基于深度学习的初中科学“五度”教学策略

周 建 秋

(瑞安市塘下镇罗凤中学，浙江 瑞安 325204)

深度学习是促进学生高阶思维发展一种重要的学习形式，为学生核心素养发展提供了一条重要途径。但在教学实践中，学生对知识的学习记忆多、活动任务少，低阶思维问题多、高阶思维内容少，讲授内容多、探究内容少，学生很难学会迁移、应用、解决问题的能力与智慧，也无助于提升他们的核心素养。为此，教师要把握深度学习的内涵，结合科学学科的特点，搭建学生学习活动的平台，引领学生进行深度学习，促进学生核心素养发展。

一、创设认知失调情境，增加学生热爱科学知识的“温度”

图1 滚轮实验装置

教育的本质不是把篮子装满，而是把灯点燃。教师应根据教学重、难点开发利用教学资源，创设问题情境，点燃学生深度学习的激情。例如，在动能与势能的转化应用教学中，出示滚轮实验装置(如图1)，进行实验演示。学生发现滚轮从低势能位置向高势能位置运动，觉得非常好奇，迫不及待地要知道滚轮运动的原因。教师引导学生结合“动能和势能可以相互转化的原理”进行分析，鼓励学生上网查阅相关资料，组织小组讨论，开展实践活动学习，并对此作出合理解释(如表1所示)。该实验是对课程标准中要求的“知道动能和势能可以相互转化”内容的应用实例。学生通过观察实验现象异常而又不违反科学原理的活动，增加深度学习的热情，搭建科学实践平台，锻炼分析数据的能力，加深对“动能和势能可以相互转化”科学原理的理解，促进深度学习。

表1 滚轮运动情况的实验数据

二、重视知识内在联系，促进知识之间意义的“关联度”

以碎片化的形式表征知识，不利于学生对知识的建构。教师要重视知识内在联系，编织知识图谱，提高知识之间意义的“关联度”，促进学生对知识之间意义的理解。例如，在机械功与电功的复习中，为了能给学生一个整体的认识，可以利用“知识网”进行整合(如图2所示)。在学习了“物质的特性”一章内容后，为了让学生有一个清晰的知识体系(物质的特性包括熔点与沸点、蒸发与沸腾、物质的质量与密度、物质的比热，等等)，利用“知识树”进行整合(如图3所示)。

图2 机械功与电功的知识结构

图3 物质的特性知识结构

三、利用问题化教学策略，拓宽解决问题思维的“广度”

1.运用变式教学，培养学生思维的灵活性

变式教学能多角度、多侧面地反映事物的本质，因此，它能有效地提高学生思维的灵活性。电学实验内容丰富、形式多样、变化多端，教师如果将电学实验进行变换或改进，多角度、多侧面地培养学生的解题能力，就会收到意想不到的效果。例如，某综合实践活动小组为了研究电流的大小与电阻关系，电源的电压保持不变(电路图如图4所示)，小组成员在移动电阻R1的过程中分别记录电压表和电流表的示数。在处理数据时，发现电阻R1上的电压变化量ΔUR1与电流表的电流变化量ΔIR1的比值不变，等于R2的阻值，请运用所学电学知识解释此规律。

变式1：如果教师把上题的定性研究变为定量研究，题目可以改编为：如图4中，R1是滑动变阻器，R2是定值电阻，电源的大小保持不变。实验时调节滑动变阻器，把得到的各组电压表和电流表数据在坐标纸上描点、拟合，作出U-I图像(如图5所示)。求定值电阻R2的阻值和电源的电压是多少？R1=5欧姆，U=2.5伏。

图4 电流与电阻的关系电路图

图5 电阻R1的U-I电路图

变式2：如果教师把原题目中的定值电阻R2变为可变电阻小灯泡，题目可以改编为：为了测量小灯泡的电功率，电源的电压保持不变，电路图如图4所示，R1是滑动变阻器，R2是小灯泡的电阻，在移动滑动变阻器R1的过程中，小灯泡的电阻变化量为ΔR2，滑动变阻器R1电阻变化量为ΔR1。则ΔR1和ΔR2大小关系是什么？判断的依据是什么？答案：ΔR1<ΔR2，闭合开关后，移动滑片，滑动变阻器的阻值减小，那么总电流变大，根据灯泡电阻和温度的关系可知，此时灯泡的电阻增大。因为总电阻的变化是减小的，所以ΔR1<ΔR2(或闭合开关后移动滑片，滑动变阻器的阻值增大，那么总电流变小，根据灯泡电阻和温度的关系可知此时灯泡的电阻减小。因为总电阻的变化是增大的，所以ΔR1小于ΔR2)。

2.利用开放性问题，培养学生思维的广阔性

电学实验中“电阻的测量”的实验原理和操作并不复杂，但是电压表、电流表、滑动变阻器在电路连接中的变化多样，以及开关的闭合与断开作用，导致“电阻的测量”方法与原理复杂多变。因此，教师可以设计开放性问题，迁移应用其中的思想方法，促进学生对这个实验原理深度理解，提高思维的广阔性。例如，在“伏安法”测电阻实验中，如果电压表损坏了，给你一个电压不变的电源、一只电流表、一个阻值已知的电阻R0、开关和几根导线，你能测出未知电阻Rx的值吗?[1]通过独立思考、讨论，总结如表2所示。

表2 测出未知电阻Rx的值

利用开放性问题，学生能在一题多解的思考中丰富解题的思路，启迪思维，全面和深入地理解问题的本质。

3.注重实验过程评价分析，培养学生思维的批判性

实验是培养学生批判性思维的良好载体，为此，在科学实验教学中，教师不应拿来主义，不应拘泥于书本上的实验装置，而应用批判的眼光看待问题，有意识地培养学生的批判思维能力[2]。例如，在物质比热实验教学中，教材上的实验存在几个缺点，实验难度大，可信度不高，科学性不强，效果不明显，因此，我们可以引导学生不断地改进与完善(如表3所示)。

通过对实验过程中出现的问题、实验误差等的分析、质疑、改进、创新，既让学生理解不同实验装置的功能，又让学生从实验装置的差别中甄别优劣，培养学生批判性思维能力。

表3 建立物质比热概念的实验装置

四、挖掘知识背后的思想方法，感受科学文化内涵的“深度”

科学知识是以结论、静止的形态展现在学生面前，如果教师没有把科学知识进行稀释、还原、下沉、探究、反思等教学活动，学生就不会感受、体验知识背后的思想方法与内在文化，就不会变成个性化的理解。充其量，这些知识就变成概念的堆砌，谈不上科学知识的应用与创造[3]。作为教师，要以知识的形成为线索设计教学活动，关注科学知识如何形成、如何发展。教师要深度地理解教材，深挖教材内容知识逻辑与蕴含的思想方法，感受科学文化蕴含的“深度”，培养学生思维的深刻性。例如，在“焦耳定律”的教学目标制订时，教师首先应分析焦耳定律内容的特点，挖掘焦耳定律实验中蕴含的控制变量的思想方法、转化思想与下操作性定义的方法(如图16)。因此，在课堂教学中，教师让学生应用控制变量方法设计实验方案，评价实验方案的优劣，收集实验数据，分析论证，得出结论。教师只有通过教材分析、理解与挖掘，让学生探寻焦耳定律的发现过程，才能在课堂教学中有目的地落实深度思维方法，才能在真正意义上促进学生深度学习的发生。

图16 焦耳定律蕴含的思想方法

五、开展科学探究活动，提高解决新情境问题的“高度”

教师要积极地引导学生开展科学探究活动，让学生参与猜测、设计、证据分析、解释的思维过程，提高解决新情境问题能力的“高度”[4]。例如，以自动控制型路灯的探究与制作活动为例(如表4所示)，学生通过对“自动控制型路灯的科学探究与制作活动”的探究学习，经历了一次“亚创造”“类创新”的深度学习过程，体验了高阶思维水平迭代进阶的喜悦，提高了迁移应用科学知识解决新情境问题的能力。

表4 自动控制型路灯的探究与制作活动

总之，深度学习是促进学生有效学习的一种重要手段，是促使学生科学核心素养落地的一项重要举措。但是，教师要知道深度学习并不是拔高知识的难度、人为地提高教学目标、增加学生学习的负担，而是增加学生学习科学知识的“温度”，加强科学知识之间意义联系的“关联度”、认知思维能力的纵向“深度”和认识事物的横向“广度”，提高学生运用科学知识迁移解决新情境中新问题能力的“高度”。