指向深度学习的初中生物学实验课前及课后教学策略

李军军

(华东师范大学广陵实验初级中学 江苏扬州 225000)

《义务教育生物学课程标准(2022 年版)》(以下简称“新课标”)明确指出,生物学课程要培养的核心素养,主要是指学生通过课程学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力,包括生命观念、科学思维、探究实践及态度责任四个方面。 从本质上看,核心素养是为了满足未来个人终身发展及社会发展需要而提出的。 为有效落地核心素养,教师在日常教学中要充分挖掘各种教学资源,驱动学生科学思维、关键能力的逐步提升。

深度学习强调学生要深刻理解学习材料之间、新旧知识之间以及知识与生产生活的联系。 生物学深度学习是指学生通过自主学习进行生物学知识的掌握和运用,并且在掌握过程中能够批判性地看待生物学问题,从而使学生在解决生物学问题时能够运用多种方法和创新性手段。 深度学习与生物学核心素养目标是一致的,都指向学生学会学习和高阶思维。 因此,在生物学实验课中创新实践深度学习有利于落实核心素养,下文研究了指向深度学习的初中生物学实验课外有效教学策略。

1 聚焦课前实验小组创建,为深度学习的开展打好基础

Trigwellt 认为优异的教学环境能使学生的深度学习效果达到更优。 根据赫尔巴特的“管理论”思想,儿童的天性中有一种不服从的烈性,如果不加干涉和引导,任其自然成长,就难以承担起社会责任。 教育就是要对学生有目的、有计划、持续不断地保持干预,使其成长为合格的社会参与者。 从生物与环境的辩证关系来分析,课堂管理的本质是为学生提供和谐适宜的环境,熏陶、诱发、重塑学生的元认知结构。 从显性效果来看,课堂管理使一切教与学的行为或活动都有目的地展开,学生在明确任务驱动下分工合作、思维碰撞、解决问题,构建核心概念,提升关键能力。

初中学生参与生物学实验课的热情高,但课堂纪律混乱,学生表现参差不齐,课堂难以把握;有些实验课逐渐成了优等生展示的平台,学困生参与率不高,久而久之,很多学生参与实验的动机弱化。 为此,下面将聚焦课前实验小组的创建,以“2+1”课堂管理模式充分激发学生自主管理潜能,通过教学环境驱动学生进入深度学习。

【案例1】“2+1”课堂管理模式旨在充分调动学生自主管理的动机,让学生既是课堂的参与者,又是课堂的管理者,强化课堂管理力量,突破传统课堂中教师难以顾全的困局。 “2+1”课堂管理中的“2”指每个实验小组2 名学生;“1”指2 个实验小组合成1 个大组,1 名组长参与大组内部成员的管理。 在组织管理层次,组内设置不同分工,其中组长负责成员分工、纪律管理和学习任务分配;记录员负责记录组内成员的表现、实验现象、生成的问题及其他小组的综合表现;交流展示员负责本组优秀成果的展示及科学写作;实验监督员负责监督组内各分工成员是否按规定开展本职工作。 组内成员定期对调,保证所有学生均有不同分工的体验。 在小组评价层次,课堂指向全员参与、分工合作、问题生成和真实记录。

分析与反思:特里格威尔和普洛瑟通过实证分析发现深度学习与课堂教学中良好的教学、清晰的目标和自主性的教学有关。 “2+1”课堂模式直接让学生自主管理,明确的任务分工能驱动不同学生承担不同角色,分别指向科学写作及沟通表达能力、科学观察及准确描述现象的能力、自主合作及客观评价能力。这些角色体验既是明确任务驱动,也是评价方式,能很好地激发学生集中精力完成任务,为深度学习创造和谐环境。 学业评价促发展是新课标的基本课程理念之一。 在该模式中,通过开展组内自评、组间互评、教师指导辅助总评的多层次评价,聚焦课堂活动及学习主体,通过评价激发学生积极参与体验和管理自觉性。

2 聚焦课前实验材料准备,为深度学习发生做好铺垫

从学习过程来看,深度学习是基于证据和逻辑,综合运用比较与分类、归纳与概括、分析与综合等思维方法,在分析认知冲突、辨析迷思概念及分析解决问题中进行思维碰撞、质疑、批判,从而完成核心概念构建及关键能力提升的过程。 从学习目标来看,深度学习直接指向高阶思维和必备品格,强调知识生成及内在逻辑关系而非机械记忆。 深度学习需要进阶任务驱动,需要精准分析学情、指向核心素养目标,给学生搭建思维发生、发展的“脚手架”,逐步发展学生的分析、综合及评价能力。

【案例2】“学习和使用显微镜”是初中生物学实验教学的核心,是构建“生物体具有一定的结构层次”这一大概念的基础。 新课标中相应的学业要求和教学策略建议均提出,教师应提供丰富的生物材料,指导学生正确规范制作临时装片,观察识别细胞的结构并分析成像不佳的原因等。 基于深度学习理念,教师在课前对该实验教学进行拓展,引导学生开展“我的实验材料我准备”的活动(表1),将课堂教学前置,通过具体明确的学习任务单驱动,引导学生开展学习。

表1 实验材料准备任务单

分析与反思:深度学习与任务驱动密切相关,难度梯度的学习任务是深度学习的途径之一。 在本案例中,任务1 的完成需要学生运用比较与分类、分析与综合等思维方法,全面考虑种子的采购成本、萌发条件等因素,且选择理由简介部分指向科学写作等关键能力。 这一活动驱动学生将理论知识与现实生活相联系,分析知识外延,促进分析、评价等高级认知能力的发展。 任务2 要求学生检索文献,了解植物的生长周期及特性,学生需要通过比较不同植物的生理特性做出理性选择。 教师可指导优秀小组学生配置无土栽培营养液,归纳植物必须矿质元素,分析评价不同植物对不同矿质元素需求的差异。 任务3 的三个问题贯穿显微观察的始末,可以客观评价学生显微镜操作水平,同时与任务1 相呼应。 例如,大蒜、扁豆等植物可直接用水培法栽培,不仅培养简单、生长周期短,而且根叶清晰可见,易于定量观察。 学生也可以从同一植物不同部位取材或组间相互取材做比较观察,归纳概括植物细胞的共性和差异性,从而建构概念。 从问题记录结果看,有学生发现大蒜、扁豆等植物叶肉细胞有叶绿体,而根部细胞没有,教师可以引导学生在认知冲突中分析解决问题。 任务4 则驱动学生质疑与批判,在交流分享中分析、评价,提升关键能力,尤其后续探究的设想激发学生创造性思维,利于综合素养的提升。

类似活动的开展要求教师教学聚焦大概念,注重单元整体教学设计,提前安排时间和计划,有步骤的指导学生开展活动。

3 聚焦课后反思性探究,为深度学习发展创设情景

根据建构主义学习理论及新课标中“教学过程重实践”的基本课程理念,学习是学生在认知冲突及矛盾解决中主动建构概念的过程。 深度学习特别关注学生与学习材料、概念的内在联系及概念指导生产生活的实践,是一个提出问题、探究问题、提出新问题的螺旋式探究过程。 生物学作为科学课程的基本分支课程,实验是探究生命现象和生命活动规律的基本手段。 深度学习理念下的探究性实验不但关注教学目标的达成和实验结果的得出,更加关注科学探究本身。 这就要求教师必须从课堂变革开始,将知识学习融入实践体验,基于证据开展概念学习,在真实情景中提出问题、分析解决问题,进而完成知识有意义的构建和科学探究能力的提升。

【案例3】“人类对细菌和真菌的利用”是人教版初中《生物学·八年级·上册》第四章第五节的内容,主要包括发酵现象及米酒制作,食品保存,细菌和真菌与疾病预防、情景能源和环境保护三大内容。 其中米酒制作简单易操作且学生兴趣浓厚,教师可以提前安排学生利用周末时间在家学习制作米酒。 学习过程分三个阶段:①检索文献,了解米酒制作的方法;②组间分享交流,设计米酒制作指导方案;③制作米酒、分享制作过程,并开展学生、家长及组间成员三方评价。 实践过程中,有一组学生反馈制作的米酒苦味很浓,毫无酒香,难以入口。 教师引导该组学生探究出现这种非预期现象的原因,成就一次深度学习。

教师针对实验结果提出问题:①苦味由什么引起的? ②从哪方面着手分析解决这个问题? ③预期问题产生的原因是什么? ④如何设计方案探究该问题? ⑤能不能用加大接种量的方式来达到缩短发酵时间的目的? 接着,教师引导学生查阅该组成员米酒制作记录,评价制作米酒的原料、处理、接种及发酵过程是否规范科学,寻找解决问题的突破口。经分析,学生发现该成员在米酒制作过程中加大了接种量。 经访谈可知,由于时间不足,该组成员期望通过加大接种量来缩短发酵时间,结果出现发酵不成功的现象。 教师组织学生分析问题并设计方案探究这一问题(表2)。

表2 探究米酒味苦实验方案

由二次实验结果可知,加大接种量容易引起发酵产生苦味,解决了上文提出的驱动问题。 但该实验探究并没有结束,教师继续引导学生反思提出延伸探究问题:加大接种量为什么能引起发酵产生苦味? 是什么发出苦味的? 苦味物质是如何转化而来的?

分析与反思:系列难度梯度问题是引导学生深度学习,提升高阶思维的基础。 教师要在真实的具有意义的情景中激发学生因“景”生疑,问题的提出要有目标性和科学性,这考验教师的课堂生成意识和能力。有效教学离不开有效提问,有效提问指向核心素养。在本案例中,部分学生在实践中产生了非预期现象,这是形成认识冲突,激发学生深度学习的良好契机。教师在教学中更应关注学生思维发生发展的过程。通过案例中的问题串,教师引导学生理解发酵变苦的原因并进行实践,设计解决问题的方案,从而使学生在任务驱动下逐步达成分析、综合、评价及创新等高阶思维。 综上,聚焦课外深度学习是对课堂学习的补充,是落实核心素养、发展高阶思维教学的有效途径。

在实验教学中,聚焦课前准备、课后延伸探究均能有效激发学生深度学习,提高课堂教学效率。 实验教学具有独特的育人价值,实验本身是一种真实且有意义的情景。 实验过程离不开学生与学生、学生与问题、知识与实践之间的互动,能有效驱动学生进入深度学习。