论文部分内容阅读
摘要 以“基因频率”概念为例，通过运用深度学习的策略去指导概念教学，利用概念分析、创设问题情境、拓展相关知识等手段来建构知识框架，达到对概念的深度理解和运用的目的。
关键词 深度学习 基因频率 概念教学
中图分类号G633.91
文献标志码B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的基本理念以核心素养为宗旨，聚焦大概念，让学生能够深刻理解和应用重要的生物学概念，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨和解决现实生活中的某些问题。深度学习就是在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入已有的认知结构中，能够在众多思想间建立联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，以此作为问题决策解决的一种学习方式。
按照美国教育家布卢姆认知目标分类学的要求，机械记忆和浅层理解是属于浅层学习的范畴，而深层理解、应用、分析、综合和评价则属于较高认知水平的深度学习。因此，教师应深入生物学重要概念的本质，掌握概念的内涵和外延，而不是让学生通过识记、背诵来掌握概念。下面以人教版高中生物必修二中“基因频率”概念为例，尝试用“深度学习”策略对“基因频率”概念进行教学。
1 深度学习下的概念教学策略
深度学习要求教师基于学生的现有认知水平，引导学生联系和建构、理解和批判、迁移和应用新知识。在生物学课程中，大概念包括对原理、理论等的理解和解释，是生物学学科知识的主干部分。教师在设计和组织各单元的教学活动时，内容围绕基于大概念下的重要概念来开展。为促进学生对生物学概念的建立、理解和应用，可采用深度学习的教学策略来帮助学生建构概念。图1为笔者基于深度学习
2 深度学习下的“基因频率”概念教学过程
2.1 引旧知建新知，激发认知行为
“基因频率”是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比例。在学习基因频率概念之前，学生己对拉马克的进化理论和达尔文的自然选择学说已有一定的认知，能运用遗传学定律对后代个体基因型或配子的概率进行计算，能比较可遗传变异的产生原因和特点。
研究生物进化必须研究种群的基因组成和变化，而基因频率正是分析和描述种群基因组成和变化的重要概念。教师在围绕“基因频率”概念进行教学时，结合人教版教材所提供的素材“用数学方法讨论基因频率的变化”，引导学生运用孟德尔遗传定律，从亲代的基因型频率计算子代的基因型频率和基因频率，从而认识和理解“基因频率”的概念。同时，可进一步拓展延伸基因位于性染色体上时，相关性染色体上基因频率的计算。值得注意的是，如果教学中单纯根据计算来认识基因频率，会使学生的认知水平停留在计算方法上，导致学生对基因频率的计算产生厌倦或恐惧，而对概念缺乏深入的理解，不利于发展学生的科学思维。这就需要教师拓展和延伸知识，激发学生的认知行为，聚焦“基因频率”概念的理解和掌握。
2.2 批判性建构“基因频率”概念
深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习，注重深度理解是深度学习的典型特征。批判学习需要学生对所学内容追本溯源，深入探究知识背后的思想方法，对知识的取合作出批判性的判断与把握，从而生成知识与意义。在基因频率概念教学实施时，大多数学生认为自然选择淘汰不利性状的个体，进而引起种群的基因型频率的改变，由此学生认为生物进化的实质由基因型频率改变导致。此时，教师引导学生主动思考、质疑、交流与讨论，分析基因型频率发生改变的情况下，种群的基因频率不一定发生改变，帮助学生建构基因频率的概念和基因频率发生改变的原因，形成辩证性思维。具体可采取以下策略批判性建构基因频率的概念。
2.2.1 全面剖析概念，挖掘内涵外延
“基因频率”概念教学要紧抓其内涵与外延（表1）。在课堂活动上，教师通过分析概念来提升学生的认知水平，引导学生深入挖掘基因频率的知识内涵和拓展其外延，促进学生深度学习。
2.2.2 创设问题情境，建立知识联系
深度学习倡导“新旧知识整合”，目的就是让学生把知识串联起来，而不是孤立每个信息，以便于学生记忆和理解。在重要概念构建的过程中，教师可加强问题情境教学，激发学生的学习兴趣，促使学生对学生现有认知水平进行深加工，建立知识间的联系（图2）。
从基因频率的概念上看，除涉及到基因频率的相关计算外，理解基因频率的核心要素是基因频率是如何改变的。由此，教师通过创设一连串问题情境来引发学生思考和讨论：冬天到来时，动物的皮毛会变得更为厚重，这发生进化了吗？从生物个体来看，个体生命过程中发生的变化是不是进化上的变化？性状是由基因控制的，研究生物的进化需如何分析种群的基因组成和变化？个体的有利变异基因所控制的性状是如何传递和扩散？通过上述问题，教师引导学生构建个体、种群、基因库和基因频率的知识联系，讓学生理解种群是生物进化的基本单位，不同种群的基因频率和基因库存在差异。
教师继续提问：种群基因库的不同在于组成的基因种类不同，那等位基因是如何产生的？进化的原材料是什么？自然界的种群的基因频率能世代不变吗？种群基因频率的改变一定随基因型频率改变吗？不同种群基因频率不同的原因是什么？自然选择作用的对象是谁？耐药菌出现的原因是什么？教师在引导学生探讨交流的过程中，促进学生整合知识，将基因库、基因频率和生物进化关联起来，从而理解自然选择是如何决定生物进化的方向。
2.2.3 拓展知识体系，构建知识框架
新旧知识整合后，需进一步拓展知识体系，教学中结合教材探究“自然选择对种群基因频率变化的影响”中的实例，用数学方法讨论自然选择使种群基因频率发生变化的原因，同时横向比较基因频率在世代遗传中不发生改变的理想条件。学生结合材料，分析发现自然条件下哈迪一温伯格定律是无法实现的，由此教师引导学生辩证思考、交流、讨论和分析基因频率改变的原因（表2），进一步深化学生对基因频率的理解。
生物进化的实质是自然选择通过作用于个体的表现型使种群基因频率发生定向改变。与此同时，教师引导学生分析种群基因频率的改变并不一定导致新物种的形成，指出种群内的基因交流如果不停止，遗传组成的差异就不会拉大，新物种就难以形成，只有达到生殖隔离后，新物种才得以形成。依据基因频率概念的内涵与外延，拓展知识体系，引导学生构建基因频率的知识框架（图3），促进知识结构化、系统化，有利于培养学生的逻辑思维能力，加深对概念的深度理解。
2.3 迁移运用概念，解决实际问题
教师提供超级细菌相关新闻报道，为学生提供真实问题情境，引导学生分析耐药菌的出现与抗生素滥用的关系，引发学生深层次思考：超级细菌产生的根本原因是什么？细菌的抗药性为什么会越来越强？学生分析生活问题，巩固提升知识，认识到自然选择使具有耐药性的细菌生存下来，并通过持续的选择作用，不断提升细菌的耐药基因频率。深度学习重视知识的迁移应用，从本质上去理解基因频率的概念，促进学生更好地理解迁移概念，并运用概念去解决实际问题。
3 教学反思
基于深度学习构建生物学科学概念，要以概念知识为载体，关注学生学习和应用知识的差异。从学生的现有认知水平出发，分析概念的内涵与外延，结合教材创设问题情境，紧抓概念的核心要素，运用批判性思维帮助学生对科学概念和科学本质的认识;运用生物变异和自然选择学说的基本观念，理解滥用抗生素药物的危害;运用所学的知识解决自然界和社会生活中的生物学问题。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2.
[2]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].计算机教与学，2005（5）：29-30.
[3]安富海，促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程·教材·教法，2014，（II）：57-63.
[4]康淑敏，基于学科素养培育的深度学习研究[J].教学研究，2016，（7）：111-118.
关键词 深度学习 基因频率 概念教学
中图分类号G633.91
文献标志码B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的基本理念以核心素养为宗旨，聚焦大概念，让学生能够深刻理解和应用重要的生物学概念，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨和解决现实生活中的某些问题。深度学习就是在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入已有的认知结构中，能够在众多思想间建立联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，以此作为问题决策解决的一种学习方式。
按照美国教育家布卢姆认知目标分类学的要求，机械记忆和浅层理解是属于浅层学习的范畴，而深层理解、应用、分析、综合和评价则属于较高认知水平的深度学习。因此，教师应深入生物学重要概念的本质，掌握概念的内涵和外延，而不是让学生通过识记、背诵来掌握概念。下面以人教版高中生物必修二中“基因频率”概念为例，尝试用“深度学习”策略对“基因频率”概念进行教学。
1 深度学习下的概念教学策略
深度学习要求教师基于学生的现有认知水平，引导学生联系和建构、理解和批判、迁移和应用新知识。在生物学课程中，大概念包括对原理、理论等的理解和解释，是生物学学科知识的主干部分。教师在设计和组织各单元的教学活动时，内容围绕基于大概念下的重要概念来开展。为促进学生对生物学概念的建立、理解和应用，可采用深度学习的教学策略来帮助学生建构概念。图1为笔者基于深度学习
2 深度学习下的“基因频率”概念教学过程
2.1 引旧知建新知，激发认知行为
“基因频率”是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比例。在学习基因频率概念之前，学生己对拉马克的进化理论和达尔文的自然选择学说已有一定的认知，能运用遗传学定律对后代个体基因型或配子的概率进行计算，能比较可遗传变异的产生原因和特点。
研究生物进化必须研究种群的基因组成和变化，而基因频率正是分析和描述种群基因组成和变化的重要概念。教师在围绕“基因频率”概念进行教学时，结合人教版教材所提供的素材“用数学方法讨论基因频率的变化”，引导学生运用孟德尔遗传定律，从亲代的基因型频率计算子代的基因型频率和基因频率，从而认识和理解“基因频率”的概念。同时，可进一步拓展延伸基因位于性染色体上时，相关性染色体上基因频率的计算。值得注意的是，如果教学中单纯根据计算来认识基因频率，会使学生的认知水平停留在计算方法上，导致学生对基因频率的计算产生厌倦或恐惧，而对概念缺乏深入的理解，不利于发展学生的科学思维。这就需要教师拓展和延伸知识，激发学生的认知行为，聚焦“基因频率”概念的理解和掌握。
2.2 批判性建构“基因频率”概念
深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习，注重深度理解是深度学习的典型特征。批判学习需要学生对所学内容追本溯源，深入探究知识背后的思想方法，对知识的取合作出批判性的判断与把握，从而生成知识与意义。在基因频率概念教学实施时，大多数学生认为自然选择淘汰不利性状的个体，进而引起种群的基因型频率的改变，由此学生认为生物进化的实质由基因型频率改变导致。此时，教师引导学生主动思考、质疑、交流与讨论，分析基因型频率发生改变的情况下，种群的基因频率不一定发生改变，帮助学生建构基因频率的概念和基因频率发生改变的原因，形成辩证性思维。具体可采取以下策略批判性建构基因频率的概念。
2.2.1 全面剖析概念，挖掘内涵外延
“基因频率”概念教学要紧抓其内涵与外延（表1）。在课堂活动上，教师通过分析概念来提升学生的认知水平，引导学生深入挖掘基因频率的知识内涵和拓展其外延，促进学生深度学习。
2.2.2 创设问题情境，建立知识联系
深度学习倡导“新旧知识整合”，目的就是让学生把知识串联起来，而不是孤立每个信息，以便于学生记忆和理解。在重要概念构建的过程中，教师可加强问题情境教学，激发学生的学习兴趣，促使学生对学生现有认知水平进行深加工，建立知识间的联系（图2）。
从基因频率的概念上看，除涉及到基因频率的相关计算外，理解基因频率的核心要素是基因频率是如何改变的。由此，教师通过创设一连串问题情境来引发学生思考和讨论：冬天到来时，动物的皮毛会变得更为厚重，这发生进化了吗？从生物个体来看，个体生命过程中发生的变化是不是进化上的变化？性状是由基因控制的，研究生物的进化需如何分析种群的基因组成和变化？个体的有利变异基因所控制的性状是如何传递和扩散？通过上述问题，教师引导学生构建个体、种群、基因库和基因频率的知识联系，讓学生理解种群是生物进化的基本单位，不同种群的基因频率和基因库存在差异。
教师继续提问：种群基因库的不同在于组成的基因种类不同，那等位基因是如何产生的？进化的原材料是什么？自然界的种群的基因频率能世代不变吗？种群基因频率的改变一定随基因型频率改变吗？不同种群基因频率不同的原因是什么？自然选择作用的对象是谁？耐药菌出现的原因是什么？教师在引导学生探讨交流的过程中，促进学生整合知识，将基因库、基因频率和生物进化关联起来，从而理解自然选择是如何决定生物进化的方向。
2.2.3 拓展知识体系，构建知识框架
新旧知识整合后，需进一步拓展知识体系，教学中结合教材探究“自然选择对种群基因频率变化的影响”中的实例，用数学方法讨论自然选择使种群基因频率发生变化的原因，同时横向比较基因频率在世代遗传中不发生改变的理想条件。学生结合材料，分析发现自然条件下哈迪一温伯格定律是无法实现的，由此教师引导学生辩证思考、交流、讨论和分析基因频率改变的原因（表2），进一步深化学生对基因频率的理解。
生物进化的实质是自然选择通过作用于个体的表现型使种群基因频率发生定向改变。与此同时，教师引导学生分析种群基因频率的改变并不一定导致新物种的形成，指出种群内的基因交流如果不停止，遗传组成的差异就不会拉大，新物种就难以形成，只有达到生殖隔离后，新物种才得以形成。依据基因频率概念的内涵与外延，拓展知识体系，引导学生构建基因频率的知识框架（图3），促进知识结构化、系统化，有利于培养学生的逻辑思维能力，加深对概念的深度理解。
2.3 迁移运用概念，解决实际问题
教师提供超级细菌相关新闻报道，为学生提供真实问题情境，引导学生分析耐药菌的出现与抗生素滥用的关系，引发学生深层次思考：超级细菌产生的根本原因是什么？细菌的抗药性为什么会越来越强？学生分析生活问题，巩固提升知识，认识到自然选择使具有耐药性的细菌生存下来，并通过持续的选择作用，不断提升细菌的耐药基因频率。深度学习重视知识的迁移应用，从本质上去理解基因频率的概念，促进学生更好地理解迁移概念，并运用概念去解决实际问题。
3 教学反思
基于深度学习构建生物学科学概念，要以概念知识为载体，关注学生学习和应用知识的差异。从学生的现有认知水平出发，分析概念的内涵与外延，结合教材创设问题情境，紧抓概念的核心要素，运用批判性思维帮助学生对科学概念和科学本质的认识;运用生物变异和自然选择学说的基本观念，理解滥用抗生素药物的危害;运用所学的知识解决自然界和社会生活中的生物学问题。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：2.
[2]何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].计算机教与学，2005（5）：29-30.
[3]安富海，促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程·教材·教法，2014，（II）：57-63.
[4]康淑敏，基于学科素养培育的深度学习研究[J].教学研究，2016，（7）：111-118.