深度学习视域下高中生物学教学的实践

吴美云

摘 要：本文以“深度学习”理论为指导，在“血糖平衡调节”的教学中通过情境创设联结经验、穿针引线构建模型、模型变式体悟实质、模型应用深化责任四个教学环节指向深度学习的五大特征（联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价）;旨在引导学生开展深度学习，培养高阶思维，构建深度学习的高中生物课堂。

关键词：深度学习;血糖调节;模型建构

深度学习概念源于人工智能领域，近年来因时代对人才的需求及信息发展的技术支持使其在教育体系中迅速兴盛。所谓深度学习，是指在教师的引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程[1]。与简单机械的浅层学习有别，深度学习具有情境深、发展深、责任深等特点，它更强调学生情境思辨、逻辑推理、实验验证、迁移应用等高级思维能力的培养。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出“核心素养为宗旨”的课程基本理念，深度学习作为落实核心素养的重要“脚手架”，是促进学生必备品格和关键能力发展的重要途径。下面以“血糖平衡调节”为例探讨深度学习理念在高中生物课堂教学中的实践。

一、教材分析与设计思路

血糖调节是人教版高中生物必修3“稳态与环境”模块中的重点内容，该部分内容与人体的消化、呼吸、循环、泌尿等代谢知识息息相关。血糖调节是学生在学习内环境稳态的生理意义和神经调节的基础上，对激素调节在人体稳态维持中的作用的进一步诠释。其中激素在血糖平衡调节中的作用以及与下丘脑之间的辩证关系是全新的内容，也是本节课的难点。基于学生的前概念分析，在实际教学中可从学生思维的“最近发展区”出发，为难点的突破设置一定的知识阶梯，所以在本节课中笔者采用搭建多重支架引导学生自主建构概念，体验血糖调节模型构建;通过相关实验的设计培养学生科学探究的高阶思维。为了进一步在本节课中落实深度学习的理念，笔者设计了如图所示的教学环节（图1）。

二、教学目标的制定

基于课程标准及学生的认知思维水平，制订了如下教学目标：①能够利用图表和资料分析血糖调节的动态过程，树立稳态与平衡观;尝试构建血糖平衡调节模型，学会运用证据修正模型，逐步发展模型与建模的科学思维。②能够运用“稳态与平衡观”这一生命观念分析糖尿病的病因，关注糖尿病患者的需求，提出糖尿病预防和治疗的可行途径，形成社会责任意识。

三、教学过程

（一）情境创设联结经验

深度学习强调知识是有内在联系的结构与系统，联结学生已有的前概念和新知识是开展深度学习的基础。以真实的生活情境为载体，能够激发学生的学习兴趣，让学生在真实情境支架下实现知识符号与现实生活的相互转化。[2]简单来讲，当学生的学习活动融入真实的情境时，深度学习才会发生。通过前概念分析，学生脑海中已经有部分关于低血糖、糖尿病的认识，这部分经验可以作为新概念的生长点，初步达成血液中的葡萄糖含量的高低对保证人体能量供应以及保持人体健康有重要意义的认识，进而激发学生对体内血糖平衡调节学习的渴望。

角色体验：某同学没有吃早饭的习惯，一天早上出现了冒冷汗，嘴唇苍白等症状，如果你是医生，你将做出什么样的诊断？如何证明你的诊断？学生可以结合生活经验得到用血糖仪检测血糖浓度的方法。列表呈现：人体内血糖浓度范围及症状，教师引入课题：体内的血糖是如何调节的呢？

经验分析：结合已有的生活体验，分析体内的血糖有哪些来源？又可以合成、转化成哪些物质？构建血糖来源和去路的概念模型。

（二）穿针引线构建模型

活动与体验是深度学习的核心特征，“活动”是指以学生为主体的主动活动，而非生理活动或受他人支配的肢体活动，“体验”是指学生在活动中生发的内心体验。[1]深入理解教材，是开展有意义学习的重要保证。血糖平衡调节中激素与下丘脑联系的逻辑点是本节课的重点及难点，单纯通过被动、机械阅读教材获得的知识并不能内化为学生的认知。为此笔者在深入剖析教材中的知识后适当延伸拓展，以素材为载体，以活动促发展，精心搭建多重支架，助力学生建构血糖平衡调节体系，为达成教学目标设计了以下几个环节：

环节1：PPT呈现人进食一段时间后以及运动后血糖浓度与胰岛素浓度、胰高血糖素浓度关系曲线，结合教材的相关资料，试用相应的文字与箭头构建饭后与运动后的血糖调节过程的反馈模型，并总结出激素调节模型图，完成后组内交流。

环节2：提供背景资料引导学生全面分析，对血糖调节中的神经调节途径再补充，认识内分泌系统和神经系统共同调节人体生命活动的一般规律。各小组分享血糖平衡调节体系，教师用希沃助手展示学生构建的血糖平衡综合模型，同时结合师生、生生互评，加以完善对学生活动的评价。血糖平衡调节的综合生理模型及激素调节模型图如下所示。

设计意图：学生在前概念的基础上，体验血糖调节图解式概念模型的构建。教师以问题驱动，并适时补充素材帮助学生解决问题、反复推敲、完善模型，从而明确模型建构的科学方法，促进分析问题能力的培养。

（三）模型变式体悟实质

瑞典学者马飞龙指出，学生的学习结果与教师对教学中的变与不变的内容的呈现和处理密切相关。[1]深度学习离不开科学思维，教师应引导学生变换思维角度去分析问题、解决问题，将课堂学习推向更深的层面。

环节1：在交流思辨中进一步明晰胰岛素的功能。空腹抽血后，定量饮用高浓度的葡糖溶液，一段时间后测试血糖浓度，尝试画出正常人与糖尿病患者（胰岛B细胞分泌功能不足者）的血糖浓度变化曲线图。教师追问：“正常人与胰岛B细胞分泌功能不足者血糖浓度变化趋势都是先上升，再下降，但下降速率不同。谁的下降速率慢？为什么？”

環节2：如何证明后者下降速率慢是因为胰岛素分泌不足引起的？试设计实验证明胰岛素具有降血糖的功能，要求学生根据提供的实验材料（若干只发育良好且状况一致的小鼠，生理盐水、注射器、适宜浓度的胰岛素、高浓度葡萄糖等）写出实验思路并预测结果。

设计意图：通过概念模型与数学模型的转换，让学生有意识地建构知识的联系，有助于学生理清所学知识的内在逻辑线索，培养学生模型转化处理能力的同时实现对血糖平衡调节知识的内化。其中实验设计过程则是学生实证意识的培养以及对科学本质的体悟。

（四）模型应用深化责任

迁移与应用是深度学习的属性特征，“迁移”是對已有经验的拓展与延伸，“应用”强调将所学的知识操作化、外显化。学生在解决真实复杂情境中的问题时，通过有效整合学科相关知识，并不断修正、调适知识，从抽象到具体，从经验到实践，完成对学习内容的认知深化以及综合能力的提升，最终实现核心素养的落地。因此笔者呈现以下情境指导学生运用血糖平衡模型，解决生活中常见的问题，适时引导学生对学习情况进行反思与评价。

环节1：呈现尿糖与糖尿病的资料，《黄帝内经》中对糖尿病的症状描述如下：“多饮而渴不止，多食而饥不止，多溲而膏浊不止。”设疑：尿糖能否等同于糖尿病？试利用血糖调节知识并结合内环境稳态的内容解释糖尿病患者为什么会出现上述症状？学生分析现象、深入思考并讨论回答问题。

环节2：通过呈现2型糖尿病的资料及胰岛素作用机制图（图4），重点引导学生从细胞和分子水平分析血糖调节机制，如果你是糖尿病新疗法的工作者，除了注射胰岛素外，你认为糖尿病控制和治疗还有哪些可行途径？最后教师还可以介绍中国科学家人工合成结晶牛胰岛素的科研成果，促进学生爱国价值观念的深化。

设计意图：立德树人在生物学科教学中的指向，包括健康的生活理念和正确的价值观。在已有的知识和生活经验的基础上，借助糖尿病患者症状的原因分析，引导学生将稳态与平衡观运用于生活、服务于生活。

结束语

深度学习不是机械的教学方法，而是教师在课堂中进行有效性教学的多元化途径，教师可根据教材和学情，灵活选择深度学习发生的机制催生深度学习，关注学生的共同基础和多元发展需求。[3]本节课以低血糖为切入点引出血糖调节，教师通过知识有机整合引导学生构建血糖平衡调节概念模型，利用模型变式实现重要概念的再加工，以情境为载体将生物学知识迁移自我评价水平中，以实现生物学科核心素养的发展。

参考文献

[1]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：25-32.

[2]于伟东，丁奕然.问题式与情境式对比中的主线教学审视[J].生物学通报，2016，5l（12）：38-40.

[3]谢倩，李韶山.例谈基于深度学习典型机制的高中生物学教学[J].中学生物学，2019，35（8）：23-25.