指向深度学习的科学教学范式的实践探索

指向深度学习的科学教学范式的实践探索

叶小忠

温州市藤桥中学 浙江省温州市 325019

【摘要】本文以浙教版七下第2章第4节《光和颜色》的第1课时为例，从“真实问题引入”、“真实问题解决”、“真实问题拓展”的三个教学阶段入手，介绍与阐述了指向深度学习的科学教学范式的设计与实施。

【关键词】 初中科学 深度学习 教学范式 实践探索

“深度学习”(deep learning)，就是指在真实复杂的情境中，学生运用所学的知识和技能解决实际问题，以发展学生的批判性思维、创新能力、合作精神和交往技能的认知策略。美国学者Eric Jensen 和LeAnn Nickelsen在《深度学习的7种有力策略》一书中提出了深度学习过程模式（如图1），以推动学生深度学习为目的，设计了7个环节^【1】。

图1 深度学习过程示意图

基于初中科学教学普遍存在浅层次学习，乃至虚假学习的现状，笔者建构了指向深度学习的科学教学基本范式^[2]（如图2）。

图2 基本范式与深度学习的关系

现以浙教版七下第2章第4节《光和颜色》的第1课时为例，介绍与阐述指向深度学习的科学教学范式的设计与实施。

一.聚焦核心的真实问题（真实问题引入阶段）

1.创设生活情境

课前活动：在晴天的正午，组织并带领学生到比较茂密的树林，实地观察树荫下的光斑的特点（可用相机记录），并让学生提出想要探究的问题。

活动1:展示交流学生记录的光斑特点及提出的问题。

其中学生提出的问题大致有：

问题①：为什么有些光斑是圆形的，有些光斑是不规则的形状？

问题②：为什么那些较小的圆形光斑比较暗？

问题③：哪些因素影响了光斑的形状与亮度？

2.提出核心问题

问题1（核心问题）：为什么树荫下的那些光斑是圆形的？

要解决问题①②③，关键在于要解决问题1；而要解决问题1，关键又在于要解决如下的2个子问题：

问题①：光是怎样传播的？

问题②：圆形光斑是什么？它是怎样形成的呢？

【设计意图：本环节从基于情境提出问题，到核心问题的引入，再到核心问题的分解，其有3个优点：①有利于激发学生的学习积极性；②有利于激活学生的先前知识，进而提升学生掌握科学核心知识的能力；③为后续的学习做好了铺垫。】

二. 知识建构和深加工（真实问题解决阶段）

1.自主建构新知识

问题2：光是怎样传播的？

活动2：演示实验：

（1）先在空气中喷适量烟雾，将一束激光射入装有水的玻璃容器（如图3，容器壁稍厚）观察光分别在空气、玻璃和水中的传播情况。

（2）往水里面加入海波溶液，此时水中光线如何传播？搅拌均 图3 实验情境

匀后，光线又如何传播？

【设计意图：将教材中光在空气、玻璃、水中传播情况的3个实验整合在上述的一个情境中完成，并创新性地增加了实验（2），这种可视化，对比鲜明的实验现象符学生的兴趣和期望，容易被选择为知觉的对象，并对其组织加工，有利于突破“光在均匀介质中沿直线传播”的教学难点，提高教学效率。】

活动3：生活中还有哪些事实或现象支持这一观点？光沿直线传播在生活中有哪些的应用呢？

若学生有困难，教师应适时地介入指导，如提供一些自然现象（如影子、日食、月食等）和生活应用（如步枪瞄准，工程技术人员用一束激光代替铅垂线等）以引发学生思考。

【设计意图：该活动有利于学生唤起学生原认知，有利于学生将前期获取的信息加以整合，以丰富学生的认知，也有利于学生自主解决核心的真实问题，同时也体现了实证和学以致用的科学思想。】

2.解决核心的真实问题（真实问题解决阶段）

问题3：圆形光斑是什么？它是怎样形成的呢？

为了解决树荫下的小圆形光斑形成的原因，引导学生做如下实验。

活动3（模拟实验）：分别按如下步骤操作，观察阳光在地面形成的光斑形状及其变化。

（1）将刻有不同形状的小孔（形状为三角形、正方形或菱形等，其大小约为1厘米）的硬纸片分别放在阳光下,离地约1米。

（2）将刻有正方形、大小约为5厘米的小孔硬纸片放在阳光下,离地相同的位置。

（3）另取一张硬纸片遮住步骤（2）中正方形大孔的一部分，让大孔逐渐变小。

通过活动你观察到什么？你得出了什么结论？

学生交流反馈后，得出了以下结论：地面上的圆形光斑就是太阳经过小孔而成的像。（当透光的小孔大到一定程度时，得到是与透光小孔形状相同的光斑，这就是为什么有些光斑是不规则的形状。）

【设计意图：旨在通过实验让学生认识到小孔成像现象…，以激发学生的学习兴趣，为学生自主解决核心问题提供事实证据和认知体验，促进知识的整合和深度加工。】

活动4（小组讨论）：请详细解释：为什么树荫下的光斑有些是圆形的。

学生解释过程中所表现出来的思维层次是不一样的。反馈时，教师可引导学生从如下三个问题反思：（1）树叶之间的空隙形状各异，为什么那些亮斑都是圆形呢？（2）树叶间的空隙比我们实验的小孔要大多，为什么还能小孔成像？（3）太阳是球形，为什么光斑是圆形？ 图4 成像示意图

同时也可引导学生用利用阳光通过树叶缝隙成像的模型（如图4）来加以解释。并展示“发生日偏食时，所形成许多奇异的月牙形的光斑”图片来进一步丰富学生的认识。

【设计意图：通过学生小组讨论、展示交流、评价反思树荫下光斑的成因，有利于学生进一步建构知识和知识转化，进而达到迁移应用，并实现对知识的深度加工，这样既有利于培养学生解决真实复杂问题的能力，又有利于培养学生协作与沟通、批判性思维等能力。】

三.迁移解决其他真实问题（真实问题拓展阶段）

活动5：在沙漠或海面上常能看到海市蜃楼现象。在炎热的夏天，当你乘坐的车辆行驶在被晒得很热的公路上时，突然看到远处的路面有一片水洼，水中倒映出周围的树木和车辆，可是当你靠近那里时，却发现水洼无影无踪了，你所看到的就是海市蜃楼的现象。

图5 海市蜃楼的成因

请结合以上文和图示，详细解释海市蜃楼的成因。

【设计意图：迁移应用所学的知识解释海市蜃楼的成因，它既是对学生学习效果的一种评价，又是对新知识的深化与拓展，同时通过“学以致用”这一环节，又有利于激发学生的学习动机，提升学生解决真实问题的能力。】

总之，本教学范式因基于深度学习的过程模式而有利于深度学习的真实发生。其中“激活学生原认知”贯穿教学的始终，是深度学习的基础；“获取深度加工知识”是深度学习的关键，它主要是通过“真实问题解决”来加以实现；而“学习评价”则是深度学习效果的“试金石”，它既可检查学生“获取深度加工知识”的效果，又可通过反思促进学生对知识的进一步获取及深度加工”，并通过“真实问题拓展”来实现这一目的。显然，“激活学生原认知”、“获取深度加工知识”和“学习评价”这三者之间相互关联，互相促进，以提升学生学会掌握学科核心知识、沟通与协作及批判性思维与解决问题的能力，进而培养学生的核心素养。

【参考文献】

【1】Eric Jensen,LeAnn Nickelsen.深度学习的7种有力策略【M】.温暖，译.上海：华东师范大学出版社.2010：12.

【2】谢杰妹.问题与任务：促进科学深度学习【M】.杭州：浙江教育出版社.2018：285.

【3】薛仕静.基于STEM教育理念的物理复习教学范式的实践与思考[J].物理教学,2019(3).

基金项目：2018年浙江省教科规划课题 “‘STEM教育+初中科学’实践应用研究”课题编号：2018SC117 （阶段性成果之一）

作者简介：

叶小忠，1977.10.21，男，浙江温州 浙江省温州市藤桥中学，高级教师，教科室主任，大学本科（物理学）,研究方向：初中科学有效教学及课程开发。