徐力

近些年，源于計算機科學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能的研究讓深度學(xué)習(xí)走進人們的視野。來自該領(lǐng)域的新成就引起教育領(lǐng)域的深刻反思，計算機、人工智能尚且能夠模擬人腦的深層結(jié)構(gòu)和抽象認(rèn)知，人對知識的學(xué)習(xí)能否借鑒？答案是肯定的。學(xué)生深度學(xué)習(xí)是一個逐步深化的過程，這一過程離不開教師教學(xué)的引導(dǎo)。因此，深度教學(xué)會引起深度學(xué)習(xí)。深度教學(xué)涉及到課堂教學(xué)的組織、對知識的深度理解和深度處理，筆者結(jié)合一節(jié)具體的課堂教學(xué)闡述教師如何在教學(xué)中處理知識，增強學(xué)習(xí)的意義感，豐富學(xué)習(xí)經(jīng)歷，從而帶來學(xué)生學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知的高度投入。

人教版高中生物必修1實驗“探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響”是為了幫助學(xué)生理解合理調(diào)控環(huán)境因素可增加光合作用強度。教材給出的參考案例是

“探究光照強度對光合作用強度的影響”，通過使用葉圓片來替代植物，很好地解決了各組光合作用面積相同的問題，但存在著諸如葉圓片上浮所需時間太長（一節(jié)課難以看到結(jié)果，且低溫季節(jié)耗時更長）、臺燈使用太多、實驗步驟不夠優(yōu)化等問題。更關(guān)鍵的是，該案例對學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)不到位，更多地在培養(yǎng)學(xué)生的簡單提取、淺層了解知識背景等低階思維。為培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知水平較高的深層理解、應(yīng)用、分析、評價所涉及到的理性思辨、創(chuàng)造性思維、問題解決等高階思維活動，筆者對原實驗進行改進與進一步開發(fā)。

1優(yōu)化步驟、實驗演示，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析、評價能力的批判性思維

課本實驗有著不少合理部分，直接舍棄十分可惜。怎樣發(fā)揮它最大的價值，讓它成為課堂教學(xué)的一個有效組成部分？筆者改變了它的用途，將它轉(zhuǎn)變成一個真實的問題情境，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析、評價能力的批判性思維。具體操作：課前，教師要求學(xué)生閱讀教材，并找出可以省略的材料和可以優(yōu)化的步驟;課上展示有代表性的學(xué)生整理的步驟，再展示教師設(shè)置的步驟：

1準(zhǔn)備富含CO2的清水三份，編號A、B、C;

2打葉圓片若干（避開大葉脈）;

3抽去氣體;

4葉圓片平分成三組，分別加入三燒杯，分別置于離臺燈（一盞）不同距離處;

5觀察、記錄各組葉圓片上浮所需的時間。

學(xué)生通過對比教師的實驗步驟，發(fā)現(xiàn)自己的不足;通過比較優(yōu)化后的實驗步驟與教材中內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)教材并非完美無缺，有很多可以改進的地方，從而培養(yǎng)學(xué)生在認(rèn)知領(lǐng)域的分析能力。接著是有2個學(xué)生與教師共同按照整理后的步驟進行演示操作，讓學(xué)生直觀感受教材實驗的操作過程，同時展示教師課前1h做的實驗結(jié)果——葉圓片仍未上浮。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析教材實驗的優(yōu)缺點，并進行合理的評價，為引出新的實驗材料——金魚藻作鋪墊，也進一步強化學(xué)生的批判性思維。

2材料革新、設(shè)計并操作實驗，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用、分析、解決問題能力的創(chuàng)造性思維

教師展示實驗材料：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaHCO3溶液、100mL量筒3支、臺燈一盞、金魚藻若干。并提出實驗?zāi)康模禾骄拷痿~藻最適光照強度。

教師提示：金魚藻在適宜光照條件下，約1min后，從莖基部冒出氣泡?？筛鶕?jù)單位時間內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)確定最適光照強度。

通過演示實驗的優(yōu)缺點分析，學(xué)生已經(jīng)理解不同實驗組之間要遵循單一變量原則。但是。學(xué)生在使用新的實驗材料進行設(shè)計與操作時能否考慮到光合面積是無關(guān)變量要相同？如果考慮到，又如何解決？這本身就是一個真實的學(xué)習(xí)情境。學(xué)生需要應(yīng)用知識設(shè)計實驗，并分析自己實驗的有效性。筆者通過觀察，發(fā)現(xiàn)學(xué)生都對金魚藻進行了處理，方法有如下幾種：

1盡量選取大小相同的植株;

2對一些金魚藻進行剪切，使各組的長度盡可能相等;

3將同一株金魚藻切成等長的三段;

4用天平稱取質(zhì)量相等的金魚藻。

上述處理說明各學(xué)生小組都有了要使光合面積相同的意識，但都沒有從根本上解決問題。因此，學(xué)生記錄到的實驗結(jié)果出現(xiàn)了與預(yù)期不同甚至是相反的結(jié)果，如距離最近的氣泡數(shù)反而最少，不同距離處的氣泡數(shù)相同等怪現(xiàn)象。這樣的實驗結(jié)果顯然沒有說服性。怎樣解決這個問題是課堂教學(xué)的一個重點，意在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的能力。學(xué)生在分組討論中沒有找到合適的解決方案，那么合作學(xué)習(xí)、思維碰撞就十分重要了。因此，教師組織各組學(xué)生進行全班批判性互動。

在交流展示環(huán)節(jié)，教師請學(xué)生說出他所在組在實驗過程中遇到了哪些問題且如何解決的。有的組介紹他們是如何使三組的植株盡可能相同的，有的組介紹他們測得的數(shù)據(jù)有些“怪”是因為不同組的植株莖的粗細(xì)不同，所以氣泡大小不同，但如何克服還沒有辦法。最終，正是因為這些怪現(xiàn)象讓學(xué)生認(rèn)識因為無論如何也無法得到光合面積相同的三組金魚藻，所以實驗的有效性大打折扣。

在多組交流之后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析：大家的做法中有沒有共性？解決問題的思路都圍繞什么方面展開的？學(xué)生略加思考發(fā)現(xiàn)，他們都在一個不可能完成任務(wù)的怪圈中打轉(zhuǎn)——尋找相同的三組植株。此時教師再加以引導(dǎo)：能否換一個思路來解決問題？學(xué)生慎重思考后產(chǎn)生新的想法：既然，平行的實驗不行，那么用縱向分組呢？各組學(xué)生，激烈討論，找出新解決的方法：用同一株金魚藻，改變與光源之間的距離來進行多次實驗。

3數(shù)據(jù)收集、結(jié)果處理，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合、評價、復(fù)雜問題的解決等高階思維

根據(jù)前面的討論結(jié)果，學(xué)生重新設(shè)計了實驗步驟并進行操作。學(xué)生再次進入真實的情境中，由于解決了實驗方案的有效性問題，自然而然就面臨實驗數(shù)據(jù)收集、結(jié)果處理的一系列問題。此時，學(xué)習(xí)已經(jīng)達(dá)到對知識的深層次理解和深度處理的程度，學(xué)生在這樣真實的情境中，情感態(tài)度投入、意志投入、個性品質(zhì)投入等都達(dá)到了普通課堂教學(xué)無法到達(dá)的程度。他們試圖像科學(xué)家一樣研究問題，獲得有效結(jié)論。本節(jié)課的這個階段具體包括數(shù)據(jù)收集、結(jié)果處理、獲得結(jié)論。

3.1數(shù)據(jù)收集

學(xué)生將收集到的數(shù)據(jù)（30s內(nèi)產(chǎn)生的氣泡數(shù)）填入學(xué)案的相應(yīng)表格中。他們分別測量距離光源5、10、15cm的實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)的有效性關(guān)乎實驗結(jié)論的有效性，控制誤差十分重要。因此在交流展示環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生交流減少誤差的方法。學(xué)生提出的方式基本有兩種：多測量幾次取其平均值的;統(tǒng)計更長的時間，再算出30s產(chǎn)生氣泡數(shù)。師生一起分析哪種數(shù)據(jù)收集方法更準(zhǔn)確，以此來引導(dǎo)學(xué)生正確對待定量實驗中數(shù)據(jù)的獲取方法，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶Υ龑嶒灥膽B(tài)度。

3.2結(jié)果處理該實驗的最終目的是探索出金魚藻光合作用的

最適光照強度，僅僅依靠孤零零的幾組數(shù)據(jù)顯然不能獲得結(jié)論。那么如何處理收集到的數(shù)據(jù)？教師提示學(xué)生：可以在坐標(biāo)系中標(biāo)出記錄數(shù)據(jù)并連成曲線，觀察曲線呈現(xiàn)的特點，再得到結(jié)論。學(xué)生所繪曲線基本上都如圖1A所示。

顯然，根據(jù)圖1A無法找到最適光照強度，卻提示了進一步實驗的方向，即縮短與光源的距離。學(xué)生在oa之間再進行實驗，繪出了如圖1B所示的曲線。但從圖1B曲線中仍然找不到最適光照強度，怎樣解決呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生討論，發(fā)現(xiàn)可能存在兩種可能：

1最適光照強度在oa之間，通過進一步縮小燈泡與金魚藻之間距離來測定。

2燈泡功率不是足夠大，通過增大燈泡功率（或增加燈泡數(shù)量）后繼續(xù)實驗。于是，針對這兩種情況學(xué)生再一次進行了探究，分別得到了圖1C和圖1D。

最終，學(xué)生據(jù)實驗分析出，金魚藻的最適光照強度并非一個點，而是一個很大的范圍。在這一次探究實驗中，找到了這個范圍中的最低光照強度。至于再增加光照強度，金魚藻的光合作用強度是不是會下降，可以下次再作進一步的探究。

學(xué)生在課堂中經(jīng)歷了多次的挫折，通過不斷改進方案，不斷解決實際問題，突破了對知識的簡單占有和機械訓(xùn)練。該環(huán)節(jié)的設(shè)置正符合美國著名教育家杜威的教育理念：書本知識具有不可教性，不能直接進行傳授，而需要讓學(xué)習(xí)者經(jīng)歷一個復(fù)雜的過程，即知識的學(xué)習(xí)需要經(jīng)過還原與下沉、經(jīng)驗與探究、反思與上浮的過程。

4教學(xué)反思

在教學(xué)過程中，教與學(xué)是一種相融性的一體化關(guān)系，學(xué)生真正意義上的深度學(xué)習(xí)需要建立在教師深度指導(dǎo)的基礎(chǔ)上。從本質(zhì)上來看，學(xué)生在教師引導(dǎo)下，對知識進行內(nèi)在結(jié)構(gòu)的逐層深化學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中深刻參與和學(xué)習(xí)投入，才能實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。本節(jié)課的實驗過程是一個真實的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生會碰到許多真實的問題，在解決問題的過程中其科學(xué)探究能力、批判性思維和解決復(fù)雜問題的能力都會得到提高。且因為問題是學(xué)生在實驗過程中碰到的實實在在的問題，會大大提高學(xué)生的積極性。另外，學(xué)生在解決這些問題的過程中，需要組內(nèi)甚至組間討論、分工合作等手段，也培養(yǎng)了學(xué)生人際領(lǐng)域的團隊協(xié)作能力和有效溝通表達(dá)的能力。本節(jié)課設(shè)計的出發(fā)點就是先將書本知識進行現(xiàn)場的還原，還原成“經(jīng)驗”，進行了知識的“下沉”處理。學(xué)生經(jīng)歷對全新材料為背景實驗設(shè)計和操作、結(jié)果處理的不斷摸索，不斷改進，對知識進行了“自我加工”。這個環(huán)節(jié)看似很浪費時間，卻是決不能缺少，否則會減損整體目標(biāo)的達(dá)成。最后，通過實驗過程的反思，即書本知識進行個人意義的升華和表達(dá)，書本知識最終變成學(xué)生自己理解的知識。