基于深度学习视域的高中生物科学思维培养

吾兰·黑那亚提

摘 要：本文简单介绍了深度学习与高中生物科学思维，分析了前者在后者应用中发挥的提供理论与实践支撑、逐级促进科学思维发展、提供更多生物实践机会、促进学生个性成长发展等作用，并尝试结合具体案例围绕创设生动情境、指导自主探究、强化拓展迁移、优化教学评价等维度探讨相应的实践策略与方法，希望能带来些许值得参考的内容。

关键词：高中生物；深度学习；科学思维

深度学习是和浅层学习相对的教学概念和思想。深度学习既是一种学习过程，也是一种学习方式，更是一种以培养学生各种能力为核心的教学模式。核心素养是新课程改革背景下现代教育的重点，其强调了教育应当加强对学生能力与品质的培养。具体来看，究竟应当培养学生什么核心素养则受到多方面因素的影响，广泛包括学生年龄、科目、社会发展需求等。基于深度学习强化核心素养培育，则是当下教育教学的重点探究方向。

一、深度学习与高中生物科学思维概述

（一）深度学习

深度学习指学习者基于自身掌握的知识、经验和技能对新知识加以学习理解、辩证分析、综合思考，从而实现从旧知识到新知识的迁移，同时将新知识融入个人知识框架体系之中。一般来说，深度学习与浅层学习的对比体现在学习态度动机、学习策略、思维层次、目标达成等方面。从学习态度动机层面看，深度学习往往是学生基于自身需求主动进行学习；浅层学习则是学生在外在压力的影响下被动完成各种学习任务。从学习策略层面看，深度学习强调学生以理解记忆和调动已掌握知识、经验、技能为基础，对复杂概念与深层知识等加以探究、思考和掌握，同时逐步构建和完善知识框架体系；浅层学习则是学生通过机械记忆的方式对知识零散、孤立的概念以及原理等进行死记硬背。从思维层次层面看，深度学习强调学生在学习探究中思考，发展批判性思维；浅层学习过程中学生则往往缺乏足够的反思，只是在教师的指导和要求下较为被动地完成知识记忆任务。从目标达成层面看，深度学习强调迁移应用和问题解决，致力于引导学生结合实际对所学知识、技能等加以应用，培养学生快速解决复杂问题的能力；浅层学习则不利于学生快速调用已学知识，也很容易局限于理论而导致学生无法运用所学解决各种复杂的实际问题。深度学习需要从记忆、理解、应用、分析、评价、创造等维度引导学生学习以及加强教学活动设计、组织和优化。

（二）高中生物科学思维

目前高中生物学科的核心素养培育目标主要体现在四大维度，分别是以概念学习为基础并对生物生命产生正确认知和价值观念判断的生命观念、以尊重事实与证据为基础且以态度和能力培养为重点的科学思维、以探究能力为核心的多维能力与品质之集合的科学探究、以基于生物课程认知参与个人与社会事务的社会责任等。其中科学思维作为高中生进行生物学习以及其他课程学习乃至终身成长发展应当具备的重要思维，其自然是生物核心素养培育的重中之重。学生在不断学习生物知识与技能的过程中，需要掌握归纳概括、演绎推理、模型与建模等基本思维方式，从而实现批判思维的有效发展[1]。

二、深度学习在培养高中学生生物科学思维中的价值

（一）提供理论与实践支撑

高中生物科学思维的培养需要稳固的理论与实践支撑，才可能取得良好成效。深度学习无论是从理论层面，还是从实践层面，均能为科学思维培养带来有力支持。从理论层面看，深度学习相关理论研究已经较为完善，建构主义理论、情境认知理论、元认知理论等能为高中生学习生物知识、掌握生物技能提供重要支持，有利于教师更好地从理论维度强化对学生的科学指导和教育，有利于学生科学知识技能水平提升并发展科学思维。从实践层面看，深度学习强调学生自发、深入进行学习、探究、理解、思考和实践，有利于学生在学习实践中获得更好的体验以及收获，进而为学生科学思维发展提供一定支持。

（二）逐级促进科学思维发展

科学思维有着丰富内涵，学生需要在学习中逐步实现科学思维的良好发展。在深度学习理念指导下，学生不仅能摆脱浅层学习的束缚并发展面对生命现象找寻规律并验证其准确性、批判性地获取知识、构建和更新知识框架体系等，更能逐级提升自身科学思维，逐步实现思维的高阶发展。学生进行深度学习，能在生物课程学习的初期阶段理解生物学概念并非空穴来风，而是基于科学事实论证后能对自然界中生物生命现象进行解释和分析的成果；随着生物学习进程的推进，学生能将简单的生物学概念与生物学事实进行对应，并能以图文等形式对生命现象进行简单阐释；随着生物课程学习的不断深化，学生能基于生命现象和实际证据对生物学规律进行总结，也能对特定生物学现象进行分析或预测；学生长期进行深度学习后，其能基于科学思维方法以及所掌握的知识、经验、技能对生物学相关实际问题进行有效分析、处理和解决。

（三）提供更多生物实践机会

高中生物科学思维的培育离不开实践，仅仅依托理论教学并不能推进学生科学思维良好发展。深度学习理念指导下，教师能为学生提供更多的生物实践机会。一方面，深度学习充分突显了学生主体性，强调学生在教学活动中占据的主导地位，关注学生自身的探究、思考与实践，从而在很大程度上弱化了教师的主导性，让学生能掌握学习主动权并进行探索实践；另一方面，深度学习意味着学生能在学习探究中深入反思，而且学生可基于反思结果主动进行验证和实践，促使学生更多地结合生活实际进行生物学实践。通过实践，学生能实现科学思维的良好发展。

（四）促进学生个性成长发展

科学思维本身有着丰富内涵，学生科学思维的发展必然也存在明显差异。针对学生个体差异，从实际出发合理调整教学策略与方法，能帮助他们扬长避短，有利于他们的个性化发展。从深度学习与科学思维培育相结合的视角看，深度学习能为学生个性发展提供有利条件和支持，促使学生在深度探究、思考中根据自身科学思维发展情况针对性地尝试与实践，帮助学生实现科学思维全方位提升，从根本上解决学生科学思维层次难以提升、科学思维发展失衡的问题[2]。

三、基于深度学习视域的高中生物科学思维培养策略

（一）创设生动情境

深度学习视域下，高中生物科学思维培养需要以引导学生自主学习为基础，构建从引入到探究到解释到评价再回到引入的良性循环，促使学生在循环中进行深度学习以及实现综合素质的螺旋式提升。其中引入作为学生进行深度学习的基础，其对于学生最终学习效果以及科学思维发展质量的影响巨大。教师需要在引入阶段重视对学生学习积极性和主动性的激发，以激活学生生物学习兴趣为基础，以强化学生学习动力为关键，引导学生基于活动与体验、联想与结构为深度学习打好基础。学生只有主动、深度参与到教学活动之中，深度学习才可能实现，科学思维培养才可能取得良好成效。

教师可在教学引入阶段采取各种策略与措施，从多个维度促使学生主动进行学习、探索与思考，其中创设生动情境正是十分常见而有效的方式。创设情境既能通过具体而对学生具有吸引力的情境激活学生生物学习兴趣，同时也能将学生掌握的知识、经验、技能融入其中，还能为学生探究新知识、新技能提供合适载体，可谓是十分适合学生深度学习的教学方式。与此同时，生物情境的创设还能以更为具体的方式呈现科学思维要点，帮助学生实现从具体到抽象的思维发展，为学生科学思维的良好发展提供有力支持。教师创设教学情境需要以教材分析、学情分析、教学目标确定、学习重难点分析等为基础，充分考虑学生实际情况以及科学思维发展需求，进而针对性地创设合适情境，以此保障情境设置的合理性与有效性，确保学生能在情境探索中实现良好的深度学习以及科学思维发展。

例如：教学“细胞膜的结构和功能”这部分内容时，教师便创设了生动的教学情境。课前，教师对教学活动进行综合分析。首先，教师对教材加以分析，弄清楚“细胞膜的结构和功能”这部分内容的主要知识点以及在整个生物学科知识框架体系中的位置，关注细胞膜的功能、细胞膜成分与结构的探索历史及成果、流动镶嵌模型等，明确学生学习这部分内容要为后续“细胞器之间的分工合作”相关内容的学习奠定基础。其次，教师对学情进行分析。学生在之前的生物学科学习中已经对细胞的基本结构、动植物细胞的区别、细胞的分子成分及功能等有所了解，他们已经具备一定的观察分析能力，能运用简单的生物知识对抽象问题进行假设、演绎、推理和解决，同时有着强烈的好奇心、探索欲。然后，教师对教学目标以及学习重难点进行分析。引导学生观察卵黄膜、玉米种子的染色实验并对细胞膜有初步认知，带领学生探究分析细胞膜成分与结构的生物学探索历史，指导学生对不同细胞膜模型进行比较分析，让学生在此过程中理解细胞膜的构成与功能以及流动镶嵌模型等重点内容，同时让学生突破细胞膜结构的探索历史、细胞膜结构与其组成成分的内在联系等难点。最后，教师创设教学情境。课堂伊始阶段，教师有效创设了适合学生深度学习的教学情境，引导学生从社会热点情境出发对细胞膜的结构与功能相关知识进行探究学习，鼓励学生通过类比的方式对细胞膜的功能进行大胆推测，从而激活学生生物学习兴趣的同时，为学生科学思维的发展创造有利条件。

（二）指导自主探究

自主探究是深度学习中的重要环节，需要学生自发、主动、深度地进行学习与探究，真正做到将学习主动权交给学生，促使学生在探究中去大胆尝试、思考和实践，强化知识迁移。教师需要为学生创设生动而合适的情境，依托情境带给学生的深度体验促使他们调动掌握的知识、经验和技能，让学生能在具体的情境中探究问题、大胆假设、合理猜测、制订计划与操作实践。如此一来，学生能在自主探究实践中实现深度学习，也能在学习掌握知识的同时启发思维，发展科学思维。

例如：教学“核酸是遗传信息的携带者”这部分内容的教学活动中，教师便可指导学生自主探究。教师提前进行教学设计，对学生自主探究的不同活动加以设计，并指导学生在深度学习中逐步深入地进行探究，从而帮助学生有效掌握知识、发展科学思维。一开始，学生需要观察细胞中DNA、RNA分布实验，根据实验观察情况对实验结果进行分析和讨论。之后学生需要对实验结论和教材的差异加以讨论，思考实验结果“DNA存在于细胞核中，RNA存在于细胞质中”和教材“DNA主要分布在细胞核中，RNA主要分布在细胞质中”的差异，探究DNA还会存在于细胞中哪些地方。在之后学生需要推测核酸作为遗传物质具备的特点以及结构，进一步深化对核酸功能相关内容的理解和掌握，同时发展科学思维。然后学生需要通过小组合作的方式构建核苷酸的模型，将核苷酸连成一条长链，构建DNA与RNA的结构，探究DNA指纹技术的原理，结合实际深化对核酸相关知识的把握。在此过程中，教师需要强化观察与指导，仅在必要时提供帮助与点拨，尽可能弱化自身对学生深度学习过程的过多干预，以免影响学生学习体验和收获，促使学生依靠自主思考以及团队合作理解知识、解决难题以及发展科学思维。

（三）强化拓展迁移

拓展迁移是深度学习的重点，其不仅关系到学生对新知识、新技能的掌握情况，也关系到学生知识结构框架体系的构建与完善，更关系到学生应用实践能力和解决问题能力的发展。教师需要在学生自主探究之后强化拓展迁移，既要帮助学生对自主探究中的错误和问题加以纠正和解决，合理利用思维导图帮助学生构建知识框架体系，也要联系生活实际强化教学实践，指导学生在实践中拓展所学以及发展实践应用能力。

例如：教学“被动运输”这部分内容时，教师便在创设教学情境、指导学生自主探究的基础上强化了拓展迁移。教师带领学生对所学知识进行回顾，解释其中的概念，帮助学生纠正对新知识的错误认知与理解，确保学生能正确理解水渗透作用、自由扩散、协助扩散、转运蛋白等知识点。之后教师带领学生基于所学内容绘制思维导图，着重围绕渗透作用与渗透现象、水进出细胞的原理、自由扩散与协助扩散等绘制导图，帮助学生系统化地认知这部分内容，为学生构建知识框架体系提供支持。

（四）优化教学评价

教学评价是生物教学中不可或缺的部分，基于深度学习的科学思维培育更是如此。教师需要对教学评价进行合理优化，科学设置评价指标，全面围绕知识、技能、科学思维、深度学习表现与成果等构建量化与非量化相结合的指标体系。规范评价方法，采取过程与结果、理论与实践、能力与品质相结合的评价策略，同时引入学生自主评价、学生互评等方式，以此保障教学评价能客观、真实反映学生对生物知识的掌握情况以及深度学习表现与成果、科学思维发展情况等[3]。

结束语

综上可知，深度学习是新时期背景下推动教育教学水平提升的关键，其与核心素养一样对学生成长而言有着重要意义。高中生物教师需要深化对深度学习的认知、理解与把握，积极探索适合核心素养培育的深度学习策略与方法，坚持贯彻以生为本理念，引导学生在深度学习中实现良好成长与综合发展。

参考文献

[1]陈梁兴.深度学习视域下高中生物科学思维的培养策略[J].学苑教育，2024（2）：85-87.

[2]张爱燕.核心素养视角下的高中生物深度学习探究[J].高考，2023（9）：84-87.

[3]唐远.基于深度学习培养学生科学思维的教学设计：以高中生物“伴性遗传”为例[J].求知导刊，2022（29）：80-82，106.