基于深度學(xué)習(xí)的初中科學(xué)“五度”教學(xué)策略

周 建 秋

(瑞安市塘下鎮(zhèn)羅鳳中學(xué)，浙江 瑞安 325204)

深度學(xué)習(xí)是促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展一種重要的學(xué)習(xí)形式，為學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展提供了一條重要途徑。但在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)記憶多、活動(dòng)任務(wù)少，低階思維問(wèn)題多、高階思維內(nèi)容少，講授內(nèi)容多、探究?jī)?nèi)容少，學(xué)生很難學(xué)會(huì)遷移、應(yīng)用、解決問(wèn)題的能力與智慧，也無(wú)助于提升他們的核心素養(yǎng)。為此，教師要把握深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵，結(jié)合科學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，搭建學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的平臺(tái)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。

一、創(chuàng)設(shè)認(rèn)知失調(diào)情境，增加學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)知識(shí)的“溫度”

圖1 滾輪實(shí)驗(yàn)裝置

教育的本質(zhì)不是把籃子裝滿(mǎn)，而是把燈點(diǎn)燃。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)重、難點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用教學(xué)資源，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，點(diǎn)燃學(xué)生深度學(xué)習(xí)的激情。例如，在動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化應(yīng)用教學(xué)中，出示滾輪實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。學(xué)生發(fā)現(xiàn)滾輪從低勢(shì)能位置向高勢(shì)能位置運(yùn)動(dòng)，覺(jué)得非常好奇，迫不及待地要知道滾輪運(yùn)動(dòng)的原因。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合“動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化的原理”進(jìn)行分析，鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，組織小組討論，開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)學(xué)習(xí)，并對(duì)此作出合理解釋(如表1所示)。該實(shí)驗(yàn)是對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的“知道動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化”內(nèi)容的應(yīng)用實(shí)例。學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常而又不違反科學(xué)原理的活動(dòng)，增加深度學(xué)習(xí)的熱情，搭建科學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，鍛煉分析數(shù)據(jù)的能力，加深對(duì)“動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化”科學(xué)原理的理解，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

表1 滾輪運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

二、重視知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)之間意義的“關(guān)聯(lián)度”

以碎片化的形式表征知識(shí)，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的建構(gòu)。教師要重視知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系，編織知識(shí)圖譜，提高知識(shí)之間意義的“關(guān)聯(lián)度”，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)之間意義的理解。例如，在機(jī)械功與電功的復(fù)習(xí)中，為了能給學(xué)生一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，可以利用“知識(shí)網(wǎng)”進(jìn)行整合(如圖2所示)。在學(xué)習(xí)了“物質(zhì)的特性”一章內(nèi)容后，為了讓學(xué)生有一個(gè)清晰的知識(shí)體系(物質(zhì)的特性包括熔點(diǎn)與沸點(diǎn)、蒸發(fā)與沸騰、物質(zhì)的質(zhì)量與密度、物質(zhì)的比熱，等等)，利用“知識(shí)樹(shù)”進(jìn)行整合(如圖3所示)。

圖2 機(jī)械功與電功的知識(shí)結(jié)構(gòu)

圖3 物質(zhì)的特性知識(shí)結(jié)構(gòu)

三、利用問(wèn)題化教學(xué)策略，拓寬解決問(wèn)題思維的“廣度”

1.運(yùn)用變式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性

變式教學(xué)能多角度、多側(cè)面地反映事物的本質(zhì)，因此，它能有效地提高學(xué)生思維的靈活性。電學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、形式多樣、變化多端，教師如果將電學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變換或改進(jìn)，多角度、多側(cè)面地培養(yǎng)學(xué)生的解題能力，就會(huì)收到意想不到的效果。例如，某綜合實(shí)踐活動(dòng)小組為了研究電流的大小與電阻關(guān)系，電源的電壓保持不變(電路圖如圖4所示)，小組成員在移動(dòng)電阻R1的過(guò)程中分別記錄電壓表和電流表的示數(shù)。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電阻R1上的電壓變化量ΔUR1與電流表的電流變化量ΔIR1的比值不變，等于R2的阻值，請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)電學(xué)知識(shí)解釋此規(guī)律。

變式1：如果教師把上題的定性研究變?yōu)槎垦芯?，題目可以改編為：如圖4中，R1是滑動(dòng)變阻器，R2是定值電阻，電源的大小保持不變。實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，把得到的各組電壓表和電流表數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、擬合，作出U-I圖像(如圖5所示)。求定值電阻R2的阻值和電源的電壓是多少？R1=5歐姆，U=2.5伏。

圖4 電流與電阻的關(guān)系電路圖

圖5 電阻R1的U-I電路圖

變式2：如果教師把原題目中的定值電阻R2變?yōu)榭勺冸娮栊襞荩}目可以改編為：為了測(cè)量小燈泡的電功率，電源的電壓保持不變，電路圖如圖4所示，R1是滑動(dòng)變阻器，R2是小燈泡的電阻，在移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R1的過(guò)程中，小燈泡的電阻變化量為ΔR2，滑動(dòng)變阻器R1電阻變化量為ΔR1。則ΔR1和ΔR2大小關(guān)系是什么？判斷的依據(jù)是什么？答案：ΔR1<ΔR2，閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑片，滑動(dòng)變阻器的阻值減小，那么總電流變大，根據(jù)燈泡電阻和溫度的關(guān)系可知，此時(shí)燈泡的電阻增大。因?yàn)榭傠娮璧淖兓菧p小的，所以ΔR1<ΔR2(或閉合開(kāi)關(guān)后移動(dòng)滑片，滑動(dòng)變阻器的阻值增大，那么總電流變小，根據(jù)燈泡電阻和溫度的關(guān)系可知此時(shí)燈泡的電阻減小。因?yàn)榭傠娮璧淖兓窃龃蟮?，所以ΔR1小于ΔR2)。

2.利用開(kāi)放性問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性

電學(xué)實(shí)驗(yàn)中“電阻的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)原理和操作并不復(fù)雜，但是電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器在電路連接中的變化多樣，以及開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)作用，導(dǎo)致“電阻的測(cè)量”方法與原理復(fù)雜多變。因此，教師可以設(shè)計(jì)開(kāi)放性問(wèn)題，遷移應(yīng)用其中的思想方法，促進(jìn)學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理深度理解，提高思維的廣闊性。例如，在“伏安法”測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中，如果電壓表?yè)p壞了，給你一個(gè)電壓不變的電源、一只電流表、一個(gè)阻值已知的電阻R0、開(kāi)關(guān)和幾根導(dǎo)線(xiàn)，你能測(cè)出未知電阻Rx的值嗎?[1]通過(guò)獨(dú)立思考、討論，總結(jié)如表2所示。

表2 測(cè)出未知電阻Rx的值

利用開(kāi)放性問(wèn)題，學(xué)生能在一題多解的思考中豐富解題的思路，啟迪思維，全面和深入地理解問(wèn)題的本質(zhì)。

3.注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程評(píng)價(jià)分析，培養(yǎng)學(xué)生思維的批判性

實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的良好載體，為此，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師不應(yīng)拿來(lái)主義，不應(yīng)拘泥于書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)裝置，而應(yīng)用批判的眼光看待問(wèn)題，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的批判思維能力[2]。例如，在物質(zhì)比熱實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教材上的實(shí)驗(yàn)存在幾個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)難度大，可信度不高，科學(xué)性不強(qiáng)，效果不明顯，因此，我們可以引導(dǎo)學(xué)生不斷地改進(jìn)與完善(如表3所示)。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)誤差等的分析、質(zhì)疑、改進(jìn)、創(chuàng)新，既讓學(xué)生理解不同實(shí)驗(yàn)裝置的功能，又讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)裝置的差別中甄別優(yōu)劣，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力。

表3 建立物質(zhì)比熱概念的實(shí)驗(yàn)裝置

四、挖掘知識(shí)背后的思想方法，感受科學(xué)文化內(nèi)涵的“深度”

科學(xué)知識(shí)是以結(jié)論、靜止的形態(tài)展現(xiàn)在學(xué)生面前，如果教師沒(méi)有把科學(xué)知識(shí)進(jìn)行稀釋、還原、下沉、探究、反思等教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生就不會(huì)感受、體驗(yàn)知識(shí)背后的思想方法與內(nèi)在文化，就不會(huì)變成個(gè)性化的理解。充其量，這些知識(shí)就變成概念的堆砌，談不上科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用與創(chuàng)造[3]。作為教師，要以知識(shí)的形成為線(xiàn)索設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，關(guān)注科學(xué)知識(shí)如何形成、如何發(fā)展。教師要深度地理解教材，深挖教材內(nèi)容知識(shí)邏輯與蘊(yùn)含的思想方法，感受科學(xué)文化蘊(yùn)含的“深度”，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。例如，在“焦耳定律”的教學(xué)目標(biāo)制訂時(shí)，教師首先應(yīng)分析焦耳定律內(nèi)容的特點(diǎn)，挖掘焦耳定律實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的控制變量的思想方法、轉(zhuǎn)化思想與下操作性定義的方法(如圖16)。因此，在課堂教學(xué)中，教師讓學(xué)生應(yīng)用控制變量方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析論證，得出結(jié)論。教師只有通過(guò)教材分析、理解與挖掘，讓學(xué)生探尋焦耳定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，才能在課堂教學(xué)中有目的地落實(shí)深度思維方法，才能在真正意義上促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

圖16 焦耳定律蘊(yùn)含的思想方法

五、開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)，提高解決新情境問(wèn)題的“高度”

教師要積極地引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)生參與猜測(cè)、設(shè)計(jì)、證據(jù)分析、解釋的思維過(guò)程，提高解決新情境問(wèn)題能力的“高度”[4]。例如，以自動(dòng)控制型路燈的探究與制作活動(dòng)為例(如表4所示)，學(xué)生通過(guò)對(duì)“自動(dòng)控制型路燈的科學(xué)探究與制作活動(dòng)”的探究學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了一次“亞創(chuàng)造”“類(lèi)創(chuàng)新”的深度學(xué)習(xí)過(guò)程，體驗(yàn)了高階思維水平迭代進(jìn)階的喜悅，提高了遷移應(yīng)用科學(xué)知識(shí)解決新情境問(wèn)題的能力。

表4 自動(dòng)控制型路燈的探究與制作活動(dòng)

總之，深度學(xué)習(xí)是促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)的一種重要手段，是促使學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)落地的一項(xiàng)重要舉措。但是，教師要知道深度學(xué)習(xí)并不是拔高知識(shí)的難度、人為地提高教學(xué)目標(biāo)、增加學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，而是增加學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的“溫度”，加強(qiáng)科學(xué)知識(shí)之間意義聯(lián)系的“關(guān)聯(lián)度”、認(rèn)知思維能力的縱向“深度”和認(rèn)識(shí)事物的橫向“廣度”，提高學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)遷移解決新情境中新問(wèn)題能力的“高度”。