深度学习视域下生理生态学实验课程教学改革探索

摘  要：生理生态学实验是生态学专业的主干课程，在学习过程中促使学习者达成深度学习样态，对于学习者掌握生态学基本方法、提升生态学学习兴趣以及发展科学研究素养具有重要意义。为此，该文首先分析深度学习概念及关键特征，并结合教学实践观摩发现深度学习视域下生理生态学实验教学存在教学模式落后、资源工具匮乏、评价反馈滞后与情境设置单一等现实困境。基于此，提出选用以学生为中心的翻转课堂模式，围绕实验阶段的行为表现评价设计，多元设置符合知识运用的生活情境，选用满足实验需要的信息资源工具等改革策略，以期为生理生态学实验教学改革以及生态学专业教学质量提升提供参考。

关键词：深度学习;生理生态学实验;生态学;改革困境;改革策略

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）17-0138-04

Abstract： Physiological Ecology Experiment is the main course for ecology majors. In the process of learning to promote learners to reach the deep learning mode， for learners to master the basic methods of ecology， enhance interest in ecology learning， and develop scientific research literacy， this is of great significance. To this end， the article first analyzed the concept of deep learning and key features， and combined with the observation of teaching practice， found that the teaching of Physiological Ecology Experiment under the perspective of deep learning exists in backward teaching modes， a lack of resources and tools， lagging evaluation and feedback， a single set of contexts， and other practical dilemmas. Based on this， reform strategies such as choosing a student-centered flipped classroom model， designing the evaluation of behavioral performance around the experimental stage， setting up life situations in line with the application of knowledge in a diversified way， and choosing information resource tools to meet the needs of experiments are proposed. This study provides references for the reform of first-line physiological ecology experimental teaching as well as the enhancement of the quality of teaching for ecology majors.

Keywords： deep learning; Physiological Ecology Experiment; ecology; reform dilemma; reform strategy

党的二十大明确提出“尊重自然、顺应自然、保护自然”的重要论断，指明了生态文明建设的重大战略意义[1]。生态学专业不仅是人类认识自然的基础，也是人类保护和利用自然的理论依据，更是生态文明建设的科学内涵。为此，生态学专业本科生的培养目标不仅关注学习者掌握扎实的理论基础，而且强调其具备高水平的科学研究素养，以有能力认识与解决全球面临的生态环境问题，进而促进人与自然和谐相处，落实生态文明建设。

生理生态学实验是生态学专业的主干课程，旨在加深学习者对《生理生态学》理论知识的理解，掌握生理生态学的基本方法和技术，以及提高学习者生理生态学实验能力与终生学习生理生态学先进实验技术的理想信念。但当前的教学实践普遍存在“学习者学习兴趣低下，缺乏动手参与以及高阶思维发展不足”等浅层学习问题[2]，极大阻碍了生态学专业培养目标的达成以及违背了生态文明建设者培养的初衷。为此，本文基于深度学习概念及关键特征的分析，揭示了深度学习视域下生理生态学实验课程教学改革的现实困境，并提出了相应的改革策略，以期为生理生态学实验教学改革提供参考，进而促进生态学专业培养目标的达成以及为国家生态文明建设输送适应性人才。

一  深度学习概念及关键特征

（一）  深度学习的概念

深度学习（Deep Learning）起初是计算机机器学习研究中的一个新领域，意指建立、模拟人脑机制处理数据。20世纪70年代，美国学者费伦斯·马顿（Ference Marton）和罗杰·萨尔乔（Roger Saljo）将深度学习概念引入教育领域，强调深度学习是学习者主动调动已有知识，顺利解决问题并建构认知结构的学习。国内对于深度学习研究起步较晚，黎加厚教授于2005年在《促进学生深度学习》一文中指出：深度学习是指学习者在知识理解的基础上，主动、批判地整合新知识，并能将所学新知迁移运用到生活情境的学习[3]。综合国内外学者观点可知，教育领域中的深度学习亦被称为“深层学习”，是指学习者基于内在需求，主动探究问题、建构深层次知识结构以及发展学习者高阶思维能力的一种学习范式[4]。

（二）  深度学习关键特征

深度学习以建构主义理论、情境认知理论、分布式认知理论及元认知理论为基础，具有“知识建构主动性、思维发展高阶性、问题解决参与性与知识运用迁移性”四个关键特征。

1  知识建构主动性

深度学习以学习者为中心，突出学习者主体地位，关注学习者内在动机的激发。在深度学习过程中，学习者往往主动调用已有知识经验，通过新旧知识经验的双向作用实现知识的同化和顺应，从而建构知识并调整原有知识结构。

2  思维发展高阶性

深度学习强调学习者在知识理解、记忆的基础上，实现批判性思维、元认知等高阶思维能力发展[5]。详言之，深度学习一方面要求学习者主动对自我知识建构或问题解决过程进行检查、批判与反思，并能及时调整学习过程;另一方面，学习者应能运用充分的理由解释自我对新知的见解，以及说明自己问题探究的过程及所取得的结果。

3  问题解决参与性

与传统“身体无涉”的学习观不同，深度学习关注学习者真正参与问题解决的过程。学习者不仅需要动脑思考、分析问题与发现问题，而且要动手操作、用眼观察，调动身体各器官亲身参与问题探究过程。

4  知识运用迁移性

深度学习另一关键特征是强调知识运用的迁移性，即学习者能够将所学新知迁移运用至新的情境解决相关问题[6]。这种迁移性不是简单地套用知识或方法，而是需要学习者在原有知识经验基础上，分析情境的复杂性和差异性，并将已有知识经验或思路重组，从而灵活运用知识顺利解决相关问题。

二  深度学习视域下生理生态学实验教学改革的困境

从深度学习视角出发，理性审视当前生理生态学实验教学改革的困境，可以为改革策略的提出奠定现实依据。为此，研究者基于深度学习概念及关键特征，综合两学期的课堂观摩与分析发现，深度学习视域下生理生态学实验教学改革的困境主要围绕在教学模式落后、资源工具匮乏、评价反馈滞后与情境设置单一等四个方面。下文以基本生理指标的测定一课为例，详述改革困境。

（一）  教学模式落后，知识学习被动化

深度学习以学习者为中心，关注学习者学习兴趣的提高，学习动力的提升。然而，在当前的生理生态学实验课堂中，教师为了在规定课时内完成本门课程的培养目标，普遍采用传统的知识讲授教学模式，弱化了学生的主体地位[7]。譬如，在基本生理指标的测定课上，教师一直在讲解动物体温、脉搏和呼吸频率等的测定方法和耗氧量的测定与能量代谢的计算方法，忽视了学生的主动思考与自主探究，使之难以调用已有知识经验建构新知意义，导致学习者学习兴趣不高以及学习动力不足。

（二）  资源工具匮乏，问题探究旁观化

深度学习关注学习者全方位参与问题探究过程，但当前的生理生态学实验教学中，学习者缺乏适切的资源、设备和材料支持，难以调动身体多器官全方位参与问题探究。譬如，在基本生理指标的测定课中，学习者缺乏真正的实验课程教材和人手或两人一套的基础实验操作器材，并且没有先进的便携式动物能量代谢测量系统等工具支持，不仅难以让每位学习者真正动手操作实验和学习先进实验技术与研究方法，而且鲜有能够用眼观察实验现象、归纳结论，以致绝大多数学习者成为实验探究的“旁观者”。

（三）  评价反馈滞后，思维发展低阶化

深度学习侧重学习者建构知识意义及发展高阶思维能力。然而，当前的生理生态学实验教学普遍由于评价反馈滞后，导致学习者的思维发展结果更多停留于低阶水平。例如，在基本生理指标的测定课中，教师将注意力集中于自身知识讲解的过程，忽视了对于学生自主问题探究过程与探究结果的实时评价与反馈，一方面致使学生处于疑惑困顿状态，不能深入思考“影响体温、脉搏、呼吸频率和血压的因素”等问题;另一方面导致学生经历知识记忆、概念理解等思考过程，缺乏对比分析、质疑批判以及推理归纳等高阶思维经验的积累，极大阻碍了学习者高阶思维能力发展。

（四）  情境设置单一，知识运用固守化

深度学习强调学习者知识运用的迁移性，但当前的生理生态学实验教学情境设置较为单一，忽视了新知与旧知的衔接，导致学习者知识迁移的成效低下。如在基本生理指标的测定课中，教师创设了“人体食物摄入量与体重关系”的单一情境，讲解到每个人的代谢率都不相同，对于代谢率高的人而言，可以多吃食物增加或者维持能量，而对于代谢率低的人，多吃就容易增加体重，因而就需要减肥;忽视了与新知运用真实情境的关涉，导致学习者不明白小鼠耗氧量测定与能量代谢计算的真实用途，不能真正地解决其他动物耗氧量测定与能量代谢计算的问题，影响了新知运用的迁移性。

三  深度学习视域下生理生态学实验教学改革的策略

基于深度学习视域下生理生态学实验教学改革的困境，本文从教学模式、学习评价、学习情境与资源工具等方面提出了相应的改革策略，意在为生理生态学实验教学改革提供参考。

（一）  教学模式：选用以学生为中心的翻转课堂模式

学习者是深度学习活动的主体。学习者具有的认知经验基础、情感态度以及社会经历等特征均对学习的信息加工过程产生一定的影响作用。为提高学习者主动性，教师可以选用以学习者为中心的翻转课堂教学模式。近年来，伴随信息技术的发展，翻转课堂教学模式逐渐成为课程教学改革的新型模式。翻转课堂教学模式使教师从传统课堂中的知识传授者转变为学习者知识建构的引领者，即教师指导学习者根据自己的已有经验，主动建构知识意义并发展高阶思维。换言之，学习者成为自定学习步调的主人，可以根据学习内容反复地与同学、教师进行交互，以扩展和创造深度的知识。事实上，翻转课堂将知识学习延伸至课前，把传统课堂上知识传授的过程置于课前微视频的学习，而将课上更多的时间投入于问题深度探究与知识内化的过程，不仅增加了知识学习的次数，而且分解了知识内化与思维发展的难度。此外，翻转课堂教学模式一般以“课前自主学习—课中问题探究—课后迁移反思”为主要流程[8]。基于此，本文结合生理生态学实验知识学习的特性与规律，构建了生理生态学实验翻转课堂教学模式，如图1所示。