指向深度學習的初中科學“五度”教學路徑

周建秋

（瑞安市塘下鎮羅鳳中學，浙江 溫州 325204）

發展學生的核心素養是科學教學的根本目的，它為基礎教育課程改革指明了方向，為順應國際教育發展潮流注入了新的動力.在科學課程中讓學生經歷有深度的學習，其根本目的就是在正確理解科學概念和規律的基礎上發展科學思維能力，增強科學探究能力，發展批判性思維能力，有效地提升學生的科學核心素養.為此，教師應理解深度學習的內涵，優化教學方法，積極地探索學生深度學習的有效路徑，促進學生科學核心素養發展.

1 學生深度學習的內涵

深度學習（Deeper learning）是由美國的學者Ference Marton和Roger Saljo提出來的.后來，由我國的學者黎加厚教授為其作出界定，賦予本土化的內涵.他認為深度學習是在理解的基礎上運用分析、綜合、批判等高階思維解決問題的一種認知方式，它能把已有的知識、概念、規律進行遷移、應用到新情境中，并能創造性地解決問題的深層次學習.［1］學生學習是個體自主建構的過程，學生往往帶著對事物的元認知進入課堂，會根據自己所需有計劃、有選擇地觀察現象、動手實踐或思考問題，教師要自始至終把自己定位成一個組織者或引導者，尊重學生自由表達與見解.深度學習是相對于淺層學習而言的，其兩者的學習維度特點比較如表1所示.從兩者的學習維度特點比較中可知，深度學習主要有4個特征.① 崇尚學生的內在情感.情感為學生深度學習注入了動力，教師就要提高學生對科學學習的內驅力，提高學生學習的思維張力.［2］② 重視學生科學探究能力的培養.科學探究是學生深度學習的重要體現，其通過質疑、設計、討論、解釋、評價等活動推進學習進程，是培養學生核心素養的重要途徑.③ 關注學生的思維品質發展.深度學習是運用高階思維來支撐學習的，學生的思維品質的發展是深度學習的核心.［3］④ 注重學生元認知的參與.教師要打破知識呈現的單一形式，讓學習者能根據主題或問題從自身理解的角度組織或表達學習的結果.［4］深度學習時，要善于調動自己元認知的參與，監控認知的得失，調整自己的認知策略，以便于今后學習過程中修正認知方式，解決問題，提高學習的效率.

表1 深度學習與淺層學習的學習維度特點比較

2 促進學生深度學習的初中科學教學路徑

2.1 創設認知失調情境，增加學生熱愛科學知識的“溫度”

亞里士多德說：“思維從疑問和驚奇開始.”教師要創設認知失調情境，使學生產生疑問，增加學生對科學知識的熱情.例如，在動能與勢能的轉化教學中，教師可以利用“魔罐”實驗，創造認知沖突，吸引學生的好奇心，點燃學生心中渴求知識的“明燈”.取一個“王老吉”瓶（圖1），在它的頂端與底端各打2個小孔，用橡皮筋分別穿過瓶底與瓶頂上的2個小孔，將一個小鐵塊用細線系緊在橡皮筋的中間位置，橡皮筋兩端用牙簽固定（如圖2所示）.先把“王老吉”瓶放在比較緩的斜面上，自然松手，“王老吉”瓶就在斜面上滾動起來，先由慢到快再變慢，最后“王老吉”瓶又會從斜面底部自動往上滾，如此往復多次.這種有違生活情境的事件，會引起學生的好奇，引發認知沖突，產生“為什么會產生這種現象”的問題，并萌發主動獲取知識的心向，提高了學生學習的興趣.

圖1

圖2

2.2 利用問題化教學策略，拓寬解決問題思維的“寬度”

（1）運用變式教學，培養學生思維的靈活性.

變式教學能多角度，多側面地反映事物的本質，因此它能提高學生思維的靈活性.變式教學能從不同條件、不同的方向、不同物質、不同過程等視角來考查，提高問題解決的能力，增加思維的廣度.例如，對于液體的密度的測量，可以用天平、量筒、燒杯等儀器來測量.變換條件，如果只有天平、燒杯、水等儀器，沒有量筒，怎樣測量液體（牛奶）的密度？如果只有量筒、水等儀器，沒有天平，怎樣測量液體（牛奶）的密度？例如，在學習了伏安法測電阻之后，可以變換條件，采用變式教學.如有電池組（未知電壓數值）、定值電阻R0、未知電阻Rx、電流表一只，開關、導線若干，設計電路測定未知電阻Rx的值.如有電池組（未知電壓數值）、定值電阻R0、未知電阻Rx、電壓表一只，開關、導線若干，設計電路測定未知電阻Rx的值.

（2）利用開放性問題，培養學生思維的開放性.

教師要利用開放性問題，搭建任務驅動活動的平臺，引導學生采取小組合作的方式設計實驗方案，鼓勵學生主動積極思考，主動參與，在設計過程中獲得深刻的體驗，將科學方法內化為自己的行為，從而培養學生思維的開放性.

例如，在學習了電路知識以后，教師可以設計一個開放性問題，有兩只小燈泡串聯在電路中，電路連接正確，其中1只小燈泡壞了.現在有導線、電流表、小燈泡3種器材，請你選擇一個合理器材，檢測出哪只小燈泡壞了？學生們拿到實驗器材后，興致很高，邊討論邊活動，現場氣氛很好.設計實驗方案如表2所示.

表2 學生檢測電路情況的實驗方案

（3）注重實驗裝置評價分析，培養學生思維的批判性.

批判性作為深度學習的特征之一，它要求學習者不迷信于書本、不拘泥于權威、不輕信教師的對錯，而是善于思考，發現錯誤，并不斷探索，求證，直到得到正確的結果發現.［5］為此，在科學教學中，教師應不拘泥于書本上的結論.教材中標準答案，用批判的眼光看待問題，有意識地培養學生批判思維能力.例如，在測量滑動摩擦力大小時，實驗裝置還存在一定缺陷.因此，我們可以引導學生評價分析，不斷地改進，培養學生思維的批判性（如表3所示）.

表3 測量滑動摩擦力大小的不同裝置

對實驗裝置的評價，既讓學生理解了實驗裝置的功能，豐富了科學知識，又讓學生從實驗裝置的細微差別中甄別優劣，培養了學生思維批判能力.

2.3 挖掘知識背后隱含的育人價值，感受科學文化內涵的“深度”

科學知識常常是以結論等靜止的形態展現在學生面前，如果教師沒有挖掘知識背后隱藏的觀念、思想，學生就會感受不到科學特有的魅力與內在蘊涵的文化.［6］例如，電流的測量這節課的主要內容有電流強度的概念、電流的單位、電流表的使用規則與測量.教師不僅要把外顯的科學知識展現給學生，更要關注科學知識的文化取向，開發科學知識的育人功能.因此，教師要挖掘隱藏在電流測量中的思想與方法，如圖9所示.簡單電路中的電流大小轉化為燈泡的亮度，為了建立電流的概念，與水流進行類比.電流強度的概念運用比值定義法引出.通過電流表的讀數練習和使用，學生要學會測量的基本技能和提高與他人合作交流能力.在教學過程中，教師還應該適當地挖掘科學史的教育價值，滲透人文教育，提升學生人文素養.挖掘安培科學史的資源，激發學生認真學習和專心致志的科學研究精神.通過電流與生活、技術、社會關系的介紹，滲透STS教育，讓學生了解科技發展對社會和人類生活的影響，使學生形成正確的價值取向.通過這樣的教材分析、理解與設計，理順并制訂深度學習目標，教師才能在課堂教學中有目的地落實落細深度思維方法，才能做到教學的頂層設計與教學實踐的統一，才有可能在真正意義上促進學生深度學習.

圖9 電流的測量蘊含的思想與方法

2.4 重視知識內在聯系，提升知識之間意義的“關聯度”

布魯納認為結構化的知識才是普適性最廣、遷移性最強的知識.在教學中，知識通常以碎片化的形式表征，缺乏整體布局，而且無知識結構體系可言，不利于學生整體建構.教師可以在知識整理過程中，表征知識內在的聯系，促進學生對知識的深度理解.例如，在學習了光的反射定律以后，教師可以把光的直線傳播與光的反射定律建立聯系，形成知識網絡，如圖10所示.又如，根據力與運動的關系，可以構建圖11所示的知識結構.上述的知識結構能夠清晰地展現力與運動狀態的關系，一目了然地告訴我們力與運動狀態的關系，能夠把分散的知識點整合成穩固的整體，舍繁就簡，去粗取精，把無序的知識變成有序的知識結構，更有利于學生對知識的遷移應用.

圖10 光的直線傳播與反射知識結構圖

圖11 力與運動狀態的知識結構

2.5 依托科學探究活動，提高解決真實問題的“高度”

學生在學習大氣壓與生活關系時，傳統教學是以教師為中心，講授活塞抽水機的構造、原理等，讓學生記住，再讓學生練習加以鞏固.如果依托科學探究活動，通過游戲的方式以創制一臺抽水機，讓學生經歷解決真實問題的過程，就能更好地培養學生科學探究的方法，提高解決真實問題的“高度”，促進科學核心素養的發展.［7］教師提供一個透明塑料水管，一塑料桶的自來水.設置一個游戲活動，游戲活動的規則是只利用這個塑料水管與自己的雙手，運用大氣壓的原理，把水從下面抽上來.首先，教師先請一位學生上臺表演，用塑料水管與自己的雙手嘗試把水抽上來.學生嘗試游戲活動，結果不能成功地把水抽上來.接著，教師與學生一起分析塑料管能抽水的原因，如圖12所示.塑料管深入塑料水桶里時，用手封住塑料管上端，水就被大氣壓托住了（如圖12a所示）.當手松開后，水又會落下來.所以，當水還沒有來得及下落時，塑料管要提前下落.這時，手要松開塑料管的上端，讓水再次流入塑料管里.提起塑料管時，用手再次封住塑料管的上端.也就是說，水管“向上閉向下開”，不斷往復，水就能一點點抽上來（如圖12b、c所示）.教師親自實驗演示，先把水管深入塑料桶中，用手封住塑料管上端，上下快速地移動塑料管，往復幾次，水就從塑料管中抽上來.然后，教師再請一位學生上臺演示，結果，學生還不能掌握游戲的訣竅，不能把水抽上來，非常失望.教師提出問題，有沒有其他裝置替代手，降低游戲的難度呢？教師拿出一個水閥，塞到塑料管的上端，快速地上下移動水管，水就立刻抽上來了.教師繼續請一位學生上臺演示，結果，學生成功地把水抽上來了.教師讓學生緩慢地上下移動水管，學生發現水不能抽上來.教師引導學生改進實驗，如何緩慢地上下移動水管，也能把水抽上來呢？學生觀察發現，緩慢地移動水管，水能從塑料管的底端流出來.只要在塑料管的底端安裝一個單向水閥，水就“只進不出”了.這樣，無論怎樣移動水管，誰都能抽上來.這個游戲活動由于研究目的明確，方法新穎，具有挑戰性與創造性，學生興趣很高.學生學到的不是教師灌輸的書本知識，而是學會了創造性解決問題的科學方法.

圖12 塑料管抽水原理示意圖

3 結語

總之，指向核心素養的深度學習是科學教學的目標，是落實立德樹人的基本任務.教師應根據科學課程標準，抓住科學核心知識、概念，挖掘知識背后隱含的育人價值，滲透思想與方法，激發學生學習的熱情，優化學生思維品質，提升學生的實踐能力與創新意識，落實學生核心素養.