融通式科學(xué)教育：促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生

葉笛

【摘 要】融通式科學(xué)教育倡導(dǎo)將各學(xué)科知識融會貫通，從而獲得對科學(xué)本質(zhì)的深刻理解。融通式科學(xué)教育聚焦綜合科學(xué)素養(yǎng)，重視知識之間的類比，強(qiáng)調(diào)方法之間的遷移，關(guān)注事物之間的聯(lián)系。教師可通過“基于課程標(biāo)準(zhǔn)，批判借鑒教材”“創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知沖突”“聯(lián)系生活實(shí)際，促進(jìn)遷移應(yīng)用”等策略實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提升科學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】融通式 科學(xué)教育 深度學(xué)習(xí)

相較于其他學(xué)科，科學(xué)最鮮明的特征就是“動手實(shí)驗(yàn)和探究活動”?？茖W(xué)不同于物理、化學(xué)、生物學(xué)的是其“基礎(chǔ)性和綜合性”特點(diǎn)?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出：“義務(wù)教育科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性?！蹦壳埃茖W(xué)課主要面向小學(xué)生?？茖W(xué)課所適用群體的認(rèn)知特點(diǎn)決定了此學(xué)科知識相對比較簡單、淺顯，缺少所謂的“高深性”。然而，作為一門啟蒙教育的基礎(chǔ)性學(xué)科，科學(xué)對于一個人的成長具有獨(dú)特的促進(jìn)作用和不可替代的長遠(yuǎn)價值。

一、融通式科學(xué)教育聚焦綜合科學(xué)素養(yǎng)

筆者在近二十年的青少年科學(xué)教育的一線教學(xué)實(shí)踐中，逐步探索并形成了融通式科學(xué)教育的個人教學(xué)主張?！叭谕ā奔慈跁炌ǎ跁诤项I(lǐng)會，貫通—貫穿暢通，就是把各學(xué)科的知識、規(guī)律、方法、思想等融合匯集在一起，在頭腦中進(jìn)行二次加工，抽離和提煉出通用的、本質(zhì)的核心內(nèi)容，并從中獲得全面、深入、透徹的理解。與其把科學(xué)作為“一門學(xué)科”來對待，不如把它看作“一類學(xué)科的集合”。因?yàn)?，在這門學(xué)科里包含了物理、化學(xué)、生物學(xué)、地理以及數(shù)學(xué)等多門學(xué)科中最基礎(chǔ)的一部分知識。在科學(xué)教材中，這些學(xué)科知識并不是按某一學(xué)科知識體系呈現(xiàn)的，而是以主題的方式將多個學(xué)科的相關(guān)知識糅合交織在一起，更貼近學(xué)生的生活實(shí)際，易于學(xué)生聯(lián)系已有生活經(jīng)驗(yàn)。而科學(xué)教育的核心目的，也不僅僅是讓學(xué)生學(xué)會這些相關(guān)學(xué)科的基本概念而已，還要讓學(xué)生能夠從這些單一學(xué)科知識的學(xué)習(xí)中加深對科學(xué)本質(zhì)的理解，習(xí)得科學(xué)研究的一般方法，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、傳承求真的科學(xué)精神。方法的習(xí)得不能脫離具體知識的學(xué)習(xí)，需要以知識為載體。因此，以提升科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)教育要以科學(xué)知識的學(xué)習(xí)和具體探究活動的實(shí)施為主體。但學(xué)習(xí)科學(xué)知識并不只是讓學(xué)生知道一些簡單的科學(xué)事實(shí)，記住一些基本的科學(xué)概念，背會一些通用的科學(xué)原理，以及運(yùn)用所學(xué)科學(xué)知識來解答一些問題，還要讓學(xué)生依托知識載體，發(fā)展科學(xué)思維，形成科學(xué)觀念，內(nèi)化科學(xué)思想，養(yǎng)成科學(xué)辦事習(xí)慣，從而提升綜合科學(xué)素養(yǎng)。因此，在科學(xué)課堂教學(xué)中，筆者特別強(qiáng)調(diào)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

二、融通式科學(xué)教育重視知識之間的類比

融通式科學(xué)教育的核心思想就是知識的“類比”與方法的“遷移”。所謂“類比”，就是將兩個不同事物各自的屬性進(jìn)行一一羅列，相同的屬性越多，二者的相似性就越大。這種方法在我們的日常生活中早已被廣泛運(yùn)用，也非常適合低齡學(xué)生建立起事物之間的聯(lián)系，有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)從樸素的生活經(jīng)驗(yàn)向抽象的科學(xué)原理的認(rèn)知進(jìn)階。學(xué)生學(xué)習(xí)新知識前頭腦中已經(jīng)形成了原有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，其中有些是模糊不清的，有些是錯誤的，而科學(xué)教育就是為了更好地將新知識同化到學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去，這就需要學(xué)生主動建立起新舊知識之間的聯(lián)系。例如，在講解“電流的磁效應(yīng)”的時候，學(xué)生會自然而然地聯(lián)系到生活中常見的、熟知的磁鐵。對此，教師可以先從磁鐵有哪些特性入手，引導(dǎo)學(xué)生歸納特點(diǎn)，如可以吸引鐵制品，可以指示南北方向，會干擾小磁針，磁鐵的同極相斥而異極相吸，等等。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生制作一個電磁鐵，并嘗試驗(yàn)證其是否也可以產(chǎn)生同樣的磁現(xiàn)象。通過“類比”可以判斷電磁鐵有磁性，進(jìn)而再探究能夠讓電磁鐵產(chǎn)生磁性的根本原因，最終發(fā)現(xiàn)“通電導(dǎo)線有磁性”這一科學(xué)現(xiàn)象。這種以“類比”為中心進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計，打破了傳統(tǒng)的以“電流的磁效應(yīng)”科學(xué)知識的講授為中心的教學(xué)模式。以科學(xué)知識傳授為中心的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生記憶科學(xué)概念、規(guī)律、原理等陳述性知識內(nèi)容；而以習(xí)得科學(xué)方法為中心的教學(xué)，則更關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)，聚焦知識背后所賦予學(xué)生的能力。尤其對于低齡兒童而言，學(xué)習(xí)科學(xué)知識的核心目的并非熟記大量的科學(xué)知識，而是增強(qiáng)對科學(xué)的探索欲，生發(fā)對未知世界的好奇心，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法，掌握實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，為未來開展深入的科學(xué)研究奠定前期基礎(chǔ)。

三、融通式科學(xué)教育強(qiáng)調(diào)方法之間的遷移

科學(xué)原本就具有良好的先天優(yōu)勢，學(xué)生渴望探尋未知的天性可以在這門學(xué)科的學(xué)習(xí)中得到釋放。照本宣科的講授式教學(xué)抹殺了學(xué)生對科學(xué)探究的欲望，因此，科學(xué)教育需要引導(dǎo)學(xué)生在探究實(shí)踐活動中學(xué)習(xí)新的知識、習(xí)得新的方法、感悟科學(xué)的魅力。然而，教師對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的粗淺理解和草率處理，令本該熠熠生輝的科學(xué)實(shí)驗(yàn)變得黯淡無光，喪失了寶貴的育人價值。融通式科學(xué)教育強(qiáng)調(diào)“方法之間的遷移”，讓學(xué)生聯(lián)系自己的生活實(shí)際，將某種方法從一處遷移到另一處，從而體會方法的普遍適用性，提高解決實(shí)際問題的能力。例如，在學(xué)習(xí)“物質(zhì)由粒子構(gòu)成”時，教材中呈現(xiàn)了一個非常經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)—將少量的高錳酸鉀顆粒溶于水，吸取一部分溶液加入另外一杯清水中，以此類推，不斷稀釋溶液，而后利用逆推法判斷原溶液中的高錳酸鉀粒子數(shù)量巨大。傳統(tǒng)教學(xué)方式就是教師呈現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)步驟，指導(dǎo)學(xué)生小組合作完成實(shí)驗(yàn)并觀察現(xiàn)象后分析得出結(jié)論。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前并不明確實(shí)驗(yàn)的目的，全程被動地被教師牽著走，喪失了探究學(xué)習(xí)的主動性。其實(shí)，教師完全可以不呈現(xiàn)這個既定的實(shí)驗(yàn)，而是先拋出一個問題：“用什么方法可以證明一小勺高錳酸鉀顆粒里面存在大量的粒子？”學(xué)生為了回答這個問題，絞盡腦汁地尋找解決方案。當(dāng)學(xué)生提出將高錳酸鉀顆粒分割成更小的粉末時，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考：“如何將細(xì)小的粉末繼續(xù)分割？”引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活中用什么方法可以將白糖顆粒分割到肉眼無法觀察到的程度，學(xué)生自然而然地想到了溶解在水里。而后，教師可順勢讓學(xué)生回憶生活中自己涮洗毛筆的過程，想一想能否把用瓶子涮洗毛筆的方法遷移到這個實(shí)驗(yàn)中。在教師的循循善誘下，學(xué)生通過交流討論，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，最終提出趨近于教材的實(shí)驗(yàn)步驟。這個思維漸進(jìn)的過程是傳統(tǒng)教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生不僅通過一個實(shí)驗(yàn)來理解科學(xué)現(xiàn)象，還經(jīng)歷了設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證假設(shè)的過程，從而提升了運(yùn)用已有知識和生活經(jīng)驗(yàn)解決新問題的能力。

四、融通式科學(xué)教育關(guān)注事物之間的聯(lián)系

科學(xué)教育內(nèi)容豐富多樣、包羅萬象，涵蓋了物理、化學(xué)、生物學(xué)、天文、地理、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科知識。而這些知識往往都是以碎片化的形式呈現(xiàn)的，不成體系。科學(xué)教育需要引導(dǎo)學(xué)生尋找學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)，探尋事物之間的聯(lián)系，體會蘊(yùn)含其中的規(guī)律。在對事物之間的區(qū)別和聯(lián)系有了深刻認(rèn)識的基礎(chǔ)上，學(xué)生將提升透過現(xiàn)象看本質(zhì)的分析能力。例如，在學(xué)習(xí)“酸、堿溶液混合后的變化”時，教材中提供的方式是向堿性溶液中不斷加入酸性溶液，并實(shí)時檢測溶液的酸堿性來說明“加入酸性溶液會使原溶液的堿性減弱”。盡管傳統(tǒng)教學(xué)方式比較直觀，卻無法引起學(xué)生深入思考。通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生只能記住一個科學(xué)事實(shí)，卻無法發(fā)展科學(xué)思維?？茖W(xué)的學(xué)習(xí)并不是僅僅通過展示一個又一個實(shí)驗(yàn)來反映客觀規(guī)律，而應(yīng)體現(xiàn)出其獨(dú)特的“預(yù)見性”價值，即對客觀事物發(fā)展趨勢做出有根據(jù)的論斷，并指向未來必然結(jié)果。針對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，教師完全可以另辟蹊徑，一改直觀演示實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)方式，而著眼于科學(xué)規(guī)律的探尋。教師可先呈現(xiàn)前一節(jié)課所學(xué)的“pH標(biāo)度”，引導(dǎo)學(xué)生尋找其與數(shù)軸之間的關(guān)聯(lián)。學(xué)生把二者進(jìn)行全面深入的比較分析，找出二者之間存在的密切聯(lián)系（見圖1、表1），歸納出二者之間的共通性—數(shù)軸上的正、負(fù)數(shù)相互“抵消”的思想與pH標(biāo)度上酸、堿溶液混合的“中和”現(xiàn)象高度契合，從而借助數(shù)軸來推斷等量的不同pH酸、堿溶液混合后的酸堿性，再通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假設(shè)正確與否。通過這一案例，學(xué)生提升了尋找事物之間聯(lián)系的能力，發(fā)展了聯(lián)想的思維能力。

表1 數(shù)軸與pH標(biāo)度之間的聯(lián)系

關(guān)聯(lián)性 數(shù)軸 pH標(biāo)度

關(guān)聯(lián)點(diǎn)1 中間的數(shù)字為“0” 中間的數(shù)字為“7”（中性）

關(guān)聯(lián)點(diǎn)2 從左往右數(shù)值逐漸增大 從左往右數(shù)值逐漸增大

關(guān)聯(lián)點(diǎn)3 從0向右側(cè)（正數(shù)方向）延伸，表示數(shù)字的值越來越大 從7向右側(cè)（堿性區(qū)域）延伸，表示堿性越來越強(qiáng)

關(guān)聯(lián)點(diǎn)4 從0向左側(cè)（負(fù)數(shù)方向）延伸，表示數(shù)字的值越來越小 從7向左側(cè)（酸性區(qū)域）延伸，表示酸性越來越強(qiáng)

五、融通式科學(xué)教育有利于實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

在教育領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)關(guān)注“促進(jìn)高階思維的發(fā)展”，更強(qiáng)調(diào)批判性理解、抽象事物本質(zhì)、重構(gòu)原有認(rèn)知、遷移與運(yùn)用等。融通式科學(xué)教育將知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為能力提升，注重培養(yǎng)學(xué)生分析、綜合、歸納和總結(jié)的能力。在面對實(shí)際生活中的真實(shí)問題時，人腦總是需要從各個學(xué)科存儲單元中檢索、篩選、判斷出有用的知識信息，再將這些信息整合起來加以運(yùn)用，從而解決實(shí)際問題（見圖2）。傳統(tǒng)的教學(xué)更強(qiáng)調(diào)如何將學(xué)科知識以結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化方式輸入人腦固定的學(xué)科單元中加以存儲，并輔以強(qiáng)化訓(xùn)練鞏固加強(qiáng)記憶。而靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜的實(shí)際問題，則需要學(xué)生具有篩選和重組多學(xué)科知識的能力。因此，科學(xué)教育需要教師采取多樣化教學(xué)策略以促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

圖2 人腦調(diào)取有用知識解決實(shí)際問題的過程

1. 基于課程標(biāo)準(zhǔn)，批判借鑒教材

傳統(tǒng)教學(xué)往往采用照本宣科的方式，完全依照教材內(nèi)容實(shí)施教學(xué)。但教材只是為課堂教學(xué)達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)的要求所提供的一種可能實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容參考，教材的編寫順序是按照材料內(nèi)容的相互聯(lián)系而組織起來的，并不一定符合教學(xué)活動的邏輯順序。因此，教師需要批判性借鑒教材，做必要的、適當(dāng)?shù)耐卣寡由?，根?jù)課堂教學(xué)的實(shí)際需要優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，才能促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。教學(xué)內(nèi)容的難易程度既要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，還要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。只有教學(xué)內(nèi)容適切，課堂教學(xué)才會有新的生長點(diǎn)，科學(xué)探究活動才有開展的價值。

2. 創(chuàng)設(shè)問題情境，產(chǎn)生認(rèn)知沖突

盡管科學(xué)課程本身具有吸引力，但平鋪直敘、生搬硬套的教學(xué)方式也會令學(xué)生感到枯燥乏味。教師需要通過創(chuàng)設(shè)問題情境，打破學(xué)生原有認(rèn)知，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的探索欲。當(dāng)學(xué)生看到匪夷所思的現(xiàn)象后，會先積極搜尋已有知識來解釋現(xiàn)象或解決問題。當(dāng)他們絞盡腦汁也無法應(yīng)對挑戰(zhàn)時，就出現(xiàn)了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，并產(chǎn)生積極的探尋意識，進(jìn)而更加主動獲取新知識來完善和重構(gòu)原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。這是促使學(xué)生從淺層思維活動走向深層思維活動的契機(jī)，能夠激發(fā)他們從低階思維到高階思維的躍遷。

3. 聯(lián)系生活實(shí)際，促進(jìn)遷移應(yīng)用

在傳統(tǒng)教學(xué)中，科學(xué)原理往往以專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中的典型實(shí)驗(yàn)來呈現(xiàn)，在教師講授知識后，學(xué)生通過相應(yīng)的習(xí)題來鞏固理解，并未將知識遷移到生活中，科學(xué)知識成了書本上的“死知識”。其實(shí)，科學(xué)規(guī)律或原理可以衍生出多種變式應(yīng)用，教師需要基于日常生活篩選出最有典型性和針對性的應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生分析其中蘊(yùn)含的科學(xué)原理，學(xué)以致用。例如，教師在講授“電流的磁效應(yīng)”后，學(xué)生并不能領(lǐng)悟到電磁效應(yīng)的價值。教師呈現(xiàn)“電磁起重機(jī)”工作視頻，讓學(xué)生對比磁鐵來分析電磁鐵的工作原理，學(xué)生才能夠體會“電磁鐵的磁性有無是可控的，磁性的強(qiáng)弱也是可調(diào)的”，這是電磁鐵的獨(dú)特優(yōu)勢，從而聯(lián)系到生活中更多利用電磁效應(yīng)工作的裝置，如磁懸浮列車、電動機(jī)、電磁彈射器等。

總之，融通式科學(xué)教育“不以知識學(xué)習(xí)為本位”，而倡導(dǎo)“以知識學(xué)習(xí)為載體”，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，特別強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生洞察事物之間聯(lián)系和運(yùn)用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的能力，從而促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。

責(zé)任編輯：趙繼瑩