基于三重表征理论的生物学深度学习实践路径研究
(福建省南安国光中学福建泉州362321)
深度学习是指在教学中学生积极参与、全身心投入、获得健康发展的、有意义的学习过程,是针对浅层学习而提出。刘月霞等构建了深度学习教学实践模型2.0(图1)。该模型强调,在深度学习过程中要凸显学习目标的素养导向、学习主题的引领性、学习任务或活动的挑战性、学习评价的持续性。通过学习活动,学生能够掌握学科基础知识与基本方法,体会学科基本思想,综合运用知识和方法创造性地解决问题,形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感和正确的价值观,成为既有扎实学识基础、又有独立思考能力,善于合作、有社会责任感、具备创新精神和实践能力、能够创造美好未来的社会实践的主人。传统生物学课堂往往是教师按照课前设计的教学程序讲解,牵着学生接受一个又一个结论,即便教师提出的问题具有一定的思维空间,但常常又不能给学生充足的思考时间,导致教师讲解多,学生深度探索交流少的问题。重结论轻探究的结果导致学生在解决问题方面存在比较严重的模仿性和依赖性,缺乏独立性和创造性。因此,如何着眼于学科的基本思想和方法,引导学生亲身经历知识发现、发生、发展的过程,促进知识的实践转化和综合应用,是实现深度学习亟需解决的问题。
图1深度学习教学实践模型2.0
因此本项目以深度学习理论为指导,依据生物学学科特质,尝试在阐述生物学三重表征内涵的基础上构建基于三重表征理论的生物学深度学习的教学实践路径。
1991年苏格兰格拉斯哥大学科学教育中心的Johnstone教授首次提出从宏观、微观和符号3个水平理解科学可以减少学习科学的困难,并构建了宏观-微观-符号的思维三角形(图2)。国内外研究者将此进一步界定为“三重表征”。
图2Johnstone的思维三角形
表征是一个认知心理学的概念,分为外部表征和内部表征。外部表征指信息本身记载和呈现方式,是一种客观存在;内部表征指信息在人脑中记载和呈现方式,是人脑对信息的加工理解抽象,也称为心理表征。生物学是研究生命现象、生命活动规律的学科。学习者要以生物学符号为工具,从宏观和微观相结合的视角认识生命世界。生物学三重表征具有外部表征和内部表征双重涵义。从外部表征看,生物学三重表征指生物学宏观知识、微观知识、符号知识的外在呈现方式;从内部表征看,生物学三重表征是指宏观、微观、符号,三类知识在人脑中的加工呈现形式。
具体而言,生物学的宏观表征是指人类感知器官可以通过观察、实验等方式直接感知到的生命现象,如生物体的繁衍、生长、衰老等现象;微观表征主要是指不能通过直接观察或实验获得的细胞结构、分子组成、化学反应和机理等;符号表征主要指利用生物学特有的字母、图形等符号表示宏观或微观现象和规律。而内部表征只能通过学习者的描述和使用结果来断定。
因此在教学中,教师要合理呈现生物学知识的三重外部表征,帮助学习者完成三重内部表征的建构,通过适当的情境任务评价学习者内部表征的准确性和表征转换的能力。
三重表征理论认为三种表征不是简单的拼凑和随机的使用,而是一个相互联系的有机整体。三种表征对生物学概念建构都是不可或缺的一部分。生物学学习的特点是从众多的纷繁复杂的宏观的生命现象入手,深入探索其微观的生命本质和规律,最终抽象概括为生物学概念。在宏观与微观领域的分界面,符号表征起到了联系的中介和桥梁作用。符号表征既能表现宏观领域中的生命现象,又能表现出微观领域中的生命结构分子机理,是理解宏观表征和微观表征的工具。因此,在生物学学习过程中,要围绕某一概念建立宏观、微观、符号三种表征之间的内在联系,通过多种方式实现三个层次的自由转换和有机融合,达到概念的深度理解。
如果将三种表征分割开来,学习者对概念的理解将是片面的零碎的,难以形成大概念。如果三种表征之间建立内在逻辑联系,学习者就可以对概念进行多角度全方位的认识。当学习者可以从宏观微观符号三个层次自由理解某一概念,那么他就真正掌握了这个概念的内涵。日常教学也常常涉及宏观、微观、符号三种表征类型的学习,但是直觉性经验性的教学往往问题不够聚焦,表征载体使用分散,缺乏内在逻辑性,导致表征功能没有有效发挥。因此,三重表征理论强调针对同一事物或概念,根据三种表征之间的内在逻辑联系,运用多种方式多个层次进行表征,达到对某一事物或概念的完整理解,在学习过程中,为学习者提供更开阔的心理视野,引导学习者像科学家一样认识思考问题。
基于三重表征理论和深度学习理论的认识,结合布鲁纳的发现学习观点和生物学科教学实践,本项目的教学构建了基于三重表征理论的高中生物学深度学习实践模型(图3)。
图3基于三重表征理论的高中生物学深度学习实践模型
该模型主张从学科内容的整体理解着手,以单元或主题为学习单位。首先,教师以发展素养为导向确定学习目标,提炼具有挑战性的学习任务并提