一个完整的探究科学史。通过还原这些探究实验的背景，激发学生对植物向光性现象的探索热情，加深学生对植物向光性现象和本质的理解，促进学生体会科学实验探究的渐进发展。

2.审辩探究思路

为了提高学生的科学探究能力，使学生形成批判审辨的思维，可以表格的形式引导学生对实验中的探究问题、实验假设、实验对象、自变量、因变量、方案设计、预期结果、实验结论等进行辨析，思考实驗设计的合理性，或提出更完善的改进方案。（如表1）

学生在表1的填写过程中，逐渐厘清科学探究的思路和方法，体会科学探究需要遵循的相关原则，强化自己的科学探究思维。特别是小组讨论实验合理性的环节中，可以延展学生的思维深度和思维广度，活跃学生的批判性思维。学生在对教材的六个实验的审辨过程中，这种思维得到不断强化和加深，直到熟练掌握，内化成自己的知识和能力。

3.创设探究情境

学生学会了实验探究的方法后，教师要创设多种情境让学生应用。在还原科学探究背景和审辨科学探究思路阶段，学生已经能够清晰地认识到植物向光性的本质是单侧光影响生长素横向运输，导致生长素分布不均匀的结果。接着马上引导学生思考：还有哪些刺激可以影响生长素的横向运输呢？学生可能会提出多种环境刺激，可以先让学生共同讨论其可能性，然后鼓励学生按照审辨探究思路阶段的表格设计实验进行探究，实现多情境的横向探究。例如，探究重力作用下的植物生长，探究失重状态下的植物生长，探究摩擦力作用下的植物生长，比较重力和单侧光对胚芽鞘生长的影响（如表2），等等。