指向深度学习的初中科学“五度”教学路径

周建秋

（瑞安市塘下镇罗凤中学，浙江 温州 325204）

发展学生的核心素养是科学教学的根本目的，它为基础教育课程改革指明了方向，为顺应国际教育发展潮流注入了新的动力.在科学课程中让学生经历有深度的学习，其根本目的就是在正确理解科学概念和规律的基础上发展科学思维能力，增强科学探究能力，发展批判性思维能力，有效地提升学生的科学核心素养.为此，教师应理解深度学习的内涵，优化教学方法，积极地探索学生深度学习的有效路径，促进学生科学核心素养发展.

1 学生深度学习的内涵

深度学习（Deeper learning）是由美国的学者Ference Marton和Roger Saljo提出来的.后来，由我国的学者黎加厚教授为其作出界定，赋予本土化的内涵.他认为深度学习是在理解的基础上运用分析、综合、批判等高阶思维解决问题的一种认知方式，它能把已有的知识、概念、规律进行迁移、应用到新情境中，并能创造性地解决问题的深层次学习.［1］学生学习是个体自主建构的过程，学生往往带着对事物的元认知进入课堂，会根据自己所需有计划、有选择地观察现象、动手实践或思考问题，教师要自始至终把自己定位成一个组织者或引导者，尊重学生自由表达与见解.深度学习是相对于浅层学习而言的，其两者的学习维度特点比较如表1所示.从两者的学习维度特点比较中可知，深度学习主要有4个特征.① 崇尚学生的内在情感.情感为学生深度学习注入了动力，教师就要提高学生对科学学习的内驱力，提高学生学习的思维张力.［2］② 重视学生科学探究能力的培养.科学探究是学生深度学习的重要体现，其通过质疑、设计、讨论、解释、评价等活动推进学习进程，是培养学生核心素养的重要途径.③ 关注学生的思维品质发展.深度学习是运用高阶思维来支撑学习的，学生的思维品质的发展是深度学习的核心.［3］④ 注重学生元认知的参与.教师要打破知识呈现的单一形式，让学习者能根据主题或问题从自身理解的角度组织或表达学习的结果.［4］深度学习时，要善于调动自己元认知的参与，监控认知的得失，调整自己的认知策略，以便于今后学习过程中修正认知方式，解决问题，提高学习的效率.

表1 深度学习与浅层学习的学习维度特点比较

2 促进学生深度学习的初中科学教学路径

2.1 创设认知失调情境，增加学生热爱科学知识的“温度”

亚里士多德说：“思维从疑问和惊奇开始.”教师要创设认知失调情境，使学生产生疑问，增加学生对科学知识的热情.例如，在动能与势能的转化教学中，教师可以利用“魔罐”实验，创造认知冲突，吸引学生的好奇心，点燃学生心中渴求知识的“明灯”.取一个“王老吉”瓶（图1），在它的顶端与底端各打2个小孔，用橡皮筋分别穿过瓶底与瓶顶上的2个小孔，将一个小铁块用细线系紧在橡皮筋的中间位置，橡皮筋两端用牙签固定（如图2所示）.先把“王老吉”瓶放在比较缓的斜面上，自然松手，“王老吉”瓶就在斜面上滚动起来，先由慢到快再变慢，最后“王老吉”瓶又会从斜面底部自动往上滚，如此往复多次.这种有违生活情境的事件，会引起学生的好奇，引发认知冲突，产生“为什么会产生这种现象”的问题，并萌发主动获取知识的心向，提高了学生学习的兴趣.

图1

图2

2.2 利用问题化教学策略，拓宽解决问题思维的“宽度”

（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，因此它能提高学生思维的灵活性.变式教学能从不同条件、不同的方向、不同物质、不同过程等视角来考查，提高问题解决的能力，增加思维的广度.例如，对于液体的密度的测量，可以用天平、量筒、烧杯等仪器来测量.变换条件，如果只有天平、烧杯、水等仪器，没有量筒，怎样测量液体（牛奶）的密度？如果只有量筒、水等仪器，没有天平，怎样测量液体（牛奶）的密度？例如，在学习了伏安法测电阻之后，可以变换条件，采用变式教学.如有电池组（未知电压数值）、定值电阻R0、未知电阻Rx、电流表一只，开关、导线若干，设计电路测定未知电阻Rx的值.如有电池组（未知电压数值）、定值电阻R0、未知电阻Rx、电压表一只，开关、导线若干，设计电路测定未知电阻Rx的值.

（2）利用开放性问题，培养学生思维的开放性.

教师要利用开放性问题，搭建任务驱动活动的平台，引导学生采取小组合作的方式设计实验方案，鼓励学生主动积极思考，主动参与，在设计过程中获得深刻的体验，将科学方法内化为自己的行为，从而培养学生思维的开放性.

例如，在学习了电路知识以后，教师可以设计一个开放性问题，有两只小灯泡串联在电路中，电路连接正确，其中1只小灯泡坏了.现在有导线、电流表、小灯泡3种器材，请你选择一个合理器材，检测出哪只小灯泡坏了？学生们拿到实验器材后，兴致很高，边讨论边活动，现场气氛很好.设计实验方案如表2所示.

表2 学生检测电路情况的实验方案

（3）注重实验装置评价分析，培养学生思维的批判性.

批判性作为深度学习的特征之一，它要求学习者不迷信于书本、不拘泥于权威、不轻信教师的对错，而是善于思考，发现错误，并不断探索，求证，直到得到正确的结果发现.［5］为此，在科学教学中，教师应不拘泥于书本上的结论.教材中标准答案，用批判的眼光看待问题，有意识地培养学生批判思维能力.例如，在测量滑动摩擦力大小时，实验装置还存在一定缺陷.因此，我们可以引导学生评价分析，不断地改进，培养学生思维的批判性（如表3所示）.

表3 测量滑动摩擦力大小的不同装置

对实验装置的评价，既让学生理解了实验装置的功能，丰富了科学知识，又让学生从实验装置的细微差别中甄别优劣，培养了学生思维批判能力.

2.3 挖掘知识背后隐含的育人价值，感受科学文化内涵的“深度”

科学知识常常是以结论等静止的形态展现在学生面前，如果教师没有挖掘知识背后隐藏的观念、思想，学生就会感受不到科学特有的魅力与内在蕴涵的文化.［6］例如，电流的测量这节课的主要内容有电流强度的概念、电流的单位、电流表的使用规则与测量.教师不仅要把外显的科学知识展现给学生，更要关注科学知识的文化取向，开发科学知识的育人功能.因此，教师要挖掘隐藏在电流测量中的思想与方法，如图9所示.简单电路中的电流大小转化为灯泡的亮度，为了建立电流的概念，与水流进行类比.电流强度的概念运用比值定义法引出.通过电流表的读数练习和使用，学生要学会测量的基本技能和提高与他人合作交流能力.在教学过程中，教师还应该适当地挖掘科学史的教育价值，渗透人文教育，提升学生人文素养.挖掘安培科学史的资源，激发学生认真学习和专心致志的科学研究精神.通过电流与生活、技术、社会关系的介绍，渗透STS教育，让学生了解科技发展对社会和人类生活的影响，使学生形成正确的价值取向.通过这样的教材分析、理解与设计，理顺并制订深度学习目标，教师才能在课堂教学中有目的地落实落细深度思维方法，才能做到教学的顶层设计与教学实践的统一，才有可能在真正意义上促进学生深度学习.

图9 电流的测量蕴含的思想与方法

2.4 重视知识内在联系，提升知识之间意义的“关联度”

布鲁纳认为结构化的知识才是普适性最广、迁移性最强的知识.在教学中，知识通常以碎片化的形式表征，缺乏整体布局，而且无知识结构体系可言，不利于学生整体建构.教师可以在知识整理过程中，表征知识内在的联系，促进学生对知识的深度理解.例如，在学习了光的反射定律以后，教师可以把光的直线传播与光的反射定律建立联系，形成知识网络，如图10所示.又如，根据力与运动的关系，可以构建图11所示的知识结构.上述的知识结构能够清晰地展现力与运动状态的关系，一目了然地告诉我们力与运动状态的关系，能够把分散的知识点整合成稳固的整体，舍繁就简，去粗取精，把无序的知识变成有序的知识结构，更有利于学生对知识的迁移应用.

图10 光的直线传播与反射知识结构图

图11 力与运动状态的知识结构

2.5 依托科学探究活动，提高解决真实问题的“高度”

学生在学习大气压与生活关系时，传统教学是以教师为中心，讲授活塞抽水机的构造、原理等，让学生记住，再让学生练习加以巩固.如果依托科学探究活动，通过游戏的方式以创制一台抽水机，让学生经历解决真实问题的过程，就能更好地培养学生科学探究的方法，提高解决真实问题的“高度”，促进科学核心素养的发展.［7］教师提供一个透明塑料水管，一塑料桶的自来水.设置一个游戏活动，游戏活动的规则是只利用这个塑料水管与自己的双手，运用大气压的原理，把水从下面抽上来.首先，教师先请一位学生上台表演，用塑料水管与自己的双手尝试把水抽上来.学生尝试游戏活动，结果不能成功地把水抽上来.接着，教师与学生一起分析塑料管能抽水的原因，如图12所示.塑料管深入塑料水桶里时，用手封住塑料管上端，水就被大气压托住了（如图12a所示）.当手松开后，水又会落下来.所以，当水还没有来得及下落时，塑料管要提前下落.这时，手要松开塑料管的上端，让水再次流入塑料管里.提起塑料管时，用手再次封住塑料管的上端.也就是说，水管“向上闭向下开”，不断往复，水就能一点点抽上来（如图12b、c所示）.教师亲自实验演示，先把水管深入塑料桶中，用手封住塑料管上端，上下快速地移动塑料管，往复几次，水就从塑料管中抽上来.然后，教师再请一位学生上台演示，结果，学生还不能掌握游戏的诀窍，不能把水抽上来，非常失望.教师提出问题，有没有其他装置替代手，降低游戏的难度呢？教师拿出一个水阀，塞到塑料管的上端，快速地上下移动水管，水就立刻抽上来了.教师继续请一位学生上台演示，结果，学生成功地把水抽上来了.教师让学生缓慢地上下移动水管，学生发现水不能抽上来.教师引导学生改进实验，如何缓慢地上下移动水管，也能把水抽上来呢？学生观察发现，缓慢地移动水管，水能从塑料管的底端流出来.只要在塑料管的底端安装一个单向水阀，水就“只进不出”了.这样，无论怎样移动水管，谁都能抽上来.这个游戏活动由于研究目的明确，方法新颖，具有挑战性与创造性，学生兴趣很高.学生学到的不是教师灌输的书本知识，而是学会了创造性解决问题的科学方法.

图12 塑料管抽水原理示意图

3 结语

总之，指向核心素养的深度学习是科学教学的目标，是落实立德树人的基本任务.教师应根据科学课程标准，抓住科学核心知识、概念，挖掘知识背后隐含的育人价值，渗透思想与方法，激发学生学习的热情，优化学生思维品质，提升学生的实践能力与创新意识，落实学生核心素养.