基于深度學習的高中生物學概念模型建構(gòu)獲獎科研報告

基于深度學習的高中生物學概念模型建構(gòu)獲獎科研報告

【摘

要】深度學習是學生深入思考和辯證思考的過程，強調(diào)對學習內(nèi)容的本質(zhì)理解和批判性思考。建構(gòu)概念模型可以促發(fā)學生深度學習，是學習概念的重要方法。本文以“基因突變”為例，通過課堂活動促發(fā)學生的深度學習，自主建構(gòu)基因突變的概念，并與相關(guān)概念構(gòu)建概念體系模型。

【關(guān)鍵詞】深度學習;概念模型建構(gòu);基因突變

高中生命科學是一個概念體系，這些概念構(gòu)成了課程的內(nèi)容框架，同時也給學生帶來了困擾，很多學生抱怨生命科學概念繁多、知識點瑣碎，需要大量的時間重復記憶。究其原因，這些學生的學習是淺層的，沒有對概念進行本質(zhì)理解和批判性思考，所以容易混淆和遺忘。構(gòu)建概念模型可以促發(fā)學生深度學習，掌握概念本質(zhì)，提高概念的遷移和應用能力，是學習概念的有效方法。

1.深度學習與概念模型建構(gòu)

深度學習，是相對于淺層學習的學習理念，是指在教師的引領(lǐng)下，學生高階思維參與學習的過程，強調(diào)對學習內(nèi)容的本質(zhì)理解和批判性思考，追求有效的學習遷移和真實問題的解決[1]。高中生命科學是一個概念體系，若是淺層的學習，不對概念進行本質(zhì)理解和批判性思考，就容易混淆、遺忘。

概念模型建構(gòu)是深度學習、培養(yǎng)學生科學思維的過程，可以幫助學生掌握相關(guān)的概念，并能厘清概念間的關(guān)系，完善生物知識架構(gòu)，從而提高學生遷移和應用知識的能力。

本文以《基因突變》為例，通過案例分析和探究式教學活動，促發(fā)學生的深度學習，自主建構(gòu)基因突變的概念模型，并與相關(guān)概念構(gòu)建概念體系模型，提高知識的深度和廣度。

2.“基因突變”概念教學的普遍問題

鐮刀型細胞貧血癥是由于基因突變導致的遺傳病，常作為經(jīng)典案例展開基因突變的教學。一般的教學思路為，提供鐮刀型細胞貧血癥研究過程的文字資料，設(shè)置問題鏈，通過分析和討論逐步進行病因探究。大多數(shù)教師，到此就歸納出了基因突變的概念，重點放在“DNA分子中堿基對的替換、缺失或增加”上，對后半句“使基因特定核苷酸序列發(fā)生改變”直接帶過，如此造成了學生淺層地學習。

3.深度學習，構(gòu)建“基因突變”概念模型

在構(gòu)建“基因突變”的概念模型中，教師需要喚醒學生大腦中的前概念，將其作為新概念生成的生長點，采用問題驅(qū)動的方法不斷促發(fā)深度學習，使學生形成自我對新知識的理解，自主建構(gòu)基因突變的概念[2]。

3.1基因突變的本質(zhì)

在了解堿基對的替換、缺失和增加會造成基因突變的基礎(chǔ)上，進而深入探究基因突變的本質(zhì)。利用課堂活動單（如圖1），模擬堿基對的替換、缺失和增加，讓學生寫出突變后的堿基序列。書寫的過程，可以讓學生體驗基因突變的過程，感性地、直觀地認識堿基序列，聯(lián)想已學知識“遺傳信息儲存在基因的堿基序列中”。進而引導學生觀察堿基序列，思考“基因突變導致了什么改變？”學生需要經(jīng)歷觀察、分析、綜合和討論的過程，才能得出答案。最后師生共同討論，得出基因突變的本質(zhì)是“造成基因特定核苷酸序列（堿基序列）的改變”。然后通過填空的方式，補全基因突變的概念，這個過程是學生深度學習自主構(gòu)建概念的過程。

3.2基因突變的意義

在理解基因突變本質(zhì)的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)置問題“基因突變的結(jié)果是什么？”引導學生聯(lián)想已學知識“遺傳信息儲存在基因的堿基序列中”，引導學生進一步分析，得出“基因堿基序列的改變會造成基因攜帶的遺傳信息發(fā)生改變”;進一步追問“若基因攜帶的遺傳信息發(fā)生了改變，那么基因還是原來的基因嗎？”層層遞進，學生自主總結(jié)，基因突變的結(jié)果是產(chǎn)生新基因。

“那么新基因與原基因什么關(guān)系呢？”繼續(xù)探究。展示圖2，染色體上的某個基因的部分堿基序列，促發(fā)學生對已學知識的遷移和應用，基因是由成千上萬個脫氧核苷酸組成的，若干個堿基的替換、增加和缺失會不會改變基因在染色體上的位置呢？經(jīng)過深度學習的過程，學生理解了新基因是原基因的等位基因，等位基因決定相對性狀。

綜上，構(gòu)建了基因突變的概念模型，如圖3所示。

4.深度學習，構(gòu)建概念體系模型

基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯控制蛋白質(zhì)的合成，從而決定生物性狀。鐮刀型細胞貧血癥是基因突變改變生物性狀的實例，那么基因突變一定會改變生物性狀嗎？利用課堂活動單（如圖4），進行探究。

提出問題“將原基因指導合成的mRNA和多肽鏈逐一與突變后基因合成的mRNA和多肽鏈進行比較，你能發(fā)現(xiàn)什么？嘗試分析原因?！睂W生通過觀察、分析和討論等深度學習的過程，解決問題。然后以小組為單位，匯報結(jié)果。學生分享時，依次拋出問題“與對照組相比基因的堿基序列是否改變，mRNA的堿基序列是否改變，氨基酸序列是否改變，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是否改變，生物性狀是否改變”，從而引導學生自主構(gòu)建概念體系“基因突變→DNA分子的堿基序列（遺傳信息）→mRNA的堿基序列（遺傳密碼）→多肽鏈中氨基酸序列→蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能→生物性狀”，將基因突變與中心法則建立聯(lián)系，理解大概念。

最后師生共同分析，歸納總結(jié)，基因堿基對的替換，一定改變遺傳信息和遺傳密碼，但不一定改變生物性狀;基因堿基對的缺失和增加，一定改變遺傳信息和遺傳密碼，具體使缺失或增加位點之后的遺傳密碼全部改變，氨基酸也隨之全部改變，也有可能造成終止密碼子的提前或延后，對生物性狀的影響較大;圖4課堂活動單：探究基因突變對生物性狀的影響最后與學生一同構(gòu)建概念體系模型（如圖5），整個探究活動是高階思維參與學習的過程。

5.結(jié)語

本節(jié)課利用兩個課堂活動單，引導了學生自主建構(gòu)了基因突變