促進深度學習的初中科學核心實驗復習課教學對策探究

摘 要：文章以“空氣中氧氣含量的測定”為例，論述如何在科學復習課中促進學生深度學習。文章從五方面進行了闡述：確定教學目標、選定真實情景、設計問題鏈、不同方式的評價和創設新情境，旨在通過不同的途徑激發學生內驅力，促進學生深度思考，提升學生的科學素養。

關鍵詞：深度學習;初中科學;問題鏈

中圖分類號：G633.8?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1673-8918（2022）01-0109-06

教育部基礎教育課程教材發展中心“深度學習總項目組”對“深度學習”做了概念性界定：在教師的引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心地參與、體驗成功，獲得發展的、有意義的學習過程。從另一角度講，深度學習是指通過探究學習的共同體促進有條件的知識和元認知發展學習。它鼓勵學習者積極地探索、反思和創造，而不是反復記憶，即一種基于理解的學習。它強調學習者批判性地學習新思想和新知識，把它們納入原有的認知結構中，將已有的知識遷移到新情境中，從而幫助決策、解決問題。

《空氣中氧氣含量的測定》成為初中核心實驗內容的原因由浙江省各市最近幾年的中考試題可以反映出來。現將2016～2021年各市的實驗探究題出現的原題年份、題號、分值、考點及實驗圖形統計如表1、圖1～圖5。

由這些試題在中考中所占的“分量”可以看出“空氣中氧氣含量的測定”實驗在初中科學的核心位置。歸納總結可以得出以下4點特點：①實驗誤差的分析和原因。②根據實驗原理進行實驗數據的分析和處理并計算。③出現各種異常情況的原因分析。④均需要學生運用分析、評價等高階思維的能力。

很多老師知道這一實驗的核心地位，于是找有關測定空氣中氧氣的試題，讓學生反復練習，雖然也達到一定效果，但是學生需要花很多時間去做、去理解，很不高效。學生的思維能力也沒有很好地得到鍛煉，而中考前的時間又很緊迫。因此在中考前的專題復習中設計一堂課尤為重要。要上一節專題復習課，首先要進行學情分析，設定教學目標，然后再創設合理情境，在合理的情境中講課的內容以問題鏈的形式進行開展。圍繞思維培養這一隱線目標，教師設計各個環節來培養學生的批判性思維、邏輯思維和創新思維是重中之重，以促進學生深度學習，整個操作模型流程圖為圖6：

筆者曾在“溫州市中考復習會議”過程中開設“空氣中氧氣含量的測定”的公開課，現將整節課的教學設計過程展開分析。

一、 了解學情，立足學生思維發展，確定教學目標

一節復習課，教學目標的設定尤為重要，因為教學目標是教學的出發點和歸宿，是教師對學生要達到的學習成果或最終留下的思維痕跡的明確闡述。教學目標的確定是教學設計的起點，它首先確定教師想通過整節課的教學活動對學生所達水平程度的期望，是教學目標的方向。其次它給教學任務是否完成提供測量和評價的標準。因此，教學目標是教學的基本前提。

課程標準對空氣中氧氣含量的測定活動要求較簡單，對于學生如何測定障礙不大。但整合起來，分析測定結果不準的原因、實驗器材的改進等對學生科學思維的要求就很高。通過課前調查、測試等筆者了解到：很多學生只是知道存在誤差，卻并沒有真正理解誤差產生的原因。基于最近學生發展區，筆者最后確定以下教學目標：

1. 通過復習測定空氣中氧氣的含量實驗的數據分析和實驗從實驗裝置、材料選擇、操作方法等三方面改進提高實驗精確性，體會對觀察和測量的精確性做出評價，能提出增加證據可靠性或獲得進一步證據的相關探究的具體改進建議，培養學生的創造性思維和批判性思維。

2. 運用歸納出的三方面提高實驗精確性的方法，通過小組合作，學會選擇合適實驗材料連接實驗裝置，能正確完成實驗步驟設計，提升遷移能力。即對探究目的和已有條件，確定相關實驗原理，設計相關實驗方案和實驗步驟得到加強鞏固與提升，培養學生用發展的眼光看問題。

3. 通過對紅磷燃燒時氧氣體積、含量變化曲線圖及熄滅后出現的異常情況進行分析，學會獲取證據，進行合適評價與解釋。即落實好對探究過程和證據的獲得方式、方法、過程做出合適評價，能說明反常結果和證據的不可靠，或解釋證據是否充分支持結論。培養學生舉證的意識。

4. 通過測定蝗蟲呼吸作用單位時間內消耗的氧氣的量，運用科學知識和技能解決實際問題，培養學生用創造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價交流達成共識。

二、 以原實驗為基礎，創設真實的教學情境，力求發展學生的科學思維

課程標準在實施建議中提出：測試題目的編制要盡量采用比較簡單的真實情景或基于真實情景的抽象模型。因此為引領科學教學，促使學生領悟科學本質，每年中考題往往會結合課內外實驗進行考核，希望通過考核讓老師重視實驗教學。筆者在這節課上創設一個情景引入：天氣冷，教室里窗戶開得不大，除同學們外還有那么多聽課老師，會不會氧氣含量不足呢？出示測定氧氣含量儀直接測量，發現與筆者的學生在自己學校測得的含量數據基本一致。追問：實驗室如何測定空氣中氧氣的含量？引出改進實驗器材。

課程標準在實施建議部分提到：科學探究的教學活動，除親身參與搜集證據、得出結論這種形式外，還可以采取分析已有的科學探究案例，從中學習與領會前人的成功經驗、失敗教訓和創新過程。整個教學情境雖然沒有學生親自再次實驗，但筆者學生測定的實驗原數據有照片可以證明。真實的情境是架設在“已知”和“未知”之間的橋梁，激勵學生去挑戰自我，形成主動學習的內驅力，這樣的教學情境促進學生思考問題，將思維聚焦學科思想，直指發展學生思維。

三、 設計原實驗問題鏈，凸顯“遞進性”和“挑戰性”，發展學生思維

課堂設計的問題鏈是深度學習的載體，學生在教師的引導下圍繞具有挑戰性的問題開展深度思考，這也是落實教學目標的途徑。復習課要打破“炒冷飯”和“低思維”，教師要設計好問題鏈，既要激發學生勇于挑戰的興趣，又要激活學生的深層思考，一節課的問題設計要做到有層次、有遞進，做到邏輯思維嚴密性和環環相扣。下面將展示筆者的部分課堂實錄：

師：我們學過用實驗室的方法測定空氣中氧氣的含量，你能否對實驗步驟進行排序？（鼓勵表揚學生）

在整個實驗操作過程中需要注意哪些事項？若操作不當，會引起什么后果？

歸納操作不當的各種情況。

（評析：此問題鏈以原實驗排序和操作引起的誤差分析為起始，主要考慮到學生的元認知和心理特征，從思維上降低要求來檢驗學生的原有水平，為后續的升級思維做鋪墊，同時培養學生分析歸納能力和語言表達能力）

師：這位同學巧妙利用量筒來測定空氣中氧氣的體積、含量，根據該同學的設計，分析實驗裝置是如何測定的。

師：該同學測定的空氣中氧氣的體積、含量是多少？

你認為引起測定值偏大的原因該是哪項？

（評析：通過實驗改進后的測定作為示范，讓學生在接下來的實驗改進中能有思考的方向，同時通過實驗原理，讓學生進一步加深理解，鍛煉學生對實驗數據的分析處理能力）

師：有辦法改進實驗嗎？該同學進行了相應改進實驗，數據如下：

師：操作得當了，實驗儀器改進了，為什么測量值偏小了？根據曲線圖，你得到什么啟示？請解釋這一情況。

小組討論：為什么在燃燒結束后空氣中氧氣的體積、含量還在慢慢下降呢？

師：我們知道實驗材料本身就會引起一定的誤差，那么如果要提高實驗的精確性，實驗材料需要具備哪些條件？

（要求學生能夠在原有的實驗基礎上進一步改進實驗，比之前問題的難度大，非常具有挑戰性和遞進性，可培養學生創新能力。基于皮亞杰的理論，Shayer提出的“認知加速”方案的觀點之一：挑戰或認知不平衡有利于心智發展，所以任何干預都應提供一定的認知沖突;教師要將自己的角色定位為干預者，用設置的問題干預學生平時習慣性的知識認知。當學生通過改進實驗裝置，再改進實驗材料，信心滿滿地以為這時應該可以準確測定時，結果又出現測量值偏小，找原因后發現還有一段氧氣含量莫名下降的過程，這一干預就引起了學生的認知沖突。很多學生就深度思考，什么原因引起燃燒結束后氧氣含量緩慢下降？學生會思考各個方面的原因，在權衡過程中他們會想到原來用的過量白磷會在還有氧氣的情況下發生緩慢氧化。再進一步推進深入思考，之所以會緩慢氧化，從微觀角度解析是微粒間相互接觸的概率在下降，從而很好地理解并解決了挑戰的干預，鍛煉了學生深度思考解決問題的能力）

師：老師也查了資料，理出以下幾種材料的各種信息，請綜合考慮各因素，說說哪種材料更適合做這個實驗。追問：發現氣體的物質氧氣含量的最低值都要低得多的原因能否從微觀的角度去解析呢？總結：通過前面的學習我們知道要提高實驗的精確性要從三方面改進實驗。下列書本實驗的研究問題是什么？

（評析：可以選擇硫磺或氫氣進行實驗，打破學生原有的認知，因為剛開始進行空氣中氧氣體積、含量的測定實驗時，在設計實驗原理過程中很多老師不斷強調，生成物不能是氣態，原物質不能是氣態，打破了學生原有的認知，讓學生意識到科學知識有一個不斷發展完善的過程，能用辯證的思想去解決問題，用科學的發展觀去解決問題，同時也提醒很多老師對一些知識不要教得絕對化。如這幾年中考中經常出現這類打破平時常規的試題。2020年紹興15題如圖，甲、乙實驗可以得出“定滑輪不能省力”這一結論。小敏想通過一次實驗既得出結論，又能直接顯示出鉤碼的重力大小，于是在左側加上一個相同的彈簧測力計（彈簧測力計重力不能忽略、繩和滑輪之間摩擦不計）。下列四套裝置中能實現的是（? ）

這道題采用了挑戰的干預，它就是打破平時常規，加上彈簧測力計的使用，讓學生真正要懂得使用的原理和實質）

四、 設置新情境、新問題檢驗教學成效，進一步激發學生內驅力，促進深度思考

控制論的創始人維納曾說：“有效的行為必須通過某種反饋信息來取得信息，從而了解目的是否已經達成。”傳統教學對課堂檢測和反饋缺乏一定的重視，一般就是用習題進行鞏固或只是在單元或期末測試前進行知識檢測，能力方面很少得到檢測。這些做法導致課堂教學效率不高。離開了有效的教學檢測和反饋，課堂好比無頭蒼蠅到處亂撞。學生的學習和思維發展變成了虛無的空中樓閣。有效的檢測和反饋既能提高課堂教學的效果，又能驅動學生進一步思考，提高學生的科學素養。另外，最近幾年各市中考卷中出現讓學生設計實驗方案的題目，很多學生無從著手，為了進一步提升學生能力，激發學生內驅力，筆者設計了如下新情境、新問題：

請選擇實驗材料連接實驗裝置并寫出實驗步驟，測定蝗蟲呼吸作用單位時間內消耗的氧氣的量。

學生展示小組作品并回答：如何檢驗實驗的氣密性？為什么要選擇多只蝗蟲？為什么a連接c，d連接b？用歸納出的三方面去解析。

最后的新情境和新問題實質是對課堂內容的檢測。并且實驗方案的設計意在培養學生創新思想，分析問題和遷移、解決實際問題的能力。筆者采取小組合作學習模式，創設平等的交流平臺，讓學生一起討論、設計、連接實驗裝置并寫出實驗過程的步驟再展示作品，不論他們能力如何，都給予充分表達和解釋實驗設計的機會，這是學生思維內化的過程，是高階思維過程發展的關鍵，也是深度學習的必經之路。

五、 合理實施評價體系，注重評價的“多元化”和“發展性”，提升學生的核心素養

新課程標準就評價內容和方式提到：評價必須全面關注學生科學素養的提高。并突出對學生綜合科學能力以及應用所學知識和方法解決實際問題能力的評價。本節課雖指向學業考試，但現在學業考試的命題導向也要求考察學生的高階思維，與深度學習理念是一致的。筆者在教學過程中充分利用小組合作模式，進行學生自評、生生互評、師生互評，培養學生分析歸納、批判性思維和創新意識，通過實驗方案設計的展示，讓學生體驗成功的喜悅。在這種“多元化”評價中學生對實驗裝置不斷地進行修正完善，在激發學生創新意識的同時，還激發學生用批判的眼光去看待實驗中存在的問題。同時，運用“發展性”的思想考慮選擇材料的合理性，真正做到對學生“終身發展負責”，切實提升學生的科學素養和思維。

總而言之，思維能力是人的能力的核心，是創造力的基礎。復習教學中知識喚醒整合固然重要，但提升學生的思維能力更為重要。“學起于思，思源于疑”，復習課要提倡帶著科學的眼光發現問題，帶著科學的頭腦思考問題。這樣學生將來才有可能在科學領域有所成就。高級思維發展是科學課堂的重心，是課堂教學永恒的主題。爛熟于心的標準答案只能制造思想的懶漢，窒息學生的好奇心與創造力，因此教師在復習課上應該創設合理的情境，設計層層深入的問題鏈，將知識原理和思維有機整合，使高階思維能力得到充分體現，促進學生深度學習。

參考文獻：

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作者簡介：陳國春（1980～），男，漢族，浙江溫州人，浙江省杭州市余杭區蔚瀾學校，研究方向：初中科學教學。