在深度学习中培养学生科学核心素养

李万益

摘  要：2022年版《义务教育科学课程标准》指出：义务教育科学课程是一门体现了科学本质的综合性基础课程，具有实践性，旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础。课程标准从课程性质和课程目标的角度阐述了科学学科。文章在对标学习新课程标准的过程中，联系课堂教学实际，探索和实践了学生科学核心素养的培训方面，从科学核心素养、深度学习的内涵以及基于核心素养发展的科学深度学习策略等角度，探究了教育科学出版社三年级上册“空气占据空间”这一课的教学实例。

关键词：核心素养；深度学习；科学思维

要想在深度学习中培养学生的科学核心素养，需要教师有目的和方法，以学生为主体，以课堂为阵地，以科学实践为载体，在提高学生的创造性想象力的前提下，给予学生自由发挥、大胆创造的空间，及时运用多种方式进行引导，让学生在探究的过程中，能够更加积极、深入地参与其中，不断增强他们的探究意识和探究能力。

一、科学核心素养的内涵

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出：學生在学习科学课程的过程中，会逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力，这是科学课程育人价值的集中体现，具体包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等方面。

其一，对比前几版的科学课程标准，可以发现科学课程的核心素养由“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”到“科学知识、科学探究、科学态度、科学技术、社会与环境”，再到“科学观念、科学思维、探究实践、态度责任”，发生了较大变化，进一步凝练了学科素养，有利于教师通过教学实践和教学评价从核心素养的视角来观察和促进学生的全面发展。

其二，在新课程标准中，科学核心素养的四个方面是一个有机的整体，即科学观念是科学课程本质属性的集中体现，是其他素养的基础；科学思维不仅是学习科学应该具备的关键能力，还是适应现代社会发展的核心思维方式，科学探究是学生形成其他素养的主要途径，也是一种关键能力；态度责任是学生基于对科学观念的深度理解，在科学探究的支撑下，通过科学内化形成的必备品格，是社会主义核心价值观在科学课程中的集中体现。

其三，核心素养是学生课程目标、教育理想和育人价值的集中体现；是核心素养在特定学科内容中的具体化、操作化表达；是学生在接受特定学科教育过程中形成的科学观念、科学思维、探究实践、态度责任的综合表现。比如在“空气占据空间”这一课中，由核心素养派生出来的教学目标，有以下几个方面：一是在科学观念上，让学生明确空气占有一定的空间，并且遍布各个角落；二是在探究实践和科学思维上，让学生能用简单的材料设计小实验，并能按照设计要求做实验；三是在科学态度上激发学生研究兴趣，并能团结合作、乐于交流和尊重事实。

二、深度学习的内涵

其一，深度学习最早源于布鲁姆的目标教学。1956年，布鲁姆等人在《教育目标分类学》一书中将认知领域分为知道、领会、应用、分析、综合以及评价六个层次。其中，知道、领会、分析三个方面属于低阶思维，即浅层学习；分析、综合和评价三个方面属于高阶思维，即深度学习。

其二，从学习方式上而言，深度学习是一种主动地联系与理解、寻找模型与证据的高水平认知的学习方式，与之相对应的是机械学习和记忆孤立信息的浅层学习方式；从学习过程来看，深度学习是一个学生积极参与和高度投入的学习过程；从学习结构上而言，深度学习是通过让学生真正理解学习内容从而使学生能够提取所学知识解决不同的新问题；从学习目标来谈，深度学习是学生胜任学习、工作与生活的知识和技能的总称，主要包括掌握核心学科知识、批判性思维和复杂问题解决、团队协作、有效沟通、学会学习和学习毅力等六个维度的基本能力。

其三，课堂是开展学习的主阵地，课堂将教师、学生和知识紧密地联系在一起，学习，是实现学生全面发展的过程，是培养学生关键能力、必备品格和正确价值观的过程，只有达成这样目标的学习才可以说是“深度学习”。随着课程改革的深入，深度学习进入科学教育的视野，成了落实科学课程目标、促进学生核心素养发展的有效路径。让深度学习在科学探究中真实发生，培养学生的核心素养，是当前科学教师面临的核心问题。

三、基于核心素养发展的科学深度学习策略研究

（一）建构问题场景，激发科学态度

深度学习是触及学生心灵深处的学习，是触及深层兴趣、情感和思维的学习。深度学习的过程是借助具有整合作用的实际问题激活深层动机，通过学生在学习过程中的切身体验和深入思考及对学习内容的融会贯通，促进深度理解和实践创新，进而对学习者产生了深远影响的学习样态。为了激发学生学习的深层动机，教师精心设置积极思维的问题场景十分必要。科学的问题是思维的引子，也是科学实践的起点，只有当学生有疑惑时，他们才会思考、探索，从而发现和创造。

如进行“空气占据空间”一课教学时，教师可以通过口渴时喝完杯中的水为场景切入点，以“喝完水的水杯中是不是什么也没有了？”为问题的始发点，以“杯中有空气或无空气”为思维的碰撞点，并在实验桌上放置了水槽、玻璃杯、纸团，让学生通过这些材料探究“玻璃杯里的纸能不能湿”就成了一个因真实场景引发的真实任务。由于即将研究、解决的问题是由学生自己提出的，此任务具有真实性，因此学生的深层动机被激发，其兴趣、情感和思维也全部投入问题的解决中。在实验结束后，发现纸团并没有湿，教师可再次设置挑战性的问题情境，学生在情境中，思维被调动，从而再次产生问题：“为什么纸团不湿？”“水为什么进不到杯中？”在讨论和不断的追问中，再次进入深刻而有效的思维活动和探究活动中。

只有思维积极参与的实践探究，才是有效而深度的学习。一方面，教师从学生的年龄特征出发，激活学生原有的经验，创设了特定的问题情境，这激发了学生学习的深层动机，使他们具有好奇心和探究热情，乐于探究和实践；另一方面，学生在真实任务的驱动下，开展基于科学思维、基于科学证据的实事求是的研究，能够积极建构个人认知结构，进行有意义的深度学习，从而形成自身的科学态度。

（二）搭建探究支架，引领探究实践

深度学习应该是学生全身心地充分自主参与，以及深度、全面激活多层神经元的学习。觉知（即深度学习）必须建立在学习者的躬行上（实践和深切的体验）。在科学课上，教师让学生像科学家一样围绕“创设境”“提出问题”“自主探究”“合作交流”“总结反思”“应用迁移”六大基本要素展开科学探究，这无疑为学生创设了一个包含科学思维的训练场。学生在探究的过程中，利用科学思维进行质疑、批判、思辨、反思，能逐步提出问题和解决思路与方法，伴随着基于科学探究的科学思维，深度学习就会悄然发生。

在“空气占据空间”教学中，教师设计了三项环环相扣的实验活动，具体包括实验一：装有纸的玻璃杯垂直压入水中，观察杯中的纸是否会湿；实验二：竖直压下装有纸的玻璃杯，然后倾斜杯口，观察水杯子中的纸会不会湿；实验三：竖直压下杯底有小孔的玻璃杯，然后打开小孔，观察杯子中的纸会不会湿。引导学生按照科学实践程序，层层深入地进行探究。

实验一结束后，学生常会惊异于“为什么纸团不湿”，在这个真实问题的驱动下，学生能够主动猜想、判断、分析、推理、评价，在思维碰撞中，进入实验二。学生第二次动手实验不仅是动手做，还在动脑中证明了内心的某个预测或结论。

此时教师抓住提问、猜测、预测、假说这些环节再次进行思维的训练，让学生在研讨中展现其内在的思维过程。学生开始重新思考、质疑、筛选、修改和反驳他人提出的假设，学生的高阶思维能力呈螺旋上升趋势，思辨能力和表达能力也有所提高。

当实验二结束后，学生认为可能是“空气保护了纸团”，在得到同伴回应后，学生便开始着手搜集证据、阐释观点，其解决问题的意识就显得更加主动。

为了帮助学生进行深度体验，教师提供了精心设计的典型材料作为深入思维的支架。当教师出示底部带有小孔的杯子时，学生的思维将再次被激发，第三次参与到实验中。学生在再次的深度参与中体验更为深切，此时，教师应适时引导他们从纷繁复杂的现象中发现事物本质，引导学生把各种信息进行分析、比较、抽象化，从而能够将事物的内部性质归纳为相关概念，提高了学生的逻辑思维。

学生在搜集丰富思维材料的基础上，通过回顾反思、信息和归类等思维活动，分析得出了“空气占据空间”的初步结论。在此过程中，教师的适时点拨，帮助学生搭建了思维的支架，学生在问题解决的过程中，进行了由浅入深的体验，从而顺利地完成学习了任务。

探究实践是获取和应用科学知识开展技术与工程实践的主要途径，是通过多种方法寻找证据、运用创造性思维和逻辑推理解决问题，并通过评价与交流等方式达成共识的过程。深度学习是个理性探索的过程，学生根据动手获得的直接经验，运用分析、综合、比较、分类、抽象、概括、推理、类比等思维方法，体验到深层思维的快乐，从而发展了思维能力，改变了学习方式，走向深度学习，培养科学核心素养。

（三）迁移实践结论，发展科学思维

深度学习，不仅强调学生对知识和技能的深层理解，还强调在学生深入理解的基础上，运用知识和技能解决实际问题，以增强学生对知识和技能理解的深刻性。深度学习不是仅停留在知识表层，其更强调深入知识内核、强调把握事物的本质和深层意义。教学的核心是思维，学习的关键是思考，科学思维是从科学的视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式。为此，在科学教学中，教师要努力创造学习和实践相结合的机会，让学生有机会把自己的所学及时地应用到现实生活中，学生只有在实际生活中运用所学，才能对所学的知识深层理解，学以致用越透彻，理解就越深刻。

在“空气占据空间”的教学中，当学生通过反复探究终于得出“空气占据空间”的结论时，教师接着安排了三个学用结合的场景：1. “向带有胶塞的漏斗里灌水，水能灌到瓶子里吗？为什么？”2. “用气球嘴反套瓶口，然后用力吹气球，气球能吹得大吗？为什么？”3. 你能用今天学到的知识解释‘乌鸦喝水吗？学生围绕这几个生活中的实际问题进行猜测、实验、解释，在运用知识的过程中，发现了所学知识与解决现实问题的关联，从而在这种思维活动中，获得了科学知识和技能的深度理解。教师抛给学生一个需要动手动脑创造性完成的现实问题：“瓶子里有点水，不倾斜瓶子，只提供一些橡皮泥、两根吸管，你能运用今天所学知识让水从瓶子里出来吗？”

在课堂教学中，教师再次创设应用科学知识的情境，就是为了培养学生利用科学思维和工程思维创造性解决实际问题的能力，学生在动脑动手中，思维得到了展进一步发展，能够更深切地体会到学生个体学习的意义，从而以“主人翁”姿态沉浸在学习中。

本研究按照深度学习的理念，设计科学探究的各个环节，激发学生的深层动机，强调学生的切身体验和深层理解，学生在利用学习过程中学得轻松而愉快，从而学会学习、热爱学习。实践证明，深度学习并不意味着艰苦学习，深度学习在科学探究中发生，可以幫助学生实现学习目标、发展思维能力、改变学习方式、提升科学素养。