沈璐昳

（上海市控江中學(xué) 上海 200093）

1 理論基礎(chǔ)

深度學(xué)習(xí)概念是美國學(xué)者費論斯·馬頓和羅右·薩爾喬于1976年首次提出，是對所學(xué)知識進行批判性理解、整合性建構(gòu)以及創(chuàng)新性遷移的一種學(xué)習(xí)方式。促進深度學(xué)習(xí)的教學(xué)并不是無限增加知識難度和知識量，而是基于知識的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過對知識的完整處理，引導(dǎo)學(xué)生從低階思維能力的淺層學(xué)習(xí)到高階思維能力的深度學(xué)習(xí)。教師在生物課堂中通過深度學(xué)習(xí)落實學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)，主要包括：①掌握基本的生命科學(xué)實驗探究原理和方法；②敢于質(zhì)疑的能力；③具備邏輯梳理能力；④具備實證意識；⑤具備語言表達能力；⑥具備論證能力；⑦具備歸納、建模能力。下面針對如何將深度學(xué)習(xí)貫徹落實于科學(xué)思維的培養(yǎng)進行了探索。

2 教材分析

“植物生長素的探索史”是滬科版高中生命科學(xué)第二冊第五章第五節(jié)“植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)”中的內(nèi)容。教材以40多年間數(shù)位科學(xué)家完成的幾個經(jīng)典實驗為主線，層層深入地解釋了植物向光性現(xiàn)象的機理，揭示了當(dāng)植物受外界刺激后植物體維持穩(wěn)態(tài)的基本調(diào)節(jié)方式，促使學(xué)生逐步形成“穩(wěn)態(tài)”與“適應(yīng)”的生命觀念。同時，“生長素探索史”中隱含的“假說-演繹”的理性思維，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)很好的載體。

3 教學(xué)目標(biāo)

通過親歷達爾文、詹森、溫特等科學(xué)探究實驗，初步學(xué)會實驗探究的一般方法，養(yǎng)成“假說-演繹-歸納-建模”的科學(xué)思維；通過從個體和細胞水平上闡釋植物向光性運動的機理，理解植物向光性運動是適應(yīng)環(huán)境的一種表現(xiàn)。

4 課堂教學(xué)設(shè)計

4.1 以生命現(xiàn)象導(dǎo)入新課

學(xué)生通過觀察延遲攝影拍攝的向日葵幼苗動圖，思考向日葵幼苗彎曲生長的外因，并提出疑問：“向日葵幼苗的感光部位在哪里？”然后，分組討論、設(shè)計實驗探究植物的感光部位。某小組選擇了三棵幼苗作為實驗對象：第一組為空白對照組不做處理；第二組用黑色袋子遮住幼苗上部；第三組用黑色袋子遮住幼苗下部，并給于單側(cè)光照射，觀察實驗現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：有趣的生命現(xiàn)象可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)動機，主動地想去探索知識。同時，學(xué)生通過互動碰撞出思想的火花，可以極大地豐富課堂的教學(xué)，促進其深度學(xué)習(xí)，更有利于主動地理解并掌握基本的實驗設(shè)計方法和原則，繼而培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

4.2 重現(xiàn)經(jīng)典實驗，發(fā)現(xiàn)隱藏其中的“假說-演繹”的科學(xué)思維

4.2.1 引出達爾文假說

教師借學(xué)生設(shè)計的實驗，引出達爾文父子設(shè)計的實驗。學(xué)生對兩組實驗進行比較，改進實驗方案，與達爾文父子設(shè)計的一樣設(shè)置4個組，但每組增加至5個胚芽鞘，并給于單側(cè)光照射。教師根據(jù)學(xué)生實驗的現(xiàn)象，引出達爾文提出的“化學(xué)信號假說”，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗以驗證假說。

設(shè)計意圖：學(xué)生在實驗中增加胚芽鞘的數(shù)量，目的是減少實驗誤差。要實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自我評價，整合自己已有的知識，發(fā)現(xiàn)問題、反思不足之處并進行調(diào)整。評價和反思是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑能力的前提。

4.2.2 挖掘“假說-演繹”中隱藏的科學(xué)思維

學(xué)生根據(jù)達爾文“假說”自行演繹，在環(huán)境適宜生長的情況下，選取2個生長狀態(tài)相近的胚芽鞘，對照組胚芽鞘不做處理，實驗組胚芽鞘去除尖端0.5 cm，在均勻光照5 h后，實驗結(jié)果為對照組直立生長0.2 cm，實驗組生長不明顯。其他學(xué)生根據(jù)該學(xué)生的實驗進行評價，認為該實驗方案可以得出：胚芽鞘尖端可以控制下部的生長，但無法直接驗證一定是某種化學(xué)物物質(zhì)引起胚芽鞘生長。教師借此引出詹森的實驗方案，學(xué)生發(fā)現(xiàn)詹森利用化學(xué)物質(zhì)可透過瓊脂而無法透過云母片的特點，從而確定是尖端產(chǎn)生的某種化學(xué)物質(zhì)引起彎曲現(xiàn)象。但有邏輯嚴謹?shù)膶W(xué)生提出質(zhì)疑：詹森并沒有排除胚芽鞘尖端本身對下部生長的影響。此時，教師介紹溫特的實驗方案：溫特巧妙地用積累了尖端某種化學(xué)物質(zhì)的瓊脂塊代替胚芽鞘尖端進行實驗，從而排除胚芽鞘尖端本身對下部的影響。

設(shè)計意圖：達爾文假說的演繹過程實則是科學(xué)家如何巧妙設(shè)計實驗驗證假說的科學(xué)思維過程，并非是三個實驗的簡單呈現(xiàn)，包含了層層遞進的邏輯關(guān)系。深度學(xué)習(xí)的落實不僅需要學(xué)生親歷實驗的過程，還要求學(xué)生能夠形成更高階的理性思維，即批判性的理解和分析。學(xué)生對已有知識進行反思和質(zhì)疑，有意識地通過實驗探求真知，主動梳理知識之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。其中，敢于質(zhì)疑和邏輯梳理亦是生物科學(xué)素養(yǎng)的范疇。

4.2.3 演繹假說的曲折

學(xué)生自行選擇較常見的單子葉植物玉米和小麥，通過實驗發(fā)現(xiàn)：小麥發(fā)芽快但胚芽鞘較細小，不易操作；玉米雖然發(fā)芽等待時間較小麥長，但玉米胚芽鞘較粗易操作；故最終選擇了玉米胚芽鞘為實驗對象。學(xué)生在重現(xiàn)達爾文父子的實驗時，因地制宜地選擇了不透明的和透明的筆蓋作為實驗材料來完成實驗。學(xué)生在重現(xiàn)詹森實驗過程中，因云母片較厚操作較難，改用較輕易上手且能阻斷化學(xué)物質(zhì)透過的錫紙；有小組嘗試用食品用的明膠片代替瓊脂塊，但在后續(xù)實驗過程中發(fā)現(xiàn)其吸水性強，導(dǎo)致胚芽鞘脫水而無法生長，隨即放棄使用。在重現(xiàn)溫特的實驗過程中，學(xué)生覺得等待胚芽鞘尖端生長素積累到瓊脂塊的時間過長，查閱書本后，詢問教師是否有生長素人工類似物溶液來代替該步驟。該學(xué)生用該溶液浸泡瓊脂塊，大大提高了實驗的成功率。

設(shè)計意圖：學(xué)生演繹假說的過程中，不乏迸發(fā)出一些創(chuàng)新性的想法并予以實踐，有時成功，有時失敗。這種創(chuàng)新實踐的學(xué)習(xí)方式也就是深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維?？茖W(xué)思維實質(zhì)是利用科學(xué)的思維方式來解決問題的過程，這個過程必須由學(xué)生親身實踐、創(chuàng)新、體驗、探索，讓學(xué)生深刻感悟科學(xué)探究實驗的不易，這也是培養(yǎng)學(xué)生實證意識的基礎(chǔ)。

4.3 從個體水平引入細胞水平的探究

教師補充小實驗：用黑色水筆在胚芽鞘的一側(cè)畫一條細線，2 d后，觀察黑色印記的變化。并提出問題：胚芽鞘伸長部位在哪里？胚芽鞘怎么伸長的？胚芽鞘如何彎曲的？……教師引導(dǎo)學(xué)生從個體水平探究深入到細胞水平的探究，學(xué)生主動提出需要借助光學(xué)顯微鏡觀察細胞。教師展示利用“ScopeImage 9.0”軟件拍攝顯微鏡下胚芽鞘縱切后的細胞結(jié)構(gòu)（圖1），引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行分析。

圖1 顯微鏡下胚芽鞘縱切面結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計意圖：教師借助數(shù)字化工具與資源，用顯微鏡下觀察的照片代替常規(guī)教學(xué)使用的模式圖，使學(xué)生直觀感受胚芽鞘彎曲部位的向光側(cè)和背光側(cè)細胞的差異，從而加速深度學(xué)習(xí)的進程。學(xué)生經(jīng)過實證再解釋了胚芽鞘彎曲生長的本質(zhì)，尊重事實和證據(jù)，培養(yǎng)了嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度，更好地培養(yǎng)了實證意識。

4.4 總結(jié)歸納，建構(gòu)模型，知識遷移

4.4.1 結(jié)合實證，得出結(jié)論

學(xué)生根據(jù)顯微鏡下拍攝的照片和實驗結(jié)果，得出胚芽鞘向光彎曲伸長的內(nèi)因是背光側(cè)生長素積累的較多。教師鼓勵學(xué)生根據(jù)結(jié)論提出新的假設(shè)。學(xué)生提出假設(shè)：光照可能會影響生長素的合成；光照可能會破壞生長素；單側(cè)光照可能導(dǎo)致生長素從向光側(cè)往背光側(cè)運輸?shù)?。教師展示單?cè)光照對胚芽鞘尖端生長素分布的實驗結(jié)果（圖2），學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，評價自己的假設(shè)，修正觀點，總結(jié)胚芽鞘向光彎曲的內(nèi)因。

圖2 單側(cè)光對胚芽鞘尖端生長素分布的實驗現(xiàn)象

設(shè)計意圖：深度學(xué)習(xí)需要學(xué)生自己主動走近知識。教師引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)，鍛煉學(xué)生語言表達能力。語言的表達有利于學(xué)生進行邏輯推理和論證。學(xué)生運用實驗現(xiàn)象來支持或反思自己的觀點，論述主張，為假設(shè)的成立構(gòu)建合理的解釋。這種論證的過程實則是在培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。具備語言表達能力和論證能力是生物科學(xué)素養(yǎng)的重要體現(xiàn)所在。

4.4.2 建構(gòu)模型、遷移拓展

通過課堂實驗現(xiàn)象和結(jié)論，學(xué)生初步構(gòu)建胚芽鞘彎曲生長的機理模型。隨后，教師引出植物向性運動的概念，并引導(dǎo)學(xué)生用該模型來推理植物向性運動的機理。最后，教師引出生長素的化學(xué)本質(zhì)，并拓展介紹植物生長素“酸生長”學(xué)說。

設(shè)計意圖：學(xué)生將新知融入原有的認知結(jié)構(gòu)中，整合性建構(gòu)胚芽鞘彎曲生長的機理模型，靈活運用并解釋植物其他向性運動的機理。深度學(xué)習(xí)重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，也就是學(xué)生能靈活應(yīng)用所學(xué)知識和已有能力，解決實際問題。學(xué)生這種歸納、建模的能力是生物科學(xué)素養(yǎng)中的重中之重。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為宗旨設(shè)計和組織教學(xué)，鼓勵學(xué)生養(yǎng)成對所學(xué)知識能夠有批判性理解、整合性構(gòu)建以及創(chuàng)新性遷移的學(xué)習(xí)方式。對于生命科學(xué)植物激素探索史的教學(xué)，探究的不僅僅是實驗，更多的是科學(xué)思維的滲透。教師重視實證，讓學(xué)生“力行”，親自體驗實際生命科學(xué)實驗操作過程中諸多的困難，感悟到科學(xué)實驗探究的嚴謹性和曲折性。層次化的實驗情境的設(shè)計重在培養(yǎng)學(xué)生的邏輯梳理能力，環(huán)環(huán)相扣的實驗中不乏出現(xiàn)學(xué)生敢于批判和質(zhì)疑的聲音，語言是學(xué)生理性思維的載體，語言的表達是學(xué)生深度思考的一種形式。教師巧妙運用學(xué)生課堂生成性問題，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)、建構(gòu)出胚芽鞘向光彎曲生長機理的模型，發(fā)展學(xué)生的論證技能，以達成在生物課堂中通過深度學(xué)習(xí)的方式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。