指向深度學(xué)習(xí)的初中科學(xué)教學(xué)策略

許宇偉

摘? ? 要：深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用，需要依托真實(shí)的情境來開展學(xué)與教的活動。教師要從學(xué)生的立場和認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)貼近學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的教學(xué)活動，并基于可視化的原理，將復(fù)雜、隱性、微小的問題轉(zhuǎn)換為簡單、顯性、放大的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)一類問題的本質(zhì)內(nèi)涵，建構(gòu)具體的模型，聚焦核心問題，領(lǐng)會現(xiàn)象背后的本質(zhì)。教師還要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動，設(shè)置問題與實(shí)驗(yàn)支架，引導(dǎo)學(xué)生逐漸理解概念，促進(jìn)有意義的深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);初中科學(xué);情境探索;可視化;模型建構(gòu);實(shí)驗(yàn)探究

深度學(xué)習(xí)就是圍繞學(xué)科核心概念，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行探究活動，以建立相關(guān)概念原理與現(xiàn)實(shí)生活世界的關(guān)聯(lián)。教師要呈現(xiàn)問題情境，提出挑戰(zhàn)性問題與任務(wù)，讓學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)上不斷探究，進(jìn)行知識建構(gòu)、問題解決和反思改進(jìn)，像科學(xué)家一樣思考、探索，實(shí)現(xiàn)概念的建構(gòu)和知識的遷移[1]。

一、基于情境探索的深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗(yàn)、本質(zhì)與變式、遷移與應(yīng)用，而這些都需要依托真實(shí)的情境來開展學(xué)與教的活動?？茖W(xué)知識必須融入情境之中，學(xué)生才容易理解、吸收并愿意學(xué)習(xí)，課堂才能顯示出應(yīng)有的活力。為了實(shí)現(xiàn)深層次的概念理解，教師要創(chuàng)設(shè)特定的情境并提出具有一定挑戰(zhàn)性的任務(wù)，且情境任務(wù)要貼近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，并在明確任務(wù)目標(biāo)與解決問題的方法的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從已有的知識和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)去思考、討論。教師還要注重知識的邏輯性，使知識序、認(rèn)知序和教學(xué)序和諧統(tǒng)一。

能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是最普遍、最重要的基本定律。這個定律不是通過實(shí)驗(yàn)直接得出的，而是在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上用推理的方法概括出來的。達(dá)·芬奇曾設(shè)計(jì)了一個“永動機(jī)”，但這個實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)室里沒有，那么如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？筆者指導(dǎo)學(xué)生開展了“喝水鳥”實(shí)驗(yàn)，先介紹“喝水鳥”的結(jié)構(gòu)與組成，頭部、玻璃管和軀體連通且整體密封，由一個支點(diǎn)支持，里面裝有乙醚。然后學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)，讓“喝水鳥”真實(shí)地動起來，并借助手機(jī)中的“慢動作”功能，逐步分析實(shí)驗(yàn)過程中的變化。在“喝水鳥”前面放一杯水，往“喝水鳥”頭部滴一次水，就發(fā)現(xiàn)“喝水鳥”會做一系列的運(yùn)動：低頭喝水→抬頭→又低頭喝水→又抬頭。

師：誰能分享一下“喝水鳥喝水”的原理？

生1：乙醚液化放熱，產(chǎn)生熱能，驅(qū)動小鳥喝水，轉(zhuǎn)化為動能。

師：那不放水，小鳥也會喝水嗎？

重做實(shí)驗(yàn)，此時學(xué)生的積極性大大提高，思維活躍。

生2：乙醚液化放熱，熱能可以轉(zhuǎn)化為動能，且液體使鳥重心下移，又抬起頭來……

生3：不對。應(yīng)該是水蒸發(fā)吸熱，鳥頭部降溫變冷，頭部氣壓變小，而軀體內(nèi)的氣壓不變，使玻璃管內(nèi)的液柱上升，頭部變重軀體變輕，杠桿平衡被破壞，頭部下沉到杯中喝水。

師：那怎么有抬頭呢？

生4：頭部逐漸變重后，身體逐漸前傾，傾角逐漸變大，軀體中的乙醚變少，當(dāng)玻璃管下端管口露出時，底部的氣體迅速上升，液體由于重力作用向下流，頭部變輕，軀體變重，所以抬頭。

師：很好！這個“喝水鳥喝水”是“永動機(jī)”嗎？不需要消耗能量嗎？

生5：當(dāng)然需要能量。水蒸發(fā)吸收了周圍空氣的熱，乙醚汽化需要吸收熱量，液化放出熱量到空氣中去。喝水鳥轉(zhuǎn)動時要消耗一定的能量。

生6：能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，永動機(jī)只能成為神話！

師：該產(chǎn)品指出，其在室溫低于16℃的室內(nèi)基本不動。請說說理由。

生7：從能量轉(zhuǎn)化的角度以及裝置特點(diǎn)來看，在溫度較高的環(huán)境里，頭部水蒸發(fā)比較快，降溫迅速，乙醚液化就快，汽化也容易發(fā)生。這樣效果就會比較好。

美國21世紀(jì)技能委員會指出，深度學(xué)習(xí)從某種意義上來說就是遷移學(xué)習(xí)。學(xué)生能將七年級時學(xué)到的“汽化與液化”知識，在九年級時用到新的情境中去，這就是一種有意義的學(xué)習(xí)。在“喝水鳥喝水”這個情境任務(wù)中，要分析乙醚的汽化與液化過程與外界發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的過程，學(xué)生就需要掌握汽化與液化的實(shí)質(zhì)，并擁有一定的邏輯推理能力。學(xué)生在與他人的交流討論中，學(xué)會傾聽與尊重他人，并不斷地學(xué)習(xí)他人的不同觀點(diǎn)，培養(yǎng)了溝通和交流技能，提升了個人素養(yǎng)。

二、基于可視化的深度學(xué)習(xí)

在教學(xué)過程中，常常要處理與解決一些復(fù)雜的、隱性的、微小的問題，這時，教師就要引導(dǎo)學(xué)生把它們轉(zhuǎn)換為簡單的、顯性的、放大的現(xiàn)象，以便觀察、比較、分析、理解事物的本質(zhì)。也有一些實(shí)驗(yàn)，受條件的限制，實(shí)驗(yàn)效果往往不如人意，甚至以失敗告終，這就可以采用數(shù)字技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為函數(shù)圖像，直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生。這有利于學(xué)生分析證據(jù)，找到其內(nèi)在的規(guī)律[2]。

一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，我們的感官難以辨識，如物體振動形成的聲波，我們無法直接觀察到，但可借助DIS傳感器將聲波顯示出來，然后對聲波的響度、頻率等內(nèi)容進(jìn)行分析，使學(xué)生對聲波的波形產(chǎn)生直觀的認(rèn)識。

此外，利用頻閃照片技術(shù)，可以把物體的運(yùn)動過程拍攝下來進(jìn)行分析。頻閃照片會在相等的間隔時間拍下一張照片，體現(xiàn)過程性。如研究“斜向上拋出的小球到達(dá)頂部時有無速度”，如果沒有這樣的頻閃照片，學(xué)生就需要具備良好的想象力，才能理解其過程。而借用頻閃技術(shù)，顯示其運(yùn)動過程中的速度變化，學(xué)生很容易就發(fā)現(xiàn)，小球在開始拋出的時候速度大，到達(dá)頂端附近速度變得很小，但是還有一定的速度，并領(lǐng)悟出其原因。

笛卡爾說，沒有什么東西比圖形更容易映入大腦了。美國學(xué)者斯蒂斯也說過：“如果一個問題能被轉(zhuǎn)化為一個圖形，那么，思想就整體地把握了問題?！币虼?，在科學(xué)教學(xué)中，我們常常把問題轉(zhuǎn)化為圖形來分析。圖文結(jié)合更能引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

三、基于模型建構(gòu)的深度學(xué)習(xí)

學(xué)習(xí)知識當(dāng)然重要，但是科學(xué)的思維方法比知識更加重要。學(xué)生思維的發(fā)展需要思維工具的支撐，科學(xué)模型代表著一種科學(xué)思維方法與哲學(xué)思考，能將復(fù)雜的事物或過程簡單化，是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的有效工具。任何一個模型，都追求對原型的本質(zhì)描述，以及對原型的深入認(rèn)識與概括。模型是對原型的實(shí)質(zhì)性和關(guān)鍵性環(huán)節(jié)的描述，它摒棄次要因素及非關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程，探求事物內(nèi)在的規(guī)律，尤其在多要素、多層次的復(fù)雜地理系統(tǒng)分析中，利用模型和建構(gòu)模型對促進(jìn)深度學(xué)習(xí)具有重要意義。

為了引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)一類問題的本質(zhì)內(nèi)涵，教師需要充分展示該類問題的具體模型。在形象可視的模型建構(gòu)過程中聚焦核心問題，可促進(jìn)學(xué)生用模型建構(gòu)的方法進(jìn)行思考。教師不僅要讓學(xué)生去建構(gòu)模型、完善模型的內(nèi)涵，更要讓學(xué)生領(lǐng)會現(xiàn)象背后的本質(zhì)，建立更加符合客觀事實(shí)的科學(xué)模型。

例1：兩個容積相同、形狀不同的容器（圖略），一個正放，一個倒放，分別加入相同質(zhì)量的水，請比較兩者產(chǎn)生的壓力F1、F2的大小。