“磁现象”教学设计中有关深度学习的研究

赵紫扦 叶秀强

［摘 要］以“磁现象”为例，比较分析浅层学习和深度学习的差异，探索更优的教学方法，以促进学生的深度学习。

［关键词］磁现象；深度学习；浅层学习

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）14-0053-04

近年来，如何促进学生深度学习已经成为国内外课堂教学研究的一个热点。学生深度学习的能力并不是与生俱来的，需要教师通过好的教学设计和教学活动来培养。基于此，笔者以华师大版科学教材八年级下册第5章第1节“磁现象”为例，比较分析浅层学习和深度学习的差异，探索更优的教学方法，以促进学生的深度学习。

一、深度学习的概念界定

1976年，美国学者Ference Marton和Roger Saljo在《学习的本质区别：结果和过程》一文中首次提出了浅层学习和深度学习的概念。之后，学者们开始对浅层学习和深度学习进行研究并提出了许多不同的见解。

《人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校》一书对深度学习进行了详细的介绍，指出深度学习是通过探究学习的共同体促进有条件的知识和元认知发展的学习［1］。我国黎加厚等学者认为，深度学习是指在理解学习的基础上，学习者批判性地学习新的思想和事实，将它们融入原有的认知结构中，将众多思想相互关联，并将已有的知识迁移到新的情境中，作出决策和解决问题的学习［2］。龚雷雨和袁锦明两位学者从学习态度、学习方法和学习结果三个维度对深度学习进行了描述。他们认为“深度学习是学生实现有意义学习的一种学习方式。在学习态度上，表现为学习者对学习充满兴趣，具有很高的积极性，以及在学习过程中感到快乐。在学习方法上，表现为学习者和同伴开展头脑风暴；踊跃发言；表达自己的观点；发现问题并提问；在理解问题的基础上记忆；把新知识与原有知识相关联；联系不同学科的知识；批判性地思考，质疑教师和书本的知识。在学习结果上，表现为学习者能举一反三，进行知识迁移，能和日常生活相结合，解决具体问题”。［3］

由此可以看出，对于深度学习，国内外学者虽然有着不同的见解，但对其本质的理解还是一致的，即认为深度学习是一种强调通过高阶思维将新旧知识进行整合，并将知识迁移到真实情境中用来解决实际问题的学习方式，是学生自我导向的一种主动积极的行为。其中，需要我们高度重视的是深度学习的核心——高阶思维，它主要是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，如归纳、分析、推理、预测、反思等思维活动［4］。只有真正融入这些思维活动的课堂教学才能有效促进学生的深度学习，才能让学生对学习感兴趣，能够主动地将新旧知识进行衔接，并敢于发言、勇于质疑，学会举一反三、学以致用。

二、“磁现象”的浅层学习

关于“磁现象”一课，常见的典型教学案例如下。

环节一：教师选择磁悬浮陀螺或神奇的擦窗器创设情境引入课堂，让学生猜测其中的原理。学生很容易猜到是利用了磁的知识，能够说出是因为物体内部有磁铁且它们相互排斥或者相互吸引。教师对学生的回答予以肯定，顺利引出本课主题。

环节二：教师通过一问一答的方式让学生回忆已学过的磁知识，并要求学生小组合作，利用提供的实验器材进行实验验证。待学生实验操作之后，教师再通过一问一答的方式让学生作答，由此引出磁性、磁体、磁极、磁极间的相互作用等概念。

环节三：首先，教师通过演示实验或者让学生开展实验活动，使学生明白物体之间需要相互接触才能产生力的作用，而磁体之间不需要相互接触就能产生力的作用，从而引出磁场的概念。接着，教师通过直接告知的方式或者引导学生进行实验，使学生认识到可以用铁粉在磁体周围的分布情况来表示磁场，从而引出磁感线的概念，建立磁场模型。

上述案例中，环节一看似有教学情境，有学生的猜测和互动，实则流于形式。学生在小学阶段已经学过有关磁体的知识，对于磁悬浮陀螺和擦窗器并不陌生，他们只要稍作思考就能回答问题，无法使他们达到愤悱的状态。教师得到想要的答案之后继续按照预设进行教学，没有对情境做更深层次的处理并将它用于之后的教学，只是为了引入而引入，学生没有生成，缺乏观察、比较、分析等思维活动。环节二有学生实验，看起来十分热闹，但是将已学的知识再次放入课堂中让学生重新做实验来验证意义不大，对学生来说只是知识的简单重复，而这些知识仍然是零散、孤立的。环节三选用铁粉这种材料也是教师直接告知的，并不是学生通过做实验、发现问题、优化方案、自我修正之后得到的。

在上述教学中，学生的学习停留在浅层上。学生不是学习的主人，他们沿着教师给定的路线前行，没有精彩的思维碰撞，没有展现出高阶思维，所学的也只是记忆性的知识，并且都是概念、原理等浅表知识。学生并没有在新知识和原有知识之间建立联系，也没有将已有的知识应用到实践中，缺少反思和批判性思考。

三、“磁现象”的深度学习

为了促进学生的深度学习，笔者针对上述浅层学习的问题，对“磁现象”的教学进行如下优化与改进。

（一）活动引入，激发兴趣

在引入环节中，教师先给每组学生准备一个小风筝（风筝内部藏着不同的物体，有铁钉、钴片、镍片等）和一个用白纸包裹的未知物体（内有强磁铁），再用PPT出示如图1所示的活动任务。学生小组合作完成任务。

[请你利用白纸包裹的物体在没有风的情况下让小风筝飘在空中。][活动：放风筝][温馨提示：小组合作，一人拉线，一人拿着小风筝和白纸包裹的物体进行操作，不方便时可以站起来。]

图1 教学引入PPT

分析：这个活动的难度在于学生事先并不知晓小风筝和白纸内部的物体，他们要凭借自己的知识储备和对两者的观察以及动手操作来判断并合作完成放风筝的任务，这一任务具有趣味性和挑战性。从学情角度分析，初二学生已经具备了一定的逻辑思维能力，并且他们在小学阶段已经学习了有关磁体的知识，对生活中的磁现象有较为丰富的体验。从目标角度分析，对于磁体的基础知识，教师可以减少单向讲授，多增加学生的自主学习、小组合作活动，以提高他们的观察能力、动手操作能力，培养他们的团队协作意识等。基于这两点分析，这样的引入设计贴近学生的“最近发展区”，能够激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。在活动中，学生需要调用原有的知识来解决“如何利用白纸包裹的物体使风筝飘在空中”这一问题，这是一个自我导向、主动建构的过程，能化被动学习为主动学习，将浅层学习变为深度学习。同时，学生还会在一开始无法让风筝飘起来，到后来经过小组合作，不断尝试，最终使风筝飘起来的过程中获得成就感、增强自信心。这和深度学习学习态度上的特点相吻合。此外，风筝放成功之后，学生会对小风筝和白纸内到底有什么物体产生疑问，进而产生强烈的探究欲，为后续的学习做铺垫。

（二）实验探究，自主建构

在学生完成放风筝的任务之后，教师出示如图2所示的PPT，让学生根据活动现象猜测小风筝和白纸内部的物体并进行说理，要求学生在不破坏小风筝和白纸的前提下设计实验进行验证，同时将相关内容填写在学案上。学生首先组内交流，对小风筝和白纸内的物体进行猜想，然后将所有的猜想汇总之后进行小组汇报，并针对每一类猜想进行说理，最后设计实验方案并进行验证。

[实验与探究][思考：为什么将白纸包裹的物体放在小风筝的上方，风筝就能够飘在空中？][·猜想与假设：白纸内部是                      ，小风筝内部是                            。

你的理由是：                                                         。

·实验方案：                                                             。

·实验结论：白纸内部是                          ，小风筝内部是                          。]

图2 磁体教学PPT

分析：这个探究活动的关键在于让学生根据实验现象对白纸和小风筝内的物体进行猜想、说理、验证。小学三年级下册“磁铁”这一单元让学生通过观察和实验得出磁性的概念，找到磁体中磁性最强的部分——磁极，同时设置活动让学生自己寻找磁铁的南北极，探究磁极间的相互作用。此外，还介绍了指南针及其制作方法，以及磁化的概念。可见，学生在小学阶段已经通过实验对磁性、磁极和磁极间的相互作用有了较好的认知。因此，在教学中可以减少学生对已有知识的简单记忆和实验步骤的重复练习，增加观察、分析、预测、推理等思维活动，培养学生的高阶思维，促进学生的深度学习。

探究活动中，学生根据实验现象把猜想写在学案上，教师将学生典型的猜想放入一张PPT中同时呈现，组织学生观察、比较所有的猜想，评价猜想的合理性并进行分类。待学生分类之后，教师再组织学生对每一类猜想进行说理，然后让提出同类猜想的学生说理，再让其他学生评价、补充。这种交流互动的方式，避免了师生之间简单的一问一答，从组内交流到班级交流，从独学到组学再到群学，突出了学生的自我发现、交流评价、合作学习，促进了学生的深度学习。

在对猜想进行说理、设计验证方案的环节中，学生会在大脑中进行搜索，提取已学的相关知识来证实自己的猜想。因为不同层次的学生对知识的掌握程度不同，所以这一过程学生最容易发生思维碰撞，出现课堂生成。比如，有的学生在说理时提出“磁铁的两头吸引和排斥情况不同”，有学生则马上进行反驳：“这不叫磁铁的两头，叫磁铁的两极，分别是N极和S极。”又如，在设计验证方案时，学生想到许多种方法，其中有一种方法是用铁去靠近小风筝或用白纸包裹的物体，若铁被吸引则说明其内部是磁铁，若铁没有被吸引则说明其内部是铁。这时就有学生提出疑问：“若铁没有被吸引就说小风筝或白纸的内部物体是铁，这样的观点太绝对了，有没有可能是其他物质呢？”学生的这种批判性思维和勇于质疑的态度，说明他们进行了深度思考，他们能够发现问题并善于提问，敢于表达自己的观点。对此，教师可以组织现场辩论，让学生说观点、讲方法。学生争辩的过程就是深度学习的过程，这一过程中知识不是教师直接教授给学生的，而是学生在辩论中通过自我建构、自我修正获得的。

（三）动手实验，建立模型

在建立磁场模型的环节中，教师先让学生寻找磁场存在的证据，再让学生用小磁针去找规律；然后让学生画出小磁针的位置，观察小磁针不同位置的转向情况，记录结果并拍照；最后总结小磁针在磁铁周围的排布规律。在学生实验的基础上，教师再用铁粉进行实验，引出磁感线的概念，建立磁场模型。

分析：这样教学设计的关键在于让学生认识到可以用小磁针在磁场中的受力情况来形象地描述磁场，再通过动手实验、团队协作找到规律。从学情角度分析，小磁针就是一个小磁体，这对学生来说并不陌生，在之前的活动和学习中学生已经知道了铁、磁体等物质如果和一个磁体相靠近时会因为产生力的作用而运动。从教学目标角度分析，磁场的内容比较抽象，教师应减少对磁场知识的机械灌输、简单讲授，多增加学生的探究活动，突出学生学习的主体性。

在实验建模之前，教师先质疑学生：“既然磁场看不见、摸不着，你又是怎么知道这里真的有磁场存在呢？能不能试着找一找磁场存在的证据？”学生通过反思推理想到可以用铁、镍等不跟磁铁接触就能运动的物体来证明磁场的存在。教师进一步提问：“你能否用小磁针来找一找条形磁铁周围磁场的分布规律？”学生在已有认知的基础上开始动手实验——摆放小磁针找规律。有的学生只在磁铁周围放一枚小磁针，有的学生在磁铁周围放多枚小磁针，有的学生还会把小磁针在不同位置的偏转情况画在白纸上……在学生做完实验后，教师将几组典型的实验结果拍照投影，请学生汇报评价哪种实验方法更容易找到规律。学生在进行观察、对比、分析、反思等思维活动后就会发现最优的实验方法，并归纳总结出磁体周围磁场分布的大致规律，这就是有效思维的一个进阶过程，是体现高阶思维、有效沟通、团队协作的深度学习。在此基础上，教师告知学生还有更好的器材可以用来代替小磁针，它能更多地排列在磁铁周围，显现出磁场更完整的规律，那就是铁粉——一种被磁化的磁体。最后，教师演示铁粉的实验，引出磁感线的概念。

四、研究收获

（一）学生方面

在“磁现象”的浅层学习中，学生没有开放的思维，没有深度的思考，没有精彩的思维碰撞。在“磁现象”的深度学习中，从放风筝到对白纸和风筝内部物体的猜想、说理和验证，再到磁场模型的建立，学生的思维一直处于活跃状态，他们兴趣浓厚，积极性和参与度也很高。在看似“混乱”的场面中，充满着学生的发言、提问、质疑、争论，学生进行着归纳、分析、推理、预测、反思等思维活动。通过深度学习，学生既能将旧知识应用于解决实际问题，又能自主获取新知识，在学到知识的同时提升了学科素养，真正学会了学习，成为学习的主人。

（二）教师方面

基于深度学习的课堂教学开放度高，与传统的讲授式教学相比，学生的思维更加活跃，出现了许多有意义的教学生成，这些宝贵的生成是传统教学中教师所无法获得的，而且这些生成又能促进教师进一步反思自身的教学，实现了教师的专业化发展。例如，原本预估学生的实验验证方法有以下两种：（1）用触摸的方式感受白纸和风筝内的物体的形状、硬度等，并进行验证；（2）用一条形磁铁的两极分别去靠近白纸包裹的物体和风筝，若两次靠近都为相互吸引则说明其内部是铁质物体，若两次靠近一次为相互吸引另一次为相互排斥则说明其内部是磁铁。但是学生却生成了更简单、更有效的第三种证验方案——直接用一个带铁的笔套去靠近白纸包裹的物体和风筝，然后观察现象。此外，在学生提出这个方案时受到了其他同学的质疑，由此拓宽了学生的思路。

学生在课堂上的生成和反馈进一步加深了教师对教材和学情的了解，如此坚持下去，教师的自身素质会越来越高，课堂驾驭能力会越来越强，学生的学科素养也会不断提升，这样教育就迈上一个新的台阶。

［   参   考   文   献   ］

［1］  布兰思福特.人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校［M］.上海：华东师范大学出版社，2002：268.

［2］  何玲，黎加厚.促进学生深度学习［J］.计算机教与学，2005（5）：29-30.

［3］  龚雷雨，袁锦明.深度学习理念下的有效教学设计例谈［J］.生物学通报，2010（10）：37-39.

[4]  钟志贤.面向知识时代的教学设计框架：促进学习者发展[M].北京：中国社会科学出版社，2006.

（责任编辑 黄春香）