基于深度学习的高中生物学概念模型建构获奖科研报告

基于深度学习的高中生物学概念模型建构获奖科研报告

【摘

要】深度学习是学生深入思考和辩证思考的过程，强调对学习内容的本质理解和批判性思考。建构概念模型可以促发学生深度学习，是学习概念的重要方法。本文以“基因突变”为例，通过课堂活动促发学生的深度学习，自主建构基因突变的概念，并与相关概念构建概念体系模型。

【关键词】深度学习;概念模型建构;基因突变

高中生命科学是一个概念体系，这些概念构成了课程的内容框架，同时也给学生带来了困扰，很多学生抱怨生命科学概念繁多、知识点琐碎，需要大量的时间重复记忆。究其原因，这些学生的学习是浅层的，没有对概念进行本质理解和批判性思考，所以容易混淆和遗忘。构建概念模型可以促发学生深度学习，掌握概念本质，提高概念的迁移和应用能力，是学习概念的有效方法。

1.深度学习与概念模型建构

深度学习，是相对于浅层学习的学习理念，是指在教师的引领下，学生高阶思维参与学习的过程，强调对学习内容的本质理解和批判性思考，追求有效的学习迁移和真实问题的解决[1]。高中生命科学是一个概念体系，若是浅层的学习，不对概念进行本质理解和批判性思考，就容易混淆、遗忘。

概念模型建构是深度学习、培养学生科学思维的过程，可以帮助学生掌握相关的概念，并能厘清概念间的关系，完善生物知识架构，从而提高学生迁移和应用知识的能力。

本文以《基因突变》为例，通过案例分析和探究式教学活动，促发学生的深度学习，自主建构基因突变的概念模型，并与相关概念构建概念体系模型，提高知识的深度和广度。

2.“基因突变”概念教学的普遍问题

镰刀型细胞贫血症是由于基因突变导致的遗传病，常作为经典案例展开基因突变的教学。一般的教学思路为，提供镰刀型细胞贫血症研究过程的文字资料，设置问题链，通过分析和讨论逐步进行病因探究。大多数教师，到此就归纳出了基因突变的概念，重点放在“DNA分子中碱基对的替换、缺失或增加”上，对后半句“使基因特定核苷酸序列发生改变”直接带过，如此造成了学生浅层地学习。

3.深度学习，构建“基因突变”概念模型

在构建“基因突变”的概念模型中，教师需要唤醒学生大脑中的前概念，将其作为新概念生成的生长点，采用问题驱动的方法不断促发深度学习，使学生形成自我对新知识的理解，自主建构基因突变的概念[2]。

3.1基因突变的本质

在了解碱基对的替换、缺失和增加会造成基因突变的基础上，进而深入探究基因突变的本质。利用课堂活动单（如图1），模拟碱基对的替换、缺失和增加，让学生写出突变后的碱基序列。书写的过程，可以让学生体验基因突变的过程，感性地、直观地认识碱基序列，联想已学知识“遗传信息储存在基因的碱基序列中”。进而引导学生观察碱基序列，思考“基因突变导致了什么改变？”学生需要经历观察、分析、综合和讨论的过程，才能得出答案。最后师生共同讨论，得出基因突变的本质是“造成基因特定核苷酸序列（碱基序列）的改变”。然后通过填空的方式，补全基因突变的概念，这个过程是学生深度学习自主构建概念的过程。

3.2基因突变的意义

在理解基因突变本质的基础上，进一步设置问题“基因突变的结果是什么？”引导學生联想已学知识“遗传信息储存在基因的碱基序列中”，引导学生进一步分析，得出“基因碱基序列的改变会造成基因携带的遗传信息发生改变”;进一步追问“若基因携带的遗传信息发生了改变，那么基因还是原来的基因吗？”层层递进，学生自主总结，基因突变的结果是产生新基因。

“那么新基因与原基因什么关系呢？”继续探究。展示图2，染色体上的某个基因的部分碱基序列，促发学生对已学知识的迁移和应用，基因是由成千上万个脱氧核苷酸组成的，若干个碱基的替换、增加和缺失会不会改变基因在染色体上的位置呢？经过深度学习的过程，学生理解了新基因是原基因的等位基因，等位基因决定相对性状。

综上，构建了基因突变的概念模型，如图3所示。

4.深度学习，构建概念体系模型

基因通过转录和翻译控制蛋白质的合成，从而决定生物性状。镰刀型细胞贫血症是基因突变改变生物性状的实例，那么基因突变一定会改变生物性状吗？利用课堂活动单（如图4），进行探究。

提出问题“将原基因指导合成的mRNA和多肽链逐一与突变后基因合成的mRNA和多肽链进行比较，你能发现什么？尝试分析原因。”学生通过观察、分析和讨论等深度学习的过程，解决问题。然后以小组为单位，汇报结果。学生分享时，依次抛出问题“与对照组相比基因的碱基序列是否改变，mRNA的碱基序列是否改变，氨基酸序列是否改变，蛋白质的结构和功能是否改变，生物性状是否改变”，从而引导学生自主构建概念体系“基因突变→DNA分子的碱基序列（遗传信息）→mRNA的碱基序列（遗传密码）→多肽链中氨基酸序列→蛋白质的结构和功能→生物性状”，将基因突变与中心法则建立联系，理解大概念。

最后师生共同分析，归纳总结，基因碱基对的替换，一定改变遗传信息和遗传密码，但不一定改变生物性状;基因碱基对的缺失和增加，一定改变遗传信息和遗传密码，具体使缺失或增加位点之后的遗传密码全部改变，氨基酸也随之全部改变，也有可能造成终止密码子的提前或延后，对生物性状的影响较大;图4课堂活动单：探究基因突变对生物性状的影响最后与学生一同构建概念体系模型（如图5），整个探究活动是高阶思维参与学习的过程。

5.结语

本节课利用两个课堂活动单，引导了学生自主建构了基因突变