促進深度學習的初中科學教學實踐研究

摘要：文章以“酶的催化作用”為例，通過分析教材內(nèi)容、知識技能目標及核心素養(yǎng)目標，并結合學生的學情，通過問題引導、任務驅動的模式，探討了如何構建更富有啟發(fā)性和參與性的初中科學教學，促使學生在探究過程中進行深度學習，達成知識目標的同時也能夠提升探究能力、小組合作能力及分析解決問題能力等學科核心素養(yǎng)，旨在為教育實踐提供新的思路和方法。

關鍵詞：深度學習；初中科學探究；問題鏈；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G63文獻標識碼：A文章編號：1673-8918（2024）33-0038-04

深度學習，作為一種教育方法論，強調(diào)對知識的深入理解和應用，而不僅僅是表面的記憶和重復。與傳統(tǒng)的教學方法相比，它更注重學習過程中的思維深度和質(zhì)量。深度學習的特點包括對學習內(nèi)容的深層處理、對知識的整合和轉移以及自主學習的能力。深層處理意味著學生不僅理解事物的表面特征，而且掌握其底層原理和結構。知識整合則涉及將新知識與已有知識結合起來，形成更加豐富和多維的認知結構。知識轉移的能力使學生能將所學應用于不同的情境和問題中，展現(xiàn)了學習的靈活性和適用性。此外，自主學習能力的提升也是深度學習的一個重要方面，它促進學生主動尋求知識、自我驅動和終身學習。

隨著深度學習的興起，教師的角色已經(jīng)從僅僅是知識的傳授者，演變成一個指導者、合作伙伴，通過提供有效的資源、技能以及指點，來幫助學生搭建良性的思維模式，喚醒其求知的熱情與求新的動力。通過這種方式，學生能夠在一個鼓勵創(chuàng)新和批判性思維的環(huán)境中成長，為未來的學習和職業(yè)生涯打下堅實的基礎。

一、 核心素養(yǎng)視域下，基于深度學習理論的探究教學準備

（一）分析教材

教材的閱讀與理解對老師的授課至關重要，它不僅僅可以幫助老師更有效地傳授知識，還可以為學生提供一個更加全面、有效的視角，從而使他們更容易掌握新的技巧。因此，老師應該仔細閱讀、理解并熟練運用這些資料，從而構建一堂有效的深入探究式的課堂。如：“酶的催化作用”，本節(jié)課是浙教版九年級上冊《科學》第四章第2節(jié)第3課時的內(nèi)容。在本課時學生們將從消化器官、消化液的基本概念出發(fā)，深入探討消化酶的重要性，并從淺入深地進行學習。教材通過實驗和學生活動，讓學生們更加清楚地了解到唾液可以有效地促進淀粉的分解，而且這種酶的催化效率也會隨著溫度的變化而變化。根據(jù)這一課程的特點，教師可以制訂一系列逐步深入的任務，以便更好地幫助學生掌握科學探究的技能，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

（二）制訂教學目標

通過研究新課程標準，從核心素養(yǎng)層面制訂（科學觀念、科學思維、實踐探究及態(tài)度責任）四維目標。“酶的催化作用”教學目標分析如表1所示：

（三）分析學情，確定教學重、難點

“學情分析”旨在通過深入探究學生的日常生活背景、豐富的知識積累，以及他們的特殊需求，來構筑一個精準的課程，從而使課程的內(nèi)容與實際需求完美契合，使得課程的教學更加精準、實用，從而提升課堂的整體質(zhì)量。“酶的催化作用”學情分析如表2所示：

二、 核心素養(yǎng)視域下，基于深度學習理論的探究式教學過程

根據(jù)學習理論，學生的各種能力的發(fā)展與他們在學習過程中的行為密切相關。使學生經(jīng)歷科學概念、規(guī)律的形成過程是培養(yǎng)學生科學探究能力的重要途徑。通過自主探索和實踐，學生們可以更好地掌握新知識，這種探索過程是在老師的指點下有目的、有計劃地運用科學儀器、設備等工具，在人為控制條件下，使物理現(xiàn)象反復再現(xiàn)，從而進行認真觀測、獲取大量資料的一種研究方法。通過實驗能讓學生在有限的時間內(nèi)經(jīng)歷科學規(guī)律的探究過程，有效培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新、交流反思、敏銳觀察等能力，促進學生形成物理觀念，發(fā)展科學思維，培養(yǎng)實事求是、持之以恒的科學態(tài)度。

課堂探究任務的設計要基于學生的學情，并以教學目標為中心，從教學重點和教學難點兩個維度設計有遞進關系的問題鏈和具有挑戰(zhàn)性的探究任務，引導學生思考、分析給定的問題，進一步完成探究任務。在層層遞進、環(huán)環(huán)相扣的學習活動中逐漸掌握教學重點、理解教學難點，實現(xiàn)思維上由淺入深，保證深度學習順利發(fā)生并持續(xù)進行。“酶的催化作用”課堂學習活動設計如下：

（一）創(chuàng)設情境問題，驅動學生“卷入”探究

環(huán)節(jié)一：酶的催化作用

引入：早上我們在咀嚼饅頭（淀粉）的過程中會越嚼越甜，這是什么原因造成的呢？

學生猜想：唾液可能含有一種新物質(zhì)，它能與淀粉發(fā)生相互作用。

閱讀科學史：巴斯德認為：酶是一種有效的物質(zhì)，存在于生命體中，能分解食物，當這種物質(zhì)離開生命體后，功能就會消失。

問題1：你是否贊同巴斯德的觀點？

學生猜想：即使在活力物質(zhì)離開生命體之后，他們?nèi)匀荒馨l(fā)揮功效。

師：我們可以通過研究唾液在體外能否分解淀粉，來探究活力物質(zhì)離開生命體后是否仍然能發(fā)揮作用。

任務一：探究唾液是否能在體外分解淀粉

問題2：你如何證明淀粉已經(jīng)被唾液分解？如何驗證淀粉的存在？

（學生小組交流、匯報實驗方案，組間評價實驗方案）

【學生小組實驗】

問題3：經(jīng)過實驗證明之后，巴斯德的觀點是否正確？如果有不同看法，你對該觀點如何進行修正？

設計意圖：借助于學生的日常經(jīng)歷，深刻理解酶的發(fā)現(xiàn)歷史，喚醒他們對此領域的熱情，并運用團隊協(xié)作、科學性的實驗方案，證明唾液具分解淀粉的能力。

問題4：唾液在分解淀粉的過程中起到了什么作用？

學生猜想：1. 唾液可能是一種反應物，參與了化學反應；

2. 唾液可能是一種催化劑。

問題5：如何通過實驗的方法檢驗唾液是催化劑還是反應物呢？

生：如果是反應物，唾液中的活性物質(zhì)將會被完全消耗，但如果是催化劑，則不會有任何損失，可以再利用。

【學生小組實驗】某小組學生將淀粉和碘液的混合液倒入含有唾液的燒杯中，振蕩，觀察藍色是否褪去。之后再將該燒杯傳遞給下一小組，繼續(xù)倒入淀粉與碘液的混合物，經(jīng)各小組重復實驗，檢驗唾液是否能繼續(xù)分解淀粉。

總結：通過大量實驗，科學家證實，唾液中的確存在一種活力物質(zhì)，我們把它稱為酶，它是一種生物催化劑，絕大多數(shù)酶都屬于蛋白質(zhì)類物質(zhì)。

設計意圖：在于幫助學生深入理解唾液與淀粉之間的反應關系，并通過實驗設計和小組合作來探索這種關系。這樣，學生就可以更好地了解和建立酶的概念，理解其功能，并逐漸掌握它的應用。

環(huán)節(jié)二：酶催化作用的特點

問題1：請大家仔細閱讀科學史和課本145頁，觀察酶的命名方式，你發(fā)現(xiàn)了哪些有趣的結論？

設計意圖：本環(huán)節(jié)旨在讓學生深入了解酶的特性，以及它們在科學史上的命名，例如胃蛋白酶僅僅是用來分解蛋白質(zhì)的，這表明了酶具有獨特的功能，即酶的專一性。

【小資料】過氧化氫酶是一種存在于生物體內(nèi)的酶，它可促使H2O2分解，從而保護細胞免受H2O2的毒性侵害。

學生回顧已有知識可知，過氧化氫酶和二氧化錳都能分解過氧化氫，因此，接下去將通過實驗的方法對它們的催化效率進行比較分析。

【教師演示實驗：過氧化氫酶和二氧化錳催化分解雙氧水】

實驗時有哪些注意事項什么，如何控制？兩組實驗現(xiàn)象有何差異？說明了什么？

設計意圖：經(jīng)過對比分析，我們發(fā)現(xiàn)酶在催化雙氧水反應中表現(xiàn)優(yōu)異。因此，我們將以一種明確、形象的方法向學生展示酶的優(yōu)越特性，即酶的高效性，以便他們能夠理解酶的作用機制，并且能夠在今后的課堂中繼續(xù)深入地探索。

（二）巧設問題鏈引領，促進思維發(fā)展

基于深度學習的科學思維型課堂要求科學教師應始終秉承“以生為本”的教育理念，賦予學生知識探究者的身份，使其在自覺主動的思考和探究中，完成知識建構，實現(xiàn)科學思維的縱深發(fā)展。要達到這一目標，科學教師必須在新教學理念的指導下，精心設計教學活動，充分發(fā)揮問題鏈的引領價值，使得學生在層層遞進問題鏈的引導下高效完成知識、思維、能力等多重目標。

環(huán)節(jié)三：影響酶催化作用的因素

問題1：剛剛在大家做實驗的過程中，老師發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的現(xiàn)象：有部分同學在實驗過程中，始終用手握住燒試管下端，藍色褪去更快，你們認為可能是什么原因造成的呢？

任務二：探究溫度對酶催化作用的影響

【小組討論、設計實驗方案、展示實驗方案，組間評價方案】

【學生小組實驗：溫度對酶催化作用的影響】

問題2：你觀察到了什么現(xiàn)象？得出什么結論？

設計意圖：從實際出發(fā)，從課堂生成出發(fā)，利用課堂發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，順利過渡到對影響酶催化作用的因素的探究。引導學生通過小組討論、展示方案、教師試錯、組間評價、改進方案，并在此基礎上進行小組實驗、觀察現(xiàn)象、得出結論，讓學生從實驗設計、實驗優(yōu)化、方案評價、實驗操作、得出結論等多個角度培養(yǎng)學生的實驗探究能力和高階思維能力。

（三）巧借問題鏈，促進深度學習

深度學習視域下，科學思維型課堂構建的關鍵在于促進學生所學知識的內(nèi)化與遷移，使其在新的問題情境中，通過解決實際問題，實現(xiàn)所學知識的靈活應用?；诖耍跇嫿ǜ咧形锢硭季S型課堂時，教師應基于深度學習的內(nèi)涵，以生活化教學理念作為指導，設置生活化問題，引領學生在實際生活的情境中，通過科學推理、質(zhì)疑、論證等過程，實現(xiàn)物理知識的“學以致用”，并促進高階思維的發(fā)展。

問題3：我們把酶的催化效果稱為酶的活性，通過實驗發(fā)現(xiàn)低溫和高溫都能降低酶的活性。你有方法恢復酶的活性嗎？

學生猜想：將試管置于37℃水浴加熱，高溫組和低溫組的試管中溶液藍色都能褪去。

【教師演示實驗：將某組學生高溫組和低溫組的試管放入37℃環(huán)境中水浴加熱，發(fā)現(xiàn)高溫組藍色不褪去，低溫組藍色褪去，從而修正學生原有的猜想，得出高溫能使酶失活，低溫抑制酶的活性】

任務三：請在坐標圖中畫出酶的活性隨溫度變化的曲線。

（教師展示學生作品，學生交流評價）

問題4：由圖可知，你認為酶活性最強時的溫度是多少？你的依據(jù)是？如何通過實驗驗證？實驗中應觀察和比較什么？

設計意圖：教師通過進一步挖掘實驗中酶最適溫度進行探究，以及高溫、低溫對酶催化作用的不同影響，激發(fā)學生學習興趣和探究精神，提升學生下操作性定義的能力和探究能力。

環(huán)節(jié)四：酶與人類生活

人體各項生命活動離不開酶的參與。如果人缺乏某種酶、血清中酶含量升高或者酶不足時，就會發(fā)生代謝紊亂，甚至會引發(fā)疾病。

問題1：【展示多酶片】當人體缺乏消化酶時，醫(yī)生為什么建議服用多酶片？

問題2：為什么本品不宜用過熱的水或酸性物質(zhì)同時服用？

課后探究：探究酸堿性對酶催化作用的影響

總結：酶作為一種生物催化劑，具有高效性和專一性，然而活性卻受到溫度、pH等因素的影響，因此在實際應用中還存著一定的缺陷。2018年諾貝爾化學獎頒發(fā)給為酶的定向演化做出重要貢獻的科學家們，他們通過大量的實驗，使酶即使在環(huán)境不適宜的情況下也能發(fā)揮出高效性，使酶朝著人們的實際需求的方向進化。

設計意圖：本環(huán)節(jié)引入酶在生活中的應用，讓學生體會科學與生活實際相聯(lián)系，學會用所學的知識解釋現(xiàn)象，并能夠從生活中的發(fā)現(xiàn)、提出進一步可探究的問題。之后教師通過總結本節(jié)課的內(nèi)容，再次引用科學史，讓學生體會科學家對酶的研究還在不斷地發(fā)展之中。

三、 結論

展望未來，在教育領域繼續(xù)采納和發(fā)展深度學習的方法論將是一個重要的趨勢。隨著技術的進步和社會對多元化技能要求的提高，深度學習不僅有助于學生掌握專業(yè)知識，還能培養(yǎng)他們的批判性思維、創(chuàng)新能力和終身學習的習慣。這種教學方式的推廣和實施，特別是在如“酶的催化作用”等復雜科學概念的教學中的推廣和實施，預示著未來教育的轉型，將為培養(yǎng)能適應21世紀挑戰(zhàn)的學生打下堅實基礎。

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作者簡介：余曉軍（1982～），男，漢族，浙江杭州人，淳安縣汾口鎮(zhèn)初級中學，研究方向：初中科學教學。