深度学习在初中教学应用的策略探究——以“大气层”教学为例

蒋春霞

（杭州市杭州中学，浙江杭州 310008）

0 引言

2019年，科技部复函浙江省人民政府，支持杭州建设国家新一代人工智能创新发展试验区。2017 年，国务院《关于印发新一代人工智能发展规划的通知》（国发〔2017〕35号）对智能教育作了部署，明确要利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系；开发智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系统。深度学习是人工智能的重要分支，是一种利用神经网络进行学习的技术，通过大量的数据、复杂的计算和算法，深度学习可以从数据中学习模式和规律，并使用这些知识进行分类、预测和决策等任务。深度学习也是教学领域探索的一个重要方向，概念上与人工智能领域的“深度学习”有明显不同，但是本质上又有着共性。

深度学习是近年来中小学教育教学改革的重要趋势之一，在初中教学领域尤为突出。初中是小学与高中的衔接阶段，也是学生学习兴趣、学习方式、思维习惯形成的关键阶段。因此，深化初中教学改革，构建深度学习的课堂教学体系，对于激发学生的学习兴趣、提升学生的学习力、提高学生的学习成效具有重要意义。

1 深度学习与初中科学教学

1.1 概念引入

传统初中教学以帮助学生掌握学科基本知识和技能为重点，然而，随着时代发展，学生的认知水平和学习能力都有很大变化，如果只是强调基本知识点的掌握和知识点之间的联系，学生往往难以将知识融会贯通。所以，搭建深度学习框架是构建深度学习的课堂教学体系的重要内容。搭建深度学习框架，就是要为学生搭建知识网络与逻辑框架，引导学生将所学知识进行有机融合、融会贯通，并在思维碰撞中激发新的感悟和发现。郭华教授认为：深度学习就是在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀的学习者，成为未来社会历史实践的主人[1]。深度学习作为一种课堂改进的理念和实践模型，帮助教师在教学设计中注重以发展学生高阶思维为目标，用驱动性任务有效激发学生的学习动机，切实提高学生的核心素养[2]。

深度学习是学生积极主动的学习过程。基于深度学习的教学能够激发学习热情并主动参与学习。首要教学原理认为，学习只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，只有当学习者能够通过论证或应用而激活已知知识并将其作为理解新知识的基础时，新知识才会被整合到学习者的世界当中[3]。在教学中创设真实问题情境，通过挑战性任务激发学生学习动机，主动参与课堂，有助于促进高阶思维和深度学习的发生。

1.2 课堂教学的问题分析

笔者通过访谈、听课等形式，观察课堂教学现状，发现课堂上不少学生的学习停留在浅层学习阶段，表现为：对科学概念的机械记忆，知识点零散孤立没有贯通，学习过程没有回复重温，不会运用所学知识解决实际问题。分析原因有三个方面。第一，学习目标不明确。教师没有确定学习目标，有的时候照搬教参或网络下载教案，没有遵循课程标准要求，没有根据学情深入思考学科素养的落实和思维能力的培养，这就导致课堂教学没有指向深度学习和高阶思维的学习目标。第二，学习主动性不强。课堂存在“一言堂”“满堂灌”“假探究”的现象，教师关注的是知识的输出，而忽视学生的学习动机和关注度。学生看似参与课堂活动，实则缺少全身心的投入，人在心不在。第三，课堂回馈机制不健全。考试测验是课程评价的唯一方式，使得多数教师评价意识淡薄，重结果而轻过程。学生因测验结果不理想，产生压力和忧虑时，得不到及时的辅导和引导。科学探究活动中，评价片面现象也很严重。课程标准强调科学探究能力的重要性，但对如何评价学生的科学探究能力缺乏可操作性的指导，不利于学生探究能力的提高。

2 促进深度学习的课堂教学策略

深度学习要求学生在学习知识、运用知识的过程中构建知识脉络，形成对知识的整体认知与深刻理解。因此，在教学中，教师应注意培养和提升学生的深度学习能力。深度学习能力包括认知能力、分析能力、整合能力、应用能力和评价能力等方面。深度学习的课堂应具有联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价5 大基本特征[1]。笔者结合深度学习的特点和相关理念，从目标设计、动机激发、促进评价等角度出发，探究初中科学课堂的深度学习教学策略。

2.1 目标深度设计，实现全面育人

学习目标是教学的灵魂，决定教与学的方向，并为教学评价提供依据。在教学设计时首先要明确课堂的学习目标，并对学生能否达成目标进行分析和论证，从而构思和推演达成此目标的教学环节和方法。深度学习的学习目标应指向学生需要掌握的学科核心知识，渗透跨学科概念，并融入态度责任。教师在进行教学设计时要深度研究课程标准和教材，对学习的内容进行单元整体分析，提炼教学内容的核心知识和关键能力，实现学科的育人目标。

根据布鲁姆的认知领域目标分类，笔者将学习目标分为“识记、理解、应用、分析、综合、评价”6 个层次，浅层学习认知水平标定为“识记、理解”层次，深度学习的认知水平对应“应用、分析、综合、评价”层次[4]。笔者按照布鲁姆“识记、理解、应用、分析、综合、评价”6 个层次进行分类，深度设计指向高阶思维和核心素养的学习任务（如表1）。

表1 学习目标分类及相应的行为动词

案例一

“大气层”是《科学（浙教版）》八年级（上）第二章“天气与气候”第1节的内容。本节课主要介绍了地球大气的垂直分布特点，大气分层和对流现象。知识内容简单，考试也较少直接涉及，课程标准甚至对本课知识要求没有直接的描述。教师对本课的教学往往采用讲授法对重要知识点进行灌输，课堂学习活动停留在浅层学习层面，而忽视了本课培养核心素养，发展高阶思维的价值。

笔者在研读课标和教材后发现，本课内容是七年级学习“宇宙中的地球”这一核心概念后，进一步了解地球大气圈、大气层相关知识的基础，对建立学科知识体系，形成“地球系统”这一核心概念有积极作用。同时，该课相关的图像问题和实验探究是中考的高频考点和难点。该课大气温度的垂直分布图和对流实验正是提高学生的读图能力和探究能力的良好载体。笔者以该课教学为例，聚焦高阶思维，设计了以下学习目标和任务(如表2)。

表2 “大气层”学习目标和任务

2.2 情境深度创设，强化学习动机

通过创设真实的情境，学生在实践活动中利用所学知识来解决问题，能有效建构知识意义。深度学习要求学习者能解决复杂的真实问题。在深度创设的真实情境中模拟社会实践，学生积极投入，对所学知识进行迁移应用。

案例二

在“大气层”教学中，教材和教师一般都从地球的外衣——气体圈层引入，缺乏新意。笔者通过查阅网络资料，用“奥地利冒险家菲利克斯·鲍姆加特纳从距地面高度约39 千米的氦气球携带的太空舱上跳下并成功着陆”的视频引入新课，创设真实情境，形成有选择的注意，激发学习热情。

教学情境贯穿整个教学过程，以冒险家鲍姆的记者招待会为主线，各个教学目标在答记者问的过程中有序完成。利用记者的4个问题，在回答问题的过程中完成大气温度的垂直分布特点，大气分层规律，对流层特点等教学重点。主线教学增强了情境的真实性，也增加了学习的趣味性，有效促进学生进行有意义地深度学习。

2.3 深度设计量表，提高评价能力

科学探究活动是促进学生全身心投入课堂，成为教学活动主体的良好载体。在实际教学中，科学探究往往以教材上的探究活动为主，教材中的实验多为验证性实验或有固定答案的实验设计。教师探索改进实验和创新实验，可以有效激发学生的探究兴趣和学习动机。对于科学探究活动，设计合适的PTA 量表[5]，能形成“生生互评、师生互评”的氛围，即时反馈小组合作探究结果。教师通过量表可以了解课堂教学效果，从而调整教学策略，改进教学设计。

案例三

八年级的学生具备一定的实验设计能力。故设置挑战性任务，在学生观察液体对流演示实验后，提供“U”型管、铁架台、酒精灯、线香等实验器材，分小组设计“气体对流”实验方案，并用图解法表示。各组将设计好的方案贴在黑板展示，每位学生仔细观察各组的实验方案后，在认为最佳方案上打钩，票数最多的一组被评为最佳方案。笔者在实际教学中发现，通过组内合作交流，不少小组能设计出正确的实验方案。但在评选最佳实验方案时，由于缺少科学统一的评价标准，一些缺乏可操作性甚至原理错误的方案获得了较高的票数。故在第二次教学中进行改进，提前设计好“气体对流实验PTA 检核量表”（如表3），在设计实验前就发给学生，心中有标准，学生的实验方案质量更高，最佳方案评选活动也更合理有序。活动结束后，学生对照量表进行自我评价，促进自我反思和成长。

表3 气体对流实验PTA检核量表

3 结语

深度学习的最终目标是通过深度的学习实现知识向实践活动的转化。笔者在实际教学时，各教学环节紧扣教学目标，学生在真实的具有挑战性的情境问题或任务中驱动下主动学习，学习兴趣浓厚，思维活跃。在气体对流运动探究活动中，学生亲身体验整个探究过程，展现出了浓厚的兴趣。在最佳方案的介绍和提问环节，学生在争辩中逐渐明晰概念建立的科学性、规范性，锻炼了学生的思维能力。在探究实践中，设计量表明确评价标准，学生表现得到及时反馈，为探究改进和教学调整提供方向。与之前的课堂相比，整个课堂学习走向深度，思维走向高阶。但在探究方案设计、PTA量表应用和评价过程中存在耗时过长的现象，需要进一步研究改进。