基于深度學習理念的科學學科關鍵能力培養(yǎng)
——以“密度測定”復習課為例

單俞剛

（章旦中學教育集團，浙江青田323900）

深度學習是指學生在教師引領下圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，積極主動地參與理解性學習、批判性學習，形成積極的情感、態(tài)度與價值觀，是一種基于“問題解決”的應用性、遷移性的學習方式[1]?？茖W學科關鍵能力主要有注重“活動與體驗”的動手實踐能力、注重科學知識關聯(lián)與整合的學習理解能力、注重實驗設計與評估的科學探究能力，以及注重遷移與創(chuàng)新的科學思維能力。

教育部基礎教育課程教材發(fā)展中心劉月霞等對深度學習開展了深入研究，提出深度學習不僅要強調(diào)學生的深度思維，還要強調(diào)培養(yǎng)能夠創(chuàng)造未來美好生活的社會人。本文以“密度測定”復習課教學為例，闡述基于深度學習理念，促進學生科學學科關鍵能力培養(yǎng)的策略。

1 注重活動與體驗，發(fā)展動手實踐能力

活動與體驗是深度學習的核心特征，也是提高學生科學素養(yǎng)的重要手段。在教學中聯(lián)系生活實際，借助學生感興趣的材料開展活動，增強體驗，讓學生在動手活動與親身體驗中主動思考問題，不僅可以調(diào)動學生學習積極性，引發(fā)內(nèi)心體驗，同時可以提高學生的動手實踐能力。

環(huán)節(jié)1 各小組利用提供的多個直徑為5 毫米的巴克球開展合作，根據(jù)自己的想法做出各式造型，展示創(chuàng)意。

巴克球是帶有磁性的金屬實心圓球，是市面上非常流行的益智玩具。各小組利用巴克球拼接出各式造型，如動物頭像、平面和立體幾何圖形等（如圖1），可謂創(chuàng)意十足。

圖1 巴克球造型

學生們在玩的過程中產(chǎn)生問題：一個小小的巴克球其質(zhì)量和體積為多大?巴克球是什么材料制成的？學生圍繞產(chǎn)生的問題開展討論。

這種緊密聯(lián)系科技與生活的活動與體驗，是教學的出發(fā)點，能使學生產(chǎn)生濃厚的學習興趣，有效激發(fā)學生主動參與學習。創(chuàng)造未來美好生活離不開好的創(chuàng)意，創(chuàng)意空間的拓展需動手實踐來支撐。在活動與體驗中理解測量小物體質(zhì)量與體積運用累積法的必要性，只有達到對知識的領悟與內(nèi)化，才具備解決實際問題的遷移能力。

2 注重知識關聯(lián)與整合，發(fā)展學習理解能力

深度學習的另一特征是“聯(lián)想與結構”。即學習的知識是有內(nèi)在聯(lián)系的結構與系統(tǒng)，是能夠被喚醒、被調(diào)用的。教師在課堂教學時，對學科核心知識進行整體把握和方法引領，避免聚焦碎片化知識點的教學，把握各知識之間的聯(lián)系，幫助學生體會知識的完整性與系統(tǒng)性，形成系統(tǒng)的認知結構，培養(yǎng)系統(tǒng)思維能力，從而提高學習理解力。

環(huán)節(jié)2 測密度的原理（公式）是什么？結合前面的活動，你認為要提高測量密度值的精確度，具體的測量步驟如何（用畫圖方法表示）？通過這幾個問題，將密度測定相關知識形成知識體系（如圖2）。

圖2 密度測定知識體系

常規(guī)測量帶動學生思考如何測準問題。先測固體的質(zhì)量還是先測固體的體積？如果先測固體體積，測得的密度值偏大還是偏??？造成偏差的原因是什么？運用畫圖法表達實驗過程，用測得的物理量列出計算密度表達式。整個過程回顧科學知識，運用科學方法，圍繞核心概念，形成科學知識間的關聯(lián)，從而提高學生的學習理解力。

3 注重實驗設計與評價，發(fā)展科學探究能力

深度學習能抓住學習對象的本質(zhì)進行深度加工，全面把握知識內(nèi)在聯(lián)系，進行合理設計與評價?；谏疃葘W習理念開展科學探究，讓學生經(jīng)歷科學探究過程，可增進學生對科學探究的理解，體會科學精神的實質(zhì)，培養(yǎng)積極情感、科學態(tài)度和正確價值觀，從而提高學生科學素養(yǎng)。

實驗設計與評價是實驗探究能力培養(yǎng)的重要方式。實驗設計既要體現(xiàn)學生對相關科學知識的掌握情況，對實驗原理的理解程度，對科學方法的內(nèi)化程度，同時也是對團隊精神的培養(yǎng)與構建能力的極大考驗。實驗評價包括實驗設計方案的評估與實驗測得數(shù)據(jù)可靠性的評估。

環(huán)節(jié)3 提供兩組實驗器材，一組：天平（砝碼）、溢水杯、相同燒杯2 個、水、滴管；另一組：天平（無砝碼）、量筒、相同燒杯2 個、水、滴管。讓學生利用手頭的實驗器材，分小組討論，設計實驗，寫出實驗操作步驟（用畫圖形式表示）。

以常規(guī)測量為基礎，帶動學生思考非常規(guī)測量應該解決的問題。學生進行實驗方案設計并展示評價。主要圍繞在沒有量筒的情況下測出巴克球的體積的可行性，以及在天平?jīng)]有砝碼的情況下測量巴克球的質(zhì)量的可行性等方面展開評價。活動分組內(nèi)自評和組間互評兩個環(huán)節(jié)。組內(nèi)自評著重考慮實驗的可行性、科學性。組間互評則著重考慮實驗過程中出現(xiàn)的新問題，如實驗操作的合理性及簡易性，博采眾長，充分合作，使實驗設計更優(yōu)化。本環(huán)節(jié)采用替代思想設計實驗，進行間接測量，使學生在深度思考中理解密度知識，對知識融會貫通，進行聯(lián)系與轉化，在動手動腦合作交流中解決問題。

環(huán)節(jié)4 動手實驗操作，測出實驗數(shù)據(jù)并展示。教師提供資料：巴克球是由材料為釹鐵硼的磁礦石經(jīng)精細加工而成的球狀強磁石，釹密度7.003 g/cm3，鐵密度7.8 g/cm3，硼密度2.34 g/cm3。要求利用提供的資料，判斷所測實驗數(shù)據(jù)的可靠性。

展示4 個代表小組測得的密度值：6.5 g/cm3、8.6 g/cm3、8.0 g/cm3、7.0 g/cm3。學生根據(jù)物質(zhì)混合后密度的特點判斷出不可靠的數(shù)據(jù)，分析引起偏差的原因。本環(huán)節(jié)引領學生將事實與科學知識建立聯(lián)系，基于證據(jù)評價數(shù)據(jù)的可靠性，領悟科學解釋需要運用科學知識和科學推理，體會誤差與錯誤的區(qū)別等。

著名心理學家皮亞杰認為讓學生動手做科學，而不是用耳朵聽科學，用眼睛看科學。這兩個環(huán)節(jié)的設置使學生全程浸潤于深度學習中，同學們在設計中思辨，在實驗中領悟，在評價中反思，體悟高效表述探究過程方式，發(fā)展科學探究能力。

4 注重遷移與創(chuàng)新，發(fā)展科學思維能力

遷移是深度學習發(fā)生的重要指標。創(chuàng)新地應用是將內(nèi)化的知識外顯化，是科學思維能力的體現(xiàn)。“科學思維”是基于經(jīng)驗事實建構模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格[2]。為推進深度學習開展，設置了以下內(nèi)容。

環(huán)節(jié)5 評價未知液體密度測定方案。方案A：調(diào)節(jié)天平平衡；用天平測出空燒杯的質(zhì)量m1；在燒杯中倒入適量的被測液體，測出總質(zhì)量m2；將燒杯中的液體倒入量筒中，讀出液體的體積V；算出液體的密度ρ液。方案B：調(diào)節(jié)天平平衡；將適量的液體倒入量筒中，讀出液體的體積V；用天平測出空燒杯的質(zhì)量m1；將量筒中液體倒入燒杯，測出總質(zhì)量m2；算出液體的密度ρ液。

伽利略曾說過：“科學是在不斷改變思維角度的探索中前進的?！睂崿F(xiàn)學習遷移，是深度學習的發(fā)展指向。同學們發(fā)現(xiàn)：方案A 中液體質(zhì)量測得準，但傾倒時液體殘留在燒杯中導致液體體積測不準；方案B 中液體體積測得準，但倒入燒杯時也因殘留而導致液體質(zhì)量測不準。為測準液體密度，就應提出合理方案，讓量筒量到的液體與倒出的液體的質(zhì)量相吻合。本環(huán)節(jié)從固體密度遷移液體密度的測定，根據(jù)測準思想引導學生深入思考，在質(zhì)疑與批判中，學生開展深度思維，提出了創(chuàng)造性的見解，在課堂中使學生的主體地位得以體現(xiàn)，且科學思維能力得到提升。

課堂教學時緊扣深度學習的特征，結合科學學科特點，讓學生在真情境中，提出真問題，進行真探究，開展真實驗，產(chǎn)生真體驗，真正對科學產(chǎn)生興趣，愛上科學。在真體驗中增強對知識的理解，在理解基礎上進行知識的遷移與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，在真實驗中培養(yǎng)學生的科學探究能力，從而促進科學學科關鍵能力的發(fā)展。

致謝：本文在完成過程中得到吳紅玉、朱紅兩位導師的精心指導，特此致謝！