江蘇省常州市北郊初級中學(xué)(213002) 邰玉韋

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生全身心投入、經(jīng)歷深刻思維探索過程、獲得深度生命體驗(yàn)。在主動加工、深度理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新知識，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過高層次思維過程，靈活運(yùn)用所學(xué)知識和能力[1]。深度實(shí)驗(yàn)教學(xué)是基于深刻理解實(shí)驗(yàn)原理、思想、方法、內(nèi)在價值的基礎(chǔ)上，指向?qū)W科關(guān)鍵能力及學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。筆者從實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重組、實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新三方面，給出深度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例。

1 實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新，激發(fā)思維碰撞，促進(jìn)深度參與

生物學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為導(dǎo)向的學(xué)科，借助“趣味實(shí)驗(yàn)”情境的創(chuàng)設(shè)，融合真實(shí)性情境問題，可以激活學(xué)生的形象思維，促進(jìn)學(xué)生思考現(xiàn)象背后的本質(zhì)，提升生物課堂教學(xué)的魅力[2]。

例如在“探索生命的方法”一節(jié)教學(xué)中，教材中提供了“蚯蚓在什么樣的物體上爬得快”的探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并提供了玻璃板和硬紙板等實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)的意圖是讓學(xué)生體驗(yàn)一次完整的探究過程，并感悟和理解科學(xué)探究的一般方法。 在探究過程中通過對蚯蚓在硬紙板上和玻璃板上兩種運(yùn)動狀態(tài)的對照觀察，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)變量的含義，并初步學(xué)會設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)、控制單一變量和重復(fù)實(shí)驗(yàn)等具體方法。但該探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)具有一定的局限性，單一變量比較難控制，如蚯蚓的活動狀態(tài)、硬紙板的粗糙度和干濕情況的選擇，觀察指標(biāo)“速度”的判斷、蚯蚓運(yùn)動路程的計(jì)算等實(shí)施起來有一定的難度，造成探究結(jié)果呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。筆者就這一節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開設(shè)了多次公開課，嘗試著進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)優(yōu)化創(chuàng)新，都收到較好的課堂實(shí)踐效果。

(1)第1次創(chuàng)新：保留探究“蚯蚓在什么樣的物體上爬得快”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，A組提供了黑色粗糙磨砂紙，并保持一定濕度，模擬蚯蚓生活的自然土壤環(huán)境；B組提供了大小、厚度一樣的黑色硬卡紙，并保持與A組基本相同的濕度。

(2)第2次創(chuàng)新：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“蚯蚓對清水和洗潔精稀釋液不同的刺激會產(chǎn)生怎樣的反應(yīng)”代替了原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，嘗試并感悟科學(xué)探究的一般方法，并能通過此實(shí)驗(yàn)探究的方法分析解決生活中的實(shí)際問題，如洗潔精的使用安全問題，增強(qiáng)愛護(hù)小動物的意識和情感，培養(yǎng)合作精神和科學(xué)探究的方法等。

(3)第3次優(yōu)化創(chuàng)新：保留“蚯蚓在什么樣的物體上爬得快”的實(shí)驗(yàn)探究內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。A組提供了有機(jī)玻璃板與邊長為1 cm的正方形A4方格紙；B組提供了有機(jī)玻璃板、磨砂貼膜與邊長為1 cm的正方形A4方格紙，從定性實(shí)驗(yàn)逐漸走向半定量實(shí)驗(yàn)，并提供了一種新的判斷蚯蚓運(yùn)動狀態(tài)快慢的觀察指標(biāo)(視角)，幫助學(xué)生學(xué)會設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，確定單一變量和重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法，有效解決本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

上述3次實(shí)驗(yàn)探究情境的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，既關(guān)注了學(xué)生的興趣、學(xué)習(xí)接受能力，又為學(xué)生提供了真實(shí)的生活情境和事實(shí)來支撐概念的形成，激發(fā)學(xué)生的思維碰撞，促進(jìn)學(xué)生深度參與。在教師的適當(dāng)鼓勵和有效引導(dǎo)下，學(xué)生感受到體驗(yàn)的快樂和成功的喜悅，促進(jìn)了學(xué)生興趣的養(yǎng)成和維持以及個性的發(fā)展。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重組，架構(gòu)邏輯體系，促進(jìn)深度理解

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》強(qiáng)調(diào)：圍繞著生物學(xué)重要概念來組織并開展教學(xué)活動，能有效地提高教學(xué)效益，促進(jìn)學(xué)生對知識的深入理解。教師可以結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際，精選恰當(dāng)、豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在整體架構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系的基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行富有創(chuàng)造性的重組設(shè)計(jì)，并注重選擇學(xué)生理解生物學(xué)概念所必需的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能等，促進(jìn)學(xué)生對生物學(xué)重要概念的理解和應(yīng)用，以及對科學(xué)過程的理解，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。

例如在“人體的消化與吸收”一節(jié)教學(xué)中，教師需要幫助學(xué)生形成重要概念：“說出小腸是消化的主要器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”。在傳統(tǒng)教學(xué)中，針對口腔對淀粉、糖類和蛋白質(zhì)三大營養(yǎng)成分的消化，大多數(shù)教師會選擇開展“淀粉在口腔中的化學(xué)性消化”這個實(shí)驗(yàn)。通過細(xì)細(xì)咀嚼饅頭味道的體驗(yàn)，或用實(shí)驗(yàn)器材模擬饅頭在口腔中的變化，并通過觀察饅頭咀嚼物滴加碘液后發(fā)生的顏色變化，最后證明口腔的唾液淀粉酶能促進(jìn)淀粉分解成麥芽糖，口腔具有初步消化淀粉的作用。但以上實(shí)驗(yàn)并沒有證據(jù)說明口腔能不能消化脂肪和蛋白質(zhì)成分。為了進(jìn)一步解釋口腔、胃和小腸對淀粉、糖類和蛋白質(zhì)的消化所發(fā)揮的作用，多數(shù)教師還會選用模型建構(gòu)(見圖1)的方法幫助學(xué)生進(jìn)行比較歸納和分析推理，得出結(jié)論：口腔具有初步消化淀粉的作用；胃具有初步消化蛋白質(zhì)的作用；小腸具有消化淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的作用。這樣的活動僅僅停留在讓學(xué)生記住一些生物學(xué)事實(shí)，沒有為學(xué)生提供具有代表性的證據(jù)來為學(xué)生的概念形成提供支撐，也沒有從消化器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如含有消化液的種類多少與不同等角度去建立概念，學(xué)生沒有形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。當(dāng)然，也有優(yōu)秀的生物教師進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重組，開展了如下系列實(shí)驗(yàn)活動。

(1)實(shí)驗(yàn)1:利用口腔中的唾液分別開展消化淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的實(shí)驗(yàn)活動，然后用生物學(xué)方法去檢驗(yàn)消化后的物質(zhì)成分變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有淀粉成分被分解了，蛋白質(zhì)和脂肪沒有被分解，說明口腔只能初步消化淀粉。

(2)實(shí)驗(yàn)2:利用人工模擬胃液分別開展消化淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的實(shí)驗(yàn)活動，再用生物學(xué)方法去檢驗(yàn)消化后的物質(zhì)成分變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)被初步分解了，淀粉和脂肪并沒有被分解，說明胃只能初步消化蛋白質(zhì)。

(3)實(shí)驗(yàn)3:利用人工模擬腸液分別開展消化淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的實(shí)驗(yàn)活動，再用生物學(xué)方法去檢驗(yàn)消化后的物質(zhì)成分變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪都被分解了，說明小腸能夠消化分解蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪，小腸是主要的消化器官。

圖1 人體主要消化器官消化物質(zhì)所發(fā)揮的作用模型建構(gòu)

再如在“人體的消化與吸收”一節(jié)教學(xué)中，教師還需要幫助學(xué)生形成重要概念：“說出小腸是吸收的主要器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)”。在傳統(tǒng)教學(xué)中，如果僅僅通過表1的歸類總結(jié)，并不能收到良好的教學(xué)效果，學(xué)生很難真正從消化器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(如小腸內(nèi)表面有皺襞和絨毛，小腸絨毛內(nèi)有豐富的毛細(xì)血管等)的視角去感受和體驗(yàn)，不能真正建立科學(xué)的概念。一位生物教師進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)：

表1 人體主要的消化器官吸收營養(yǎng)成分歸類總結(jié)

為每個學(xué)習(xí)小組提供實(shí)物豬胃、豬小腸和豬大腸以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，通過合作方式完成3個學(xué)習(xí)任務(wù)。①用手指撫摸胃、小腸、大腸的內(nèi)表面；②將胃、小腸、大腸放入盛有清水的培養(yǎng)皿中，借助放大鏡或用肉眼仔細(xì)觀察其內(nèi)表面；③討論并完成表2。通過實(shí)驗(yàn)觀察和對比分析，學(xué)生理解了小腸是吸收的主要器官的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這樣的教學(xué)效果是難忘的，因?yàn)閷W(xué)生親自體驗(yàn)過了，經(jīng)歷了深度的實(shí)踐。

表2 人體主要的消化器官結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3 實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新，重視模型建構(gòu)，解決實(shí)際問題

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》在“教學(xué)建議”中強(qiáng)調(diào)：關(guān)注重要概念的學(xué)習(xí)，需要加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，力爭實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多樣化和創(chuàng)新化，可以采用生物材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，也可以設(shè)計(jì)模擬性實(shí)驗(yàn)，尤其是難懂的、抽象的概念知識在現(xiàn)有條件下又無法完成的觀察現(xiàn)象，還可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中適當(dāng)引入現(xiàn)代化信息技術(shù)?；陬惐葘?shí)驗(yàn)或數(shù)據(jù)分析推理，通過建構(gòu)概念模型，促進(jìn)學(xué)生對重要概念的深度理解和應(yīng)用，提升學(xué)生的綜合分析、邏輯推理等思維能力，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和有效溝通能力。

例如在“綠色植物的蒸騰作用”一節(jié)教學(xué)中，教師需幫助學(xué)生形成重要概念：“在蒸騰作用中，水變成水蒸氣時，會吸收周圍的熱量，從而降低植物葉片表面的溫度，避免因強(qiáng)烈陽光的照射而灼傷葉片?！眰鹘y(tǒng)教學(xué)中，許多教師常通過類比實(shí)驗(yàn)或比喻的方式幫助學(xué)生理解這一概念，如：①在手背上涂擦酒精，并利用其揮發(fā)性讓學(xué)生體驗(yàn)到手背瞬間有涼絲絲的感覺；②用生活中的“燒水”現(xiàn)象來解釋，把一壺冷水燒開的過程需要從外界吸收大量的熱量；③用生活俗語“大樹底下好乘涼”進(jìn)行隱喻等。這樣的教學(xué)方式，雖然學(xué)生在一定程度上理解了概念，但還沒有深入到概念的事實(shí)與本質(zhì)，理解深度不夠，并沒有給學(xué)生留下深刻的印象，沒有真正解決教學(xué)中的實(shí)際問題和難點(diǎn)(即蒸騰作用對葉片表面溫度的影響)。一位教師利用信息技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，效果很好。選用的實(shí)驗(yàn)器材為朗威DISLab6.5數(shù)據(jù)采集器、溫度傳感器(2個)、綠蘿、光源等。實(shí)驗(yàn)步驟：①連接計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和溫度傳感器；打開計(jì)算機(jī)中的實(shí)驗(yàn)軟件，點(diǎn)擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，顯示當(dāng)前環(huán)境溫度；②使用透明膠將溫度傳感器的探針1和探針2分別粘在新鮮植物葉片和被燙過葉片的背面，計(jì)算機(jī)會顯示當(dāng)前葉片表面溫度；③最后，將兩組植物放在較強(qiáng)光下進(jìn)行2～3 h的暴曬，或打開燈源，使環(huán)境溫度升高。觀察測得的數(shù)據(jù)或生成的圖像，發(fā)現(xiàn)新鮮的植物葉片因進(jìn)行了蒸騰作用，其連接的探針顯示的溫度明顯低于被燙過的葉片。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果對比分析，學(xué)生更容易直觀理解“綠色植物的蒸騰作用可以降低植物葉片表面的溫度”概念。

總之，生物學(xué)教育不應(yīng)該傳授給學(xué)生一些支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，教師應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的生物學(xué)觀念，指向真正解決學(xué)生的實(shí)際問題，并通過實(shí)驗(yàn)活動或?qū)嵺`活動的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生理解與整合學(xué)科內(nèi)部知識的聯(lián)系。