科學課深度學習的思考方向

王銳

本文以蘇教版小學科學四年級上冊《熱空氣與冷空氣》一課為例，闡述了深度學習在小學科學課堂中的具體體現。從教學目標的制訂、教具的改造和問題情境的創設入手，反思原來課堂中存在的問題，給出了具體的解決方法;也給廣大科學教師提供了切實可行的三個思考方向，以期幫助教師們找到更多支持小學生深度學習的教學方法。

深度學習是指基于理解的學習，是學生圍繞富有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生可以批判性地學習新的思想和事實，將其融入原有的認知結構，并將已有的知識遷移到新的學習情境中，從而做出決策并解決學習中的問題。

深度學習在科學課堂上的體現則是學生通過觀察、實驗、調查等方法獲得大量的直接認識經驗，通過閱讀、手機資料獲得豐富的間接認識經驗，通過分析綜合整理信息、假設、尋找解釋和推理獲得由直接認識轉化為間接認識的經驗，通過合作、發表、討論、辯論獲得與他人交往的經驗。學生在這種認識與實踐相互轉化的經歷中，從自己的經驗走向科學，將科學知識內化為自己的知識。

從概念層次上來說，深度學習是真正有意義的學習;從實踐操作來說，深度學習存在著很多困難，老師們難以把傳統的教學方法提升到支持學生“深度學習”的層次。目前的研究大多停留在理論層次或者只是給出了一些策略，然而我認為只有從案例角度進行研究，才能讓老師們看到“深度學習”在課堂上的可操作性，給老師們提供能直接借鑒的方法。可惜的是，目前關于深度學習的課堂教學案例研究還很少，研究小學科學課堂案例的更是寥寥無幾。筆者在教學蘇教版小學科學四年級上冊《熱空氣與冷空氣》這一課時獲得了一些靈感，從以下三個方面對“深度學習”進行了思考和實踐。

一、因材施教，深度思考教學目標

在我還是實習生的時候，我就一直認為一節課中最重要的是教學過程。后來隨著學習的深入和前輩們的指點，我越來越體會到教學目標的設置才是核心。目標對了，過程只是實現目標的載體，過程的好壞影響著教學效果的優劣。而若目標定錯了，也就是方向錯了，再好的教學方法也是在走彎路。課標和教參上的教學目標不無道理，但它們都有普適性。換言之，就是學生在學完這節課后必須掌握的內容，是最低標準，盲目照搬不符合學生學情，而應深度加工教材，創造性地使用教材，應根據課標要求、學生“前概念”以及學生的學習能力制訂目標，這就是以學定教，因材施教。

《熱空氣與冷空氣》是蘇教版小學科學“我們周圍的空氣”這單元中的第二課。學生通過學習與實驗知道了冷空氣下降與熱空氣上升，并且知道了其中的原理。接著教師提問：

問：風是怎么形成的？

生1：我們周圍的空氣在流動。

追問：這節課學習了冷空氣和熱空氣，你能用學過的知識來解釋一下嗎？

生2：有的地方空氣是熱的，往上流動，形成了向上的風。有的地方空氣是冷的，空氣往下流動，形成了向下的風。

對于這個問題，基本上所有的同學都認為是空氣的流動形成了風，是不是答到這種程度就可以了？我們來看看課標對此知識點的要求，科學《課程標準（2017）》版在物質世界3.3中提到“知道空氣的流動是風形成的原因”。通過課標我們發現，學生1的說法似乎沒有錯，如果出一道填空題他一定能寫出是“空氣流動形成風”，但是他的回答和本課內容無關。空氣的流動在前一節課《空氣的性質》中已經教過了，他是在用前一節課的內容回答這節課的問題。也就是說他可以不用學這一節課就完成本課的教學目標，那這樣的目標有什么意義呢？我們仔細揣摩學生2的回答，不難發現，他對“風的形成”的解釋是很表面的，他只關注到了冷熱空氣下降上升造成的縱向空氣流動，但解釋不了空氣為什么會橫向流動，學生2并沒有將所學知識理解透徹。

為了讓教學目標更準確，我先考查了同學們關于“風的形成”的前概念，結果發現大多數學生都能說出風形成和空氣流動有關。學生的認知率如此之高，如果教學目標還是原封不動的話，如何能引起學生的學習興趣，課堂教學又何來效率，更不用提“深度學習”了。

其實風形成的真正原因應該是冷熱空氣相互補充，空氣的循環流動形成了風。這種描述是學生憑借自己前概念回答不出來的，但又處在學生的最近發展區內，是學生需要深度學習才能理解的。這是有必要并且有方法進行深度學習的點。

因此，鑒于以上思考和對學生“前概念”的調查，為了利于學生的深度學習，我因材施教，將此知識點的教學目標提升了一個層次：通過對熱空氣上升和冷空氣下降的深度思考，能說出冷熱空氣循環流動是風形成的原因;通過使用并改進風的形成演示器，看見空氣循環流動形成了風;能在具體情境中根據冷熱地區不同判斷風向。

二、變中求立，深度研究教具改造

基于學生學情，我們將教學目標升華了一個層次，滿足了學生深度學習的需要。但是教材中提供的教具依然是支持原來的教學目標的，因此我們要對教具進行改造。在我校省“十三五”規劃課題“支持小學生‘深度學習的學生盒開發研究”中指出，深度學習需要依賴實物作為載體;而小學生接觸科學學科時間不長，且都處在皮亞杰認知結構理論中具體運算階段，雖然他們能進行一定程度的抽象運算，但運算過程需要具體物體的支持，對那些不存在的事物或從沒發生過的事物還不能進行思考。風是存在的且每天都在發生，但是風只能感受，看不見實體，所以針對本課新的教學目標“通過對熱空氣上升和冷空氣下降的深度思考，能說出冷熱空氣循環流動是風形成的原因”，教具改造的方向就是讓學生看見風的流動，且流動的原因是冷熱空氣下降和上升。如果學生在教師的幫助下能制作出這樣一件教具，那他一定對風形成原因理解透徹，深度學習到的知識支持他做出新教具，新教具又能將深度學習的內容真實地反饋出來，兩者相輔相成互相補充，學生的學習又怎么能不深入呢？

憑空創造一件新教具是很有難度的，而改造教具則可以說是站在前人的肩膀上了。我們來看原來的教具（如圖1）。

此教具底部有一個蠟燭，旁邊是不密封的，讓外面的空氣可以流進透明通道內。上面有一個輕質金屬風扇，點燃蠟燭加熱空氣會發現葉片旋轉。可是這個儀器最多說明熱空氣是往上的，看不出冷熱空氣的循環關系。我先把這個教具演示了一遍，然后讓學生小組討論后提出改造方案，于是有了下面這個教學片段：

生1：我們覺得可以嘗試把下面堵住，如果風扇不轉就說明沒有外部的冷空氣補充過來，即使加熱空氣了，也不會形成風。

生2：那要怎么堵住呢？

生1：可以拿紙或者直接用手捂住。

師：這位同學提供了一種方案，我們來嘗試一下好不好。

實際的實驗中發現，有的學生捂得不嚴有縫隙，上面的風扇依然再轉，且手和紙離蠟燭太近，會發燙，萬一燒起來就是教學事故了。

生3：這種方法太不好了，感覺手忙腳亂，我剛才就差點被燙到了，而且我覺得我們這樣根本不算改造教具。

生4：用手堵不行我們可以用硬紙殼做一個套子，可以套上去也可以拿下來，還解放了手。

絕大多數同學覺得可以嘗試。

生5：我不同意剛才的方法。你們想熱空氣的上升可以通過風扇轉動看出來，那么冷空氣流動也應該可以通過風扇轉動看出來，我們可以想辦法在下面再裝一個通道和風扇。（邊說邊拿兩個教具做演示，老師畫示意圖）

師：這位同學的想法很有創意。我們說空氣循環流動形成風。當A管道里的空氣被加熱后，空氣上升，讓風扇轉動，形成了縱向的風。A里面的空氣沒了，需要補充，于是冷空氣從外部進入B管道，引起空氣流動，這就是橫向的風。而風形成的完整過程如圖。這個教具比較復雜，課堂上來不及做，有興趣的同學可以利用課余時間找我，我們一起完成（如圖2）。

雖然課上沒有時間完成這個教具，但是學生經歷了一個深度思考的過程，他們此時對“風形成原因”的認識是原本所達不到的。改造教具是基于原來的教具，而不是憑空的想象，降低了難度，節省了材料，讓學生更有參與感。這就是變中求立，變的是教具中支持不了學生深度學習的地方，立的是教學目標和實物載體的有機結合。

三、知識應用，深度分析問題情境

在前面的教學中，學生已經基本完成了對“風形成原因”的深度學習了，那么如何評價學生的學習效果呢。我覺得是看學生能否在一個情境中靈活應用所學知識。根據布魯姆教育目標分類中關于認知領域的分類，應用是指對所學習的概念、法則、原理的運用。它要求在沒有說明問題解決模式的情況下，學會正確地把抽象概念運用于適當的情況，屬于第三級別的目標。

課上我提出了這樣一個情境：

海洋和陸地在早晚溫度是不同的，白天陸地溫度高，晚上海洋溫度高，那沿海城市白天和晚上風的方向是怎么樣的？

學生剛聽到這個問題是毫無頭緒的，明明我們剛才學的是風的形成，為什么和風向能扯上關系。

師：我們平時所說的風，是近地面的橫向風。前面說到風的形成和冷熱空氣運動有關，這題中哪里體現了溫度關系。

生1：白天陸地溫度高，晚上海洋溫度高。

師：同學們仔細想想風向和溫度的關系，最好畫個圖。

生2：之前老師說風的形成時展示過一幅圖，我把它記下來了，我發現在低處風總是從低溫處流向高溫處。所以這題答案是白天風從海洋吹向陸地，晚上風從陸地吹向海洋。

師：這位同學很明白好記性不如爛筆頭的道理，他把老師的圖記了下來。回答的沒有問題。誰還能具體分析一下。

生3：白天陸地溫度高，所以陸地上的空氣上升了，留出缺口，海洋上相對冷的空氣補充過來，風從海洋吹向陸地。晚上海洋溫度高，海洋上的熱空氣上升，陸地上的冷空氣補充過來，風從陸地吹向海洋。

師：同學們在學完科學知識后要學會把它用在具體問題中，找到關鍵點，問題就很容易解決。

課堂上我通過創設這樣一個情境考查了學生深度學習程度，而學生也通過這個問題將所學知識運用起來，加深了理解，促進了深度學習。

雖然深度學習目前理論層次的研究很豐富，但想將其用在現實的課堂教學中還有許多難度，要走的路還很長。筆者通過對《熱空氣與冷空氣》這節課的思考，為老師們提供了三個值得思考的方向，即從“教學目標”“教具改造”“情境創設”入手，找尋支持小學生深度學習的方法。