基于深度学习的高中生物学教学实践

李楚明

摘要 以“遗传规律的应用——杂交水稻”为例，介绍如何运用深度学习理念指导高中生物学教学。关键词  深度学习生物学教学遗传规律

中图分类号 G633.91              文献标志码 B

文件编号：1003-7586（2023）03-0052-03

为了落实立德树人这一教育的根本任务，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出，要以提高学生终生发展所需的核心素养为宗旨引领教学。深度学习的核心理念和价值追求契合以核心素养为目标的课程理念。深度学习是指在老师指导下，学生围绕具挑战性的学习主题，通过积极地探究实践，深刻掌握学科核心知识，并运用该知识解决实际问题。深度学习主要特征有主题学习、情境学习、发展高阶思维、关联创新、合作交流等。

人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》中科学家访谈“毕生追求的‘禾下乘凉梦”是提高学生核心素养的良好题材，但由于学生还未学习遗传规律，无法较好地理解杂交水稻育种过程的原理，因此难以实现深度学习。本研究通过调整教学顺序，即先学习第一章遗传规律，再组织以“杂交水稻的研发”为学习主题的复习课，既巩固了遗传规律核心知识，又遵循科学发展的顺序，还更好理解杂交水稻育种原理和历史意义，一举三得。下文以“遗传规律的应用——杂交水稻”为例，阐述如何基于深度学习理念组织教学，从而发展学生核心素养。

1 确立学习主题

确立一个具挑战性的学习主题，统领课堂，对开展深度学习尤为重要。本节课以“杂交水稻的研发”为学习大主题，可分解为：杂交水稻育种原理和历史意义、如何克服水稻杂交困难、了解三系杂交水稻原理、杂交水稻最近发展方向等小主题，通过探究实践，学习核心知识，学以致用解决实际问题，提升学生的科学思维及核心素养。

2 凝练素养目标

教学目标引领教学任务和学生活动，教学设计为教学目标服务。确立本课的素养目标：（1）了解杂交水稻为保障我国和世界粮食安全作出的重要贡献，增强民族自豪感。（2）遵循科学家研发杂交水稻的历程，学会尊重事实与证据、运用科学思维解决实际问题。（3）通过学习水稻花的结构，知道“野败”的价值，认识生物的多样性与复杂性，形成结构与功能生命观。（4）通过对育种相关的实验方案设计、交流与讨论，提高科学探究能力。

3 选择情境素材

深度学习重视情境学习。有价值的情境素材应与学生思维发展相适应，与我国现况或学生现实生活相关联，促使学生的思维品质和认知能力得以提升，最终使学生生物学学科核心素养的养成获得质的飞跃。

3.1引入情景素材——视频图片等

教师展示以下素材：（1）展示我国曾因自然灾害、生产科技落后食不果腹的艰难过去，了解杂交水稻的研发意义。（2）了解我国杂交水稻对帮助非洲等贫穷国家吃饱饭做出的贡献。（3）2022年国际形势剧变，俄乌战争爆发，加上原有的新冠疫情影响，世界粮价飙升，而中国粮价保持相对稳定。学生通过对上述资料素材的分析讨论，了解杂交水稻为保障我国和世界粮食安全作出的重要贡献，增强民族自豪感及大国担当使命感。

3.2主題情景素材——视频图片题目等

本课以杂交水稻的研发历程为主线，贯穿整课。体验研发过程的困难和艰辛，学会尊重事实与证据，提升科学思维。教师继续展示素材：（1）1961年袁隆平发现了杂交稻“鹤立鸡群”，激发了研发杂交水稻的决心。（2）通过学习水稻花结构，了解找到雄性不育株必要性。（3）1970年“野败”的发现，为三系杂交水稻研发打开重大的突破口。（4）三系杂交水稻“不育系”“恢复系”“保持系”的介绍。（5）近期杂交水稻主要研发项目——海水稻的介绍。

3.3问题情境素材——图片、题目等

深度学习重视呈现问题情境，让学生在前概念基础上不断探究，解决实际问题。通过第一章的学习，学生已具备一定遗传规律知识，本课先呈现杂交水稻研发情境，学生习得杂交育种的概念和完成“鹤立鸡群”是杂种的判断，教师再呈现新问题情境，学生完成练习1，实现知识的迁移和应用。

练习1：已知水稻的抗病和感病是一对相对性状，由A 和a 一对等位基因控制，粒多和粒少是另一对相对性状，由B和b一对等位基因控制，现有一种不同基因型的水稻进行杂交，实验结果如图1所示。请回答下列问题：

（1）分别写出水稻①、②、③的基因型。

（2）为确定实验2子代中一株抗病粒多水稻是否为纯合子，请设计合理的实验方案。

4 发展高阶思维

深度学习重视高阶思维能力培养，高阶思维是指发生在较高认知水平的心智活动或认知能力。在当今国际公认的21世纪高阶思维能力包括了批判性思维、问题解决、创新能力和开放性视野。

4.1问题作驱动

高阶思维的培养需要高阶学习的支持，而高阶学习的进行必须以高阶问题和学习任务为驱动，促进学生积极思考分析、深化科学思维，提高学生运用所学知识解决问题的能力。例如通过材料1，随着学生寻求驱动性问题答案同时，科学素养的整合性理解得以发展。

材料1：1970年袁隆平团队在海南发现了一株雄性不育的野生稻并将它命名为“野败”。为三系杂交水稻的研究成功打开了突破口。“野败”为什么是三系杂交水稻研发的重大突破口？学生带着疑惑，在问题串的引导下重新经历杂交水稻研发之路：（1）植物杂交基本步骤如何？（2）大规模水稻杂交为什么那么困难？（3）栽培稻雄性不育为何失败？（4）野败为何成功？

4.2搭建手脚架

具挑战性的学习任务，能激发学生的学习欲望。在学生现有水平和较高水平之间，形成一个“最近发展区”。在此区域为学生搭建手脚架，帮助学生更好的往上攀爬，实现深度学习。例如：（1）分析学生现有知识水平，包括基因的分离和自由组合规律以及细胞核、质基因遗传规律等。（2）提出富有挑战性的知识水平，即关联基础知识，解决真实三系杂交水稻相关问题，实现知识综合、迁移、解决实际问题的能力提升，如练习2。（3）搭建手脚架：三系杂交水稻中的不育系、保持系、恢复系的介绍。

练习2：水稻的细胞核和细胞质中都含有决定雄蕊是否可育的基因，细胞核基因为 RR、Rr、rr；细胞质基因为 N、S。其中细胞核中的不育基因用r 表示，可育基因用R表示，且R对r为显性；细胞质中的不育基因用 S表示，可育基因用N表示。上述四种基因的关系中，R 能够抑制 S 的表达；当细胞质基因为 N 时，植株都表现为雄性可育。

①基因 R、r 和 N、S（填“遵循”或“不遵循”）基因自由组合定律，原因。

②植株S（Rr）自交后代的表型及其比例是。

③在利用雄性不育水稻培育杂交种的过程中，科学家首先遇到的问题就是雄性不育系的自身留种问题。他们最终选择基因型为S（rr）（不育系）的植株做母本，基因型为N（rr）（保留系）的植株做父本，最终得以保留雄性不育的水稻。请用遗传图解的形式表示该过程。

4.3关联与创新

根据学习活动去联想、调动、激活以往的经验，以融会贯通的方式对碎片化知识进行组织，从而构建自己的知识结构。运用构建的知识关联到社会和生活中，使学习更有深度和广度。例如：利用材料2，结合所学生物学知识，以4人小组为单位自编题目作为课后作业。学生在自编题目的过程不仅要将背景材料与核心概念建立关联，还要保证题目的科学性、逻辑性。

材料2：“海水稻”是一种耐盐碱的水稻，可以在海边海水渗透的盐碱地种植，也不惧海水的短期浸泡。“海水稻”的灌溉用水可以使用半咸水，能够节约淡水资源；海水稻能改善生态环境，水稻的种植不但能调节土壤盐碱度，还能提高土壤活性；由于盐碱地中微量元素较高，“海水稻”矿物质含量比普通稻要高；“海水稻”在条件恶劣的盐碱地生长，很少会患普通稻的病虫害，基本不需要农药，因此是天然的绿色有机食品。

以小组为单位讨论并编制题目，激发学生对资料内容认真解读的兴趣，对“海水稻”的研发价值和意义，有了更深理解。完成了资料素材与过往知识的关联，并实现迁移与创新。命题过程是学生对教材的再学习，对重点、难点和疑点的再认识过程。

5 重视合作交流

实现深度学习，需要让学生致身于真实情境、开放的任务活动中解决各种陌生而复杂的问题，不断深度地思考与讨论。如在本课中设计实验方案、写三系杂交水稻相关的遗传图解、结合素材自命题等都是先独立思考，接着是见解与主张的提出、小组讨论的进行，最后是全班结论的归纳。

6 教学评价与思考

持续性评价是深度学习不可或缺的一部分，它融合在所有的教育活动和教学过程中。评价应该关注学生在真实情境下所表现出具体的技能和素养，包括呈现具有生物学原理的真实情境设计实施并解决问题的能力，与同学和谐相处顺利沟通协同合作完成既定任务等。评价应与教学目标相关联，如正确的科学观和价值观是否得以养成，科学思维、科学探究和解决实际问题能力是否得到发展等。

实现深度学习的关键要点包括：确立学习主题和素养目标；选择情境素材实施情境化学习；发展高阶思维，重视批判性思维、解决实际问题、创新能力培養；重视学生合作学习，交流互动；教学评价侧重核心素养目标的达成度，实现“目标-过程-评价”一致性。深度学习对知识不仅要辨析和记忆，更重要的是迁移和深化，最终实现在复杂情境中解决问题的能力提升。通过主动学习和批判性学习来达到深度参与和理解的学习方式，可以提高课堂教学效率，为提升高中学生生物学学科核心素养提供了有效途径。