龚立新 高琳琳 江廷磊

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。

由图1可知，课前，教师根据学情分析与内容分析，制作微课并发布给学习者。学习者通过教师发布的微课自主学习并掌握基本知识与方法。然而，学生每天能够集中精力完成作业的时间有限。如果每门课的课后任务都是翻转课堂任务， 对于学生来说， 课业负担过重， 也会影响学习的效果。为此，每堂课、每个知识点是不是利用翻转课堂模式、怎样利用翻转课堂模式是由教学目标、学习者已有基础、知识点的学科属性以及知识点之间的联系、教师与学生的状态等因素综合决定的。课中，学习者自主探究学科相关问题，一方面深化理解知识意义，建构学科本质观念与方法;另一方面通过主动思考、经历发现、构想和归纳等思维过程，发展高阶思维能力。而教师应全程关注学习者自主探究过程并实时提供适切性指导，为探究困难的同学提供第一时间的帮助。另外，教师作为知识学习的引导者和咨询者，应为学习者主动探究与知识学习提供学习支架，如任务单、思维导图等，支持学习者课上深度探究与建构知识意义。课后，教师不仅要为学习者布置相关的课后作业，帮助学习者灵活运用所学知识迁移解决实际问题，而且要对学生在课上的表现进行细致的反思与评价，制定与修改后期的教学方案。此外，生态学专业教师在平时备课或自我教学能力提升过程中，应研读翻转课堂相关文献、观摩翻转课堂实践案例，提升有关翻转课堂教学的理论功底与实践能力，进而保障生理生态学实验翻转课堂教学的实施与成效。

（二）  学习评价：围绕实验阶段的行为表现评价设计

学习评价是对学生学习过程和结果进行价值判断的活动，具有导向、激励和改进的功能，是引导学生学习和成长的指挥棒。学习者的思维活动过程内隐于个体的头脑中，难以直接评测与反馈。而学习者个体的学习行为是内隐思维活动的直接映射，可以反映、刻画抽象的思维过程。为此，旨在解决评价反馈滞后及学习者高阶思维发展的困境，教师可以围绕实验阶段进行行为表现评价设计。

围绕实验阶段的行为表现评价设计：第一，教师应深刻领悟教学大纲，结合课程实验内容，确定本节课所包括的实验阶段。第二，教师应根据本节课实验目标以及布卢姆等的认知领域目标分类，确定实验阶段的行为表现目标。布卢姆等的认知领域目标分为“知道、领会、应用、分析、综合及评价”六个层次，用明确的思维性行为动词描述所关涉的思维活动过程[9]。为此，教师可以用明确的行为动词表现勾勒具体的目标行为样态，为评价学生实验探究过程与结果提供参考。如“发现身体大小对运动表现的影响作用;归纳生理指标测定的方法;分析刺激强度与肌肉收缩反应的关系”等，由浅入深地对学生进行评价，能够深层次反映学生学习后的改变和身心发展。第三，教师应采用多样化评价形式，不再拘泥于知识测验或课后作业这种单一测评形式，如提问、手抄报、辩论赛等。第四，教师应强调评价主体的多元化。多元学习评价主体不局限于任课教师，还包括学生本人、同学、辅导员和班主任等。评价主体的多元化有利于集中各方的意见和建议，为教学持续改进指明方向。

（三）  学习情境：多元设置符合知识运用的生活情境

学习迁移是指在一种情境中获得的技能、知识或形成的态度对另一种情境中技能、知识的获得或态度形成的影响[10]。多样化的学习情境可以使学生摆脱学习材料表面特征的困扰，突出知识技能的本质特征，形成更稳定的认知结构，扩展知识与技能的应用范围，提高学习迁移能力。此外，将抽象深奥的知识还原为具体真切的情境，使知识具象化或表征化，这有助于学生将新知识与已有经验建立联系，从而加深对知识的理解。因此，为提高学习者知识迁移能力，教师应多元设置符合知识运用的生活情境。

教师在实际教学中，一则，可以创设直接情境。直接情境是指与学习内容有直接联系的实际问题或事实，有利于学生调动先验知识，更高效地投入学习。二则，可以创设综合情境。综合情境是指与多学科知识内容相关的情境，使学习者不再定位于自身学科知识信息的简单组合，而是跨学科、多维知识内容的关联与整合，以促进学习者建立完善的认知结构，顺利迁移解决新问题。三则，可以设置虚拟仿真情境，促进学习者在仿真情境中运用所学知识解决具体实际问题或新的理论问题，确信知识的有效性，促进学习的迁移能力。四则，可以创设应用情境，不局限于具体的生活场景，同时也可以考虑科研和生产中使用的情境，进一步引导学生用比较分析的方法，完成知识的有效迁移，全面掌握教学内容。

（四）  资源工具：选用满足实验需要的信息资源工具

早在20世纪80年代，伴随信息技术的发展，多媒体计算机便应用于教学。学习者全方位参与问题探究需要适切资源工具的支持，为此，教师在教学实践中应选用满足实验需要的信息化资源工具，促进学习者调用眼睛、耳朵等多器官参与实验探究，建构知识意义。详言之，其一，可以选用思维导图工具，支持学习者梳理实验思路，归纳实验结论;其二，可以选用虚拟仿真平台，帮助学习者动手、动眼完成真实实验环境难以完成的实验，或者是具有一定危险性的实验操作[11];其三，可以选用微课视频资源，播放有关实验操作的关键环节或者是某些优秀同学操作实验的过程，帮助学习者跨越实验探究难点，顺利开展实验;其四，可以选用智能化测评工具，帮助学习者实时了解与反思自我的实验探究过程，进而及时修正探究操作，保证实验结果;其五，可以选用图形演示工具，为学习者提供形象表达工具，使许多抽象学习问题变得生动。

事实上，信息化资源工具之所以有助于学习者知识学习与自主探究，其作用机制在于信息化资源工具通过完成较低思维层次的认知活动，减轻学习者认知负荷，从而让学习者投入更多精力于高层次认知活动，实现高阶思维发展。然而，学习者自身兴趣、知识经验与认知风格存在个体差异性，教师应详细进行学情分析，把握每位学生的先验基础以及“最近发展区”，瞄准学习者思维发展的“关键点”，为其提供适切的信息化资源工具，方能提升知识建构成效与达到思维发展目标。为此，教师应根据具体的实验需要，结合精准的学情分析，合理选用信息化资源工具，以保障学习者减轻认知负荷，实现知识建构及高阶思维发展。

四  结束语

本文基于深度学习概念及关键特征，揭示了深度学习视域下生理生态学实验教学改革的困境，并提出了相应的改革策略。在未来的研究中，研究者一方面将结合自身的生理生态学实验课程，落实本文所提出的改革策略，验证其有效性;另一方面将结合教学效果进一步修正与丰富深度学习视域下生理生态学实验教学的实践路径。

参考文献：

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[10] 朱燕.现代知识分类思想下的学习迁移理论述评[J].心理科学，1999（3）：229-232，287.

[11] 魏民.在职业教育应用视角下的VR/AR技术[J].中国电化教育，2017（3）：10-15.

基金项目：国家自然科学基金青年项目“南蝠食性生态位宽度地理变化及其进化驱动力研究”（32301289）;中央高校基本科研业务费项目“蝙蝠食性生态位演化及其驱动因素”（2412023QD026）;吉林省教育科学规划课题“生态学本科专业拔尖创新人才培养的实践教学体系构建研究”（ZD21010）;东北师范大学环境学院教改项目“生态学本科专业创新人才培养的实践教学体系研究”（HJ-JYKT20B07）

第一作者简介：龚立新（1993-），男，汉族，云南玉溪人，博士，讲师。研究方向为动物行为生态学与保护生物学。