基于深度學(xué)習(xí)的初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

何珮羽

摘要：科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合學(xué)科，實(shí)驗(yàn)離不開科學(xué)模型的建構(gòu)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模型建構(gòu)中逐步培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的遷移運(yùn)用，自我反思能力。本文以浙教版初中科學(xué)八年級(jí)上冊(cè)《電荷與電流》的復(fù)習(xí)為例，通過實(shí)驗(yàn)和模型的建構(gòu)創(chuàng)新課堂教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)教學(xué);電路;建模

一、對(duì)深度學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)課堂的理解

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，是學(xué)生以高階思維發(fā)展和實(shí)際問題解決為目標(biāo)，以整合知識(shí)為內(nèi)容，積極主動(dòng)地講將新知識(shí)整合到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，并且能將已有圖式遷移運(yùn)用到新情境中的一種學(xué)習(xí)。[1]但它不僅是一種學(xué)習(xí)方式，更是引導(dǎo)學(xué)生深入理解并將所學(xué)知識(shí)加以應(yīng)用甚至進(jìn)行創(chuàng)造的教育理念。[2]?深度學(xué)習(xí)的主要載體是學(xué)習(xí)任務(wù)，是學(xué)生在教師帶領(lǐng)下圍繞著具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)開展的。對(duì)于科學(xué)的復(fù)習(xí)課來講，要打破傳統(tǒng)刷題，就要求教師必須設(shè)置新穎且具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，將科學(xué)知識(shí)充分整合，才能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，激活學(xué)生思維，使其高階思維能力充分得以發(fā)展，才能使學(xué)生從“淺層學(xué)習(xí)”真正過渡到“深度學(xué)習(xí)”。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是一個(gè)良好的學(xué)習(xí)任務(wù)載體，在實(shí)驗(yàn)中提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與探究動(dòng)機(jī)。

二、科學(xué)課堂深度學(xué)習(xí)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

1.創(chuàng)設(shè)情境——激發(fā)學(xué)生深度動(dòng)機(jī)

教師首先通過電腦展示電影中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的拆彈情節(jié)，營造緊張氛圍。同時(shí)拿出事先準(zhǔn)備好的“炸彈”（如圖1），“我已經(jīng)把炸彈的警示燈點(diǎn)亮了，邊緣全部密封，大家的任務(wù)是剪開炸彈，取得里面的白色密信。但不可暴力拆剪，選對(duì)一邊剪，剪錯(cuò)了則拆彈失敗，其中的蜂鳴器便會(huì)發(fā)出警報(bào)聲”。隨后組織小組展開討論，觀察連線，教師在此過程中引導(dǎo)：是否可以畫出“炸彈”的電路圖，來幫助厘清該電路的連接特點(diǎn)。

認(rèn)識(shí)建構(gòu)理論認(rèn)為：“學(xué)習(xí)是一個(gè)積極主動(dòng)的建構(gòu)過程，學(xué)生不是被動(dòng)地接受外在信息，而是根據(jù)已有圖式主動(dòng)和有選擇性地知覺外在信息，建構(gòu)當(dāng)前意義的過程?！倍谶@過程中，學(xué)生的好奇內(nèi)驅(qū)力是產(chǎn)生主動(dòng)建構(gòu)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的首要條件，是其產(chǎn)生同化與順應(yīng)作用的動(dòng)力來源。當(dāng)教師在課堂中用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?chuàng)設(shè)一個(gè)與生活相關(guān)的情境時(shí)，學(xué)生會(huì)感到既熟悉又陌生，既新奇又有趣，從而激發(fā)出他們強(qiáng)烈的求知欲和探索精神。

一段時(shí)間后，教室里便會(huì)出現(xiàn)一部分小組剪錯(cuò)導(dǎo)線而發(fā)出的蜂鳴器警報(bào)聲和另一部分小組拿出密信的興奮狀態(tài)。在強(qiáng)烈對(duì)比下，失敗的小組會(huì)急于探究原因，教師便以其強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)為契機(jī)，請(qǐng)成功小組代表上臺(tái)結(jié)合電路圖進(jìn)行講解，剖析其中的科學(xué)原理——用電器短路（部分電路短路）。

深度學(xué)習(xí)并不是從傳遞特定知識(shí)內(nèi)容的教材開始，而是從揭示問題開始的。在深度學(xué)習(xí)中，學(xué)生圍繞“該如何剪開導(dǎo)線，拿出密信”的問題，引出種種思考與解決方法，教師則可以根據(jù)結(jié)果判斷他們此時(shí)“知道了什么”以及“做出了什么”。在小組合作實(shí)驗(yàn)中促進(jìn)對(duì)知識(shí)的理解，在反思和討論中提升高階思維能力和語言表達(dá)能力，激發(fā)學(xué)習(xí)的深度動(dòng)機(jī)。

2.分析表征——促進(jìn)知識(shí)深度建構(gòu)

以部分電路短路為引，自然過渡到請(qǐng)學(xué)生用手中的材料連接一個(gè)電路，使一個(gè)小燈泡發(fā)光。雖然這是在學(xué)習(xí)新課后的第一次動(dòng)手連接實(shí)物電路，但對(duì)于思維處于快速發(fā)展階段、接受能力較強(qiáng)的八年級(jí)學(xué)生來說可以又快又好地完成任務(wù)，并且清晰表述每個(gè)電路元件的作用，真正做到將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際操作中。

同時(shí)，一部分小組的電路出現(xiàn)了故障，小燈泡不發(fā)光，教師配合圖片分析電路的三種狀態(tài)：通路、斷路和電源短路。在過程中，重點(diǎn)詳細(xì)表述電源短路的情況。

深度學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性知識(shí)意義的建構(gòu)過程，也是復(fù)雜的信息加工過程，須對(duì)已激活的先前知識(shí)和所獲得的新知識(shí)進(jìn)行有效和精細(xì)的深度加工。[3]也就是說：所謂的“學(xué)科教學(xué)”不僅意味著簡單的知識(shí)量的上升，而且在作為綜合基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)教學(xué)中應(yīng)該是擁有獨(dú)特價(jià)值的知識(shí)結(jié)構(gòu)的積極建構(gòu)，亦即科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。在教學(xué)過程中需要教師全面分析教材、深入挖掘教材，整合教材內(nèi)容，將孤立的知識(shí)點(diǎn)重新組合，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停龑?dǎo)學(xué)生將知識(shí)以整合、情境化的方式儲(chǔ)存在記憶中，建構(gòu)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——突破重點(diǎn)深度理解

在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模型建構(gòu)中培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移運(yùn)用的能力，本質(zhì)上也是高階思維的具體表征。在這節(jié)課中，筆者通過展示自制的小玩具（如圖6），上面有兩個(gè)led燈，但連接狀態(tài)不盡相同，用紐扣電池作為電源，杯底有一個(gè)開關(guān)可以同時(shí)控制兩個(gè)燈泡的亮暗，請(qǐng)學(xué)生小組討論其電路連接方式，并模仿該線路搭建一個(gè)實(shí)物電路。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這過程中為八年級(jí)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的主動(dòng)建構(gòu)和發(fā)展提供了非常直觀的“腳手架”，與他們已有的電路串并聯(lián)前概念產(chǎn)生聯(lián)系，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮鰪?qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解。

學(xué)生在過程中能夠控制自身的學(xué)習(xí)，憑借自己的能力解決任務(wù)，并且經(jīng)過這樣的反復(fù)磨礪，能夠認(rèn)清這種學(xué)習(xí)的過程與成果，最終調(diào)控學(xué)習(xí)。[4]正體現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的“主體性學(xué)習(xí)”特點(diǎn)，在這過程中尤其強(qiáng)調(diào)的是教學(xué)初始階段的“任務(wù)設(shè)定”與“預(yù)設(shè)”，以及教學(xué)終結(jié)階段的“反思”。對(duì)于剛接觸電路的八年級(jí)學(xué)生來說，串并聯(lián)電路分析是一個(gè)重點(diǎn)，如何突破該重點(diǎn)，怎么讓學(xué)生能夠產(chǎn)生有意義學(xué)習(xí)？一是必須明確問題解決的過程：觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，描繪出電路圖，連接實(shí)物電路;二是進(jìn)行及時(shí)地反思：積極主動(dòng)地把當(dāng)下的實(shí)際操作同已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，加以概括化反思，建立有意義聯(lián)結(jié)。所以在這階段需要再給學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)木毩?xí)加以強(qiáng)化鞏固，真正達(dá)到突破重點(diǎn)，深度理解的目的。

4.開放生成——綜合提升深度思維

就一些學(xué)生而言，業(yè)已知曉的、容易解答的問題有時(shí)不能引發(fā)他們絞盡腦汁，難以保障他們的深度學(xué)習(xí)。所以教師需要從傳統(tǒng)的滿足于學(xué)生“懂”和“會(huì)”的教學(xué)中擺脫出來，開展讓班級(jí)全員或部分學(xué)生去挑戰(zhàn)“不懂”與“不會(huì)”的教學(xué)，這才是促進(jìn)學(xué)生真正的深度學(xué)習(xí)所需要的。

在前面所開展的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中已有“一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈泡的亮滅”、“一個(gè)開關(guān)控制兩個(gè)燈泡的亮滅”，所以筆者自然地提出是否可以根據(jù)所給材料，讓“兩個(gè)開關(guān)分別控制兩個(gè)燈泡的亮滅”？在此過程中，拋棄教師講授中心的方法，改為學(xué)生小組之間的協(xié)同對(duì)話，思維碰撞。在這個(gè)問題拋出后，大部分學(xué)生表現(xiàn)出難以理解的狀態(tài)，所以此時(shí)教師順勢生成兩個(gè)新的問題，將以上問題改為“在過程中能否是一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈泡，然后在此基礎(chǔ)上用上所有提供的材料”和“能否分作兩個(gè)要求：兩個(gè)開關(guān)在閉合、打開過程中，電路中可以出現(xiàn)只有一個(gè)燈泡亮的情況和有兩個(gè)燈泡亮的情況”？一共可以有幾種連接方式？在實(shí)物材料的輔助下畫出電路圖，比賽哪個(gè)小組想到的方法最多。

根據(jù)課堂生成，去尋找學(xué)生知識(shí)的生長點(diǎn)?？b密、條理清晰的科學(xué)思維習(xí)慣，是提出問題、解決問題的關(guān)鍵，同樣有助于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。因此，在小組代表上臺(tái)畫出本組的電路圖后，請(qǐng)其他學(xué)生做出實(shí)物連接并進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)：如圖中的第四幅電路圖可以符合題目要求，但它存在開篇所說的電源短路危險(xiǎn)，不可以將兩個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，前后呼應(yīng)。注重課堂生成的開放性，在綜合應(yīng)用中提升學(xué)生解決問題的高階思維，促進(jìn)思維的深度發(fā)展。

三、對(duì)深度學(xué)習(xí)理念下科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的反思

深度學(xué)習(xí)不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)中積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)、意義聯(lián)結(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、舉一反三的學(xué)習(xí)方法，而且還強(qiáng)調(diào)高階思維和復(fù)雜問題解決能力的提升。深度學(xué)習(xí)不僅關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果，也重視學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)過程。[4]教學(xué)過程應(yīng)該是“做”的過程，而實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)中不可或缺的主題。建構(gòu)模型以實(shí)物、畫圖等形式來表達(dá)知識(shí)的本質(zhì)特點(diǎn)，最顯著特點(diǎn)是形象直觀。在教學(xué)過程中通過實(shí)驗(yàn)建模，不僅有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶理解，而且也有助于學(xué)生觀察思維能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力的培養(yǎng)。這就提醒教師在復(fù)習(xí)課中應(yīng)該創(chuàng)設(shè)良好的情境，巧妙運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，將分散的知識(shí)整合，使高階思維能力充分體現(xiàn)，才能促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1][4]安富海.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略研究[J].課程.教材.教法，2014（11）：57-62.

[2]譚頂良.深度學(xué)習(xí)是整體性的教育變革[J].江蘇教育，2016（15）：19.

[3]鐘啟泉.深度學(xué)習(xí)：課堂轉(zhuǎn)型的標(biāo)識(shí)[J].全球教育展望，2021（01）：28.