指向深度学习的初中科学教学策略

许宇伟

摘    要：深度学习强调联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用，需要依托真实的情境来开展学与教的活动。教师要从学生的立场和认知特点出发，设计贴近学生最近发展区的教学活动，并基于可视化的原理，将复杂、隐性、微小的问题转换为简单、显性、放大的现象，引导学生发现一类问题的本质内涵，建构具体的模型，聚焦核心问题，领会现象背后的本质。教师还要设计实验探究活动，设置问题与实验支架，引导学生逐渐理解概念，促进有意义的深度学习。

关键词：深度学习;初中科学;情境探索;可视化;模型建构;实验探究

深度学习就是围绕学科核心概念，创设情境进行探究活动，以建立相关概念原理与现实生活世界的关联。教师要呈现问题情境，提出挑战性问题与任务，让学生在最近发展区上不断探究，进行知识建构、问题解决和反思改进，像科学家一样思考、探索，实现概念的建构和知识的迁移[1]。

一、基于情境探索的深度学习

深度学习强调联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用，而这些都需要依托真实的情境来开展学与教的活动。科学知识必须融入情境之中，学生才容易理解、吸收并愿意学习，课堂才能显示出应有的活力。为了实现深层次的概念理解，教师要创设特定的情境并提出具有一定挑战性的任务，且情境任务要贴近学生的最近发展区，并在明确任务目标与解决问题的方法的基础上，引导学生从已有的知识和生活经验出发去思考、讨论。教师还要注重知识的逻辑性，使知识序、认知序和教学序和谐统一。

能量转化与守恒定律是最普遍、最重要的基本定律。这个定律不是通过实验直接得出的，而是在大量实验事实的基础上用推理的方法概括出来的。达·芬奇曾设计了一个“永动机”，但这个实验装置实验室里没有，那么如何激发学生的学习兴趣呢？笔者指导学生开展了“喝水鸟”实验，先介绍“喝水鸟”的结构与组成，头部、玻璃管和躯体连通且整体密封，由一个支点支持，里面装有乙醚。然后学生动手实验，让“喝水鸟”真实地动起来，并借助手机中的“慢动作”功能，逐步分析实验过程中的变化。在“喝水鸟”前面放一杯水，往“喝水鸟”头部滴一次水，就发现“喝水鸟”会做一系列的运动：低头喝水→抬头→又低头喝水→又抬头。

师：谁能分享一下“喝水鸟喝水”的原理？

生1：乙醚液化放热，产生热能，驱动小鸟喝水，转化为动能。

师：那不放水，小鸟也会喝水吗？

重做实验，此时学生的积极性大大提高，思维活跃。

生2：乙醚液化放热，热能可以转化为动能，且液体使鸟重心下移，又抬起头来……

生3：不对。应该是水蒸发吸热，鸟头部降温变冷，头部气压变小，而躯体内的气压不变，使玻璃管内的液柱上升，头部变重躯体变轻，杠杆平衡被破坏，头部下沉到杯中喝水。

师：那怎么有抬头呢？

生4：头部逐渐变重后，身体逐渐前倾，倾角逐渐变大，躯体中的乙醚变少，当玻璃管下端管口露出时，底部的气体迅速上升，液体由于重力作用向下流，头部变轻，躯体变重，所以抬头。

师：很好！这个“喝水鸟喝水”是“永动机”吗？不需要消耗能量吗？

生5：当然需要能量。水蒸发吸收了周围空气的热，乙醚汽化需要吸收热量，液化放出热量到空气中去。喝水鸟转动时要消耗一定的能量。

生6：能量只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，永动机只能成为神话！

师：该产品指出，其在室温低于16℃的室内基本不动。请说说理由。

生7：从能量转化的角度以及装置特点来看，在温度较高的环境里，头部水蒸发比较快，降温迅速，乙醚液化就快，汽化也容易发生。这样效果就会比较好。

美国21世纪技能委员会指出，深度学习从某种意义上来说就是迁移学习。学生能将七年级时学到的“汽化与液化”知识，在九年级时用到新的情境中去，这就是一种有意义的学习。在“喝水鸟喝水”这个情境任务中，要分析乙醚的汽化与液化过程与外界发生能量转化的过程，学生就需要掌握汽化与液化的实质，并拥有一定的逻辑推理能力。学生在与他人的交流讨论中，学会倾听与尊重他人，并不断地学习他人的不同观点，培养了沟通和交流技能，提升了个人素养。

二、基于可视化的深度学习

在教学过程中，常常要处理与解决一些复杂的、隐性的、微小的问题，这时，教师就要引导学生把它们转换为简单的、显性的、放大的现象，以便观察、比较、分析、理解事物的本质。也有一些实验，受条件的限制，实验效果往往不如人意，甚至以失败告终，这就可以采用数字技术，将实验数据准确地转化为函数图像，直观地呈现给学生。这有利于学生分析证据，找到其内在的规律[2]。

一些实验现象不明显，我们的感官难以辨识，如物体振动形成的声波，我们无法直接观察到，但可借助DIS传感器将声波显示出来，然后对声波的响度、频率等内容进行分析，使学生对声波的波形产生直观的认识。

此外，利用频闪照片技术，可以把物体的运动过程拍摄下来进行分析。频闪照片会在相等的间隔时间拍下一张照片，体现过程性。如研究“斜向上抛出的小球到达顶部时有无速度”，如果没有这样的频闪照片，学生就需要具備良好的想象力，才能理解其过程。而借用频闪技术，显示其运动过程中的速度变化，学生很容易就发现，小球在开始抛出的时候速度大，到达顶端附近速度变得很小，但是还有一定的速度，并领悟出其原因。

笛卡尔说，没有什么东西比图形更容易映入大脑了。美国学者斯蒂斯也说过：“如果一个问题能被转化为一个图形，那么，思想就整体地把握了问题。”因此，在科学教学中，我们常常把问题转化为图形来分析。图文结合更能引导学生理解科学的本质，促进深度学习。

三、基于模型建构的深度学习

学习知识当然重要，但是科学的思维方法比知识更加重要。学生思维的发展需要思维工具的支撑，科学模型代表着一种科学思维方法与哲学思考，能将复杂的事物或过程简单化，是促进学生科学思维发展的有效工具。任何一个模型，都追求对原型的本质描述，以及对原型的深入认识与概括。模型是对原型的实质性和关键性环节的描述，它摒弃次要因素及非关键环节和过程，探求事物内在的规律，尤其在多要素、多层次的复杂地理系统分析中，利用模型和建构模型对促进深度学习具有重要意义。

为了引导学生发现一类问题的本质内涵，教师需要充分展示该类问题的具体模型。在形象可视的模型建构过程中聚焦核心问题，可促进学生用模型建构的方法进行思考。教师不仅要让学生去建构模型、完善模型的内涵，更要让学生领会现象背后的本质，建立更加符合客观事实的科学模型。

例1：两个容积相同、形状不同的容器（图略），一个正放，一个倒放，分别加入相同质量的水，请比较两者产生的压力F1、F2的大小。