例谈实验探究和建模视角的初中生物学深度学习

朱毅鸿 何君

摘要以“动物的运动依赖于一定的结构”教学实践为例，探寻深度学习理论在学科教学中落地的实践范式。通过实验探究、自制模型的组装修正和论证解释，引领学生深度学习，实现知识的意义建构，体悟学科本质及思想方法，形成并发展必备品格和关键能力。

关键词 实验探究 模型建构 深度学习

中图分类号G633. 91文献标志码B

深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习，是实现有意义学习的有效途径。在当前教育教学改革的大背景下，深度学习走入学科教育，成为走向核心素养的必由之路。下面以人教版“动物的运动依赖于一定的结构”教学实践为例，以深度学习理论为指导，探寻深度学习理论在学科教学中落地的实践范式。教师引导学生探究鸡翅的关节，建构动物的运动依赖于一定结构的概念模型，实现从事实到概念再到观念的意义建构；通过自制关节模型的组装与修正等实践活动，深化学生对运动结构基础的认识，实现理论与实践的深度融合，发挥实践的育人价值；应用模型论证解释骨、关节和肌肉的协调配合完成运动的过程，实现高阶思维发展的有意义学习。学生在教师引领下，围绕具有挑战性的学习任务全身心积极参与，使学生在掌握知识的同时，体悟学科本质及思想方法，形成并发展必备品格和关键能力。

1实验探究建构概念，培育关键能力

生物学是建立在实验为基础上的科学，实验中所呈现的事例、现象和结果是建构概念的重要证据。人教版八年级上册“动物的运动”一节设置了剪去皮肤鸡翅的观察思考活动。由于鸟的翼和人的上肢是同源器官，学生观察鸡翅获得关于肌肉、骨和关节的直观认识，可以迁移运用于哺乳动物运动系统的组成，进而建立“动物运动依赖与一定的结构”这一概念。实际教学中，学生分组观察需要的新鲜鸡翅较多，会出现利用率低、实验材料浪费等问题。另外，教材中对观察鸡翅缺乏具体的操作指导，学生拿着鸡翅不知道要做什么、怎么做，或者胡乱摆弄、走马观花。基于此，笔者设计了观察鸡翅实验探究活动，引导学生运用科学方法认识事物建构概念，在问题解决深度学习过程中培育学科关键能力。

“观察鸡翅”实验探究：

（1）材料准备：取一个完整的鸡翅，用解剖剪除去皮肤，如图1所示（A、B表示关节，①②③表示肌肉）。小心剪开关节B外的结构，露出骨。

（2）实验探究步骤。

①探究骨如何运动：一手抓住翅根基部，另一手依次拉动图1中的肌肉②、③，观察翅中的运动。

②探究骨与骨之间的连接：对照教材中的关节示意图，识别关节各结构，标注出鸡翅关节各结构；用两手分别抓住A的两边，先扯一扯，再转一转，记录感觉；用镊子撕一下关节A外包裹的关节囊，感受关节囊的韧性；观察关节B，摸一摸两块骨相接触的表面，记录触感。比较下列哪种操作的鸡翅运动幅度更大：一手抓住翅根基部，另一手拉动②；b.一手抓住A，另一手拉动①。

（3）結果记录：

拉动肌肉，骨的位置会；依次拉动②、③，动作相当于、，说明完成一个动作至少需要组肌肉的配合。

感觉关节既又。

关节囊撕裂，其作用是。

感觉到两块骨相接触的表面，其作用是。

操作运动幅度更大，可能原因。

（4）思考：

①肌肉、骨在运动中分别有什么作用？

②关节在运动中有什么作用？

教师课前完成活动的“材料准备”，课上留给学生足够的时间进行实验探究。活动时，教师引导学生有序完成每一个操作，获得真实体验；引导学生对现象进行分析综合，学习科学思维方法；引导学生从结构与功能相适应的角度进行思考，为生命观念的形成做铺垫。课堂教学时，学生4人一组，有的负责操作、有的负责记录，分工合作进行实验探究。“探究骨与骨之间的连接”是教学的难点，教师设计了5个相互关联的操作，由浅入深、由局部到整体进行探究。教师先引导学生对照剪开的鸡翅关节与教材关节模式图，识别标注鸡翅关节各结构；再引导学生通过拉、转、撕、摸等实验探究活动，体验关节具有既牢固性又灵活性的特点。学生再通过对完整关节A与剪开关节B完成运动的对比探究活动，体验关节做为支点能够使运动更加灵活的特性，认识到生物结构的完整性对完成运动的重要意义。在逐步完成的实验探究过程中，学生动手动脑、感知体验，对观察到的生命现象及相互关系进行解释，建构生物体结构与功能相适应的生命观念。

学生通过实验探究获得了肌肉、骨和关节的直观认识，但是所获的的知识内容之间是零散的、碎片化的。深度学习是相对于浅层学习的一种学习方式，重视知识的关联、整合，要求学生能够对知识的输出用科学准确的语言或图表等形式进行表达。教师引领学生将知识进行归纳整理，帮助学生理清知识间内在联系，促进学生建构“动物的运动依赖于一定的结构”概念模型，形成完整的知识结构体系（图2）。

学生在学习过程中，通过实验探究获得科学事实，再对事实进行分析综合、抽象概括，将知识深度加工建构概念模型，形成既有广度、又有深度的结构化知识，实现从事实到概念再到观念的意义建构。在此过程中，学生的实验探究能力、学习理解能力、解决问题能力等生物学科关键能力得到培育。

2模型修正理解概念，发展实践能力

深度学习是触及学生心灵的意义建构过程，高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学习过程中的主动参与，要求教师选择恰当的现实情境设计学习活动，进一步深化学生对概念的理解，激发学生探究生命奥秘的兴趣。学生通过自制模型的组装、修正和完善等实践活动，深入知识内核，把握知识的本质和深层意义。

教材中设置了“试一试”活动，要求学生利用硬纸板、松紧带和工字钉等材料制作“肌肉牵动骨运动”的简易模型。常见模型如图3所示，该模型用螺丝模拟关节，不能直观体现关节头关节窝的连接；学生还容易将松紧带误认为关节囊；模拟屈肘、伸肘动作时也不易操作。因而，对制作材料进行了改进，用较硬泡沫塑料、超轻黏土、气球等常见材料制作模型。改进后的模型如图4所示，该模型加上小手以区分上臂骨和前臂骨，用超轻黏土突显了关节表面软骨、关节头和关节窝形状，用圆形气球两端开口模拟关节囊，使抽象的结构更为生动形象。

活动时，学生4人一组利用分发材料（图5）组装模型，然后进行展示和评价。因为有了之前的观察探究和概念建构，多数学生能够顺利完成关节的组装。学生出现较多的错误是肌肉附着的方式，有的将肱二头肌和肱三头肌位置装反了，有的将有两束（或三束）肌肉的肌腱连在前臂骨上。在学生困惑之际，教师请学生做屈肘和伸肘动作，使学生发现屈肘时肱二头肌收缩鼓起，从而明确肱二头肌的位于臂的前方，模型中应连接在手掌内侧，肱三头肌应在外侧。教师继续引导学生认真观察教材中的屈伸肘图，使学生认识到：肱二头肌的起端有2个头，而肱三头肌起端有三个头，应附着在上臂骨上，而且每一块肌肉都绕过关节附着在相邻的两块骨上，收缩时肌肉变短引起关节运动。学生进一步体悟到结构与功能相适应的生物学观点。

自制模型外显传递已学知识，以简化、理想化的形式再现原型的结构和联系，实现理论与实践的深度融合。学生分析比较模型与概念之间的契合度和科学性，实现从抽象到具象的思维提升；修正和完善模型的过程，发展实践能力，体现了实践的育人价值。

3模型论证深入本质，提升科学思维

模型構建的过程是思维和行为相统一的过程，不能仅停留在模型结构与原型的契合度层面，应用模型进行论证和解释概念，推动对知识本质的理解，达到更深层次的融会贯通和拓展延伸，提高知识学习的意义化。

课堂上，学生到讲台前用模型演示屈、伸肘动作，并解释说明运动是如何产生的。这个任务有一定难度，需要学生综合运用所学知识才能正确模拟。不少学生演示时用手推动骨来完成屈伸肘动作。针对这一错误，教师利用模型演示并解释：骨本身不会动，是因为肌肉牵拉骨位置发生改变而产生动作，肌肉收缩的原因是受到神经传来的刺激；一个动作的完成需要至少是由二组肌肉协调配合完成的。达成共识后，学生调整方法，再次用模型模拟屈伸肘动作，深化对肌肉、骨和关节的协调配合产生运动的原理的理解。教师引导学生将模型应用到真实情景中解决日常生活问题，加强学生对学习结果的外化，最大化发挥建构模型的价值，促进学生提高用模型方法进行科学解释的能力，提升高阶思维能力。

教学中，教师还利用模型演示了关节头从关节窝中脱出、骨折断、肌肉拉伤等情形下无法完成动作，以说明结构的完整性对运动的重要意义，引导学生在日常生活中要做好保护措施，如充分做好运动前的准备活动、运动强度适宜等，体现学有所用、学以致用，使学生形成珍爱生命、健康生活的社会责任。

总之，生物学深度学习是核心素养价值诉求的高度凝练，实现了知识的深度理解、思维的高度提升以及生命的深刻感悟三个方面的发展与进阶。初中生物学教学中的深度学习实践，必将对学生学习方式、价值观念、行为方式乃至整个生活方式的改变产生积极而深远的影响。

参考文献：

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[2]李松林，贺慧，张燕.深度学习究竟是什么样的学习[J].教育科学研究，2018，（10）：54-58.

[3]安云彦，李宁，李秋石.生物学核心素养视角下深度学习的构建[J].生物学教学，2020，45（1）：7-9.