基于深度学习的初中科学实验教学设计与实践

何珮羽

摘要：科学是一门以实验为基础的综合学科，实验离不开科学模型的建构，在创新实验的模型建构中逐步培养学生知识的迁移运用，自我反思能力。本文以浙教版初中科学八年级上册《电荷与电流》的复习为例，通过实验和模型的建构创新课堂教学实践，促进学生高阶思维的发展，实现深度学习。

关键词：深度学习;实验教学;电路;建模

一、对深度学习和实验教学在科学课堂的理解

深度学习是一种基于理解的学习，是学生以高阶思维发展和实际问题解决为目标，以整合知识为内容，积极主动地讲将新知识整合到原有认知结构中，并且能将已有图式迁移运用到新情境中的一种学习。[1]但它不仅是一种学习方式，更是引导学生深入理解并将所学知识加以应用甚至进行创造的教育理念。[2] 深度学习的主要载体是学习任务，是学生在教师带领下围绕着具有挑战性的任务开展的。对于科学的复习课来讲，要打破传统刷题，就要求教师必须设置新颖且具挑战性的任务，将科学知识充分整合，才能更好地激发学生的学习动机，激活学生思维，使其高阶思维能力充分得以发展，才能使学生从“浅层学习”真正过渡到“深度学习”。而实验教学就是一个良好的学习任务载体，在实验中提高学生的动手能力，激发学习兴趣与探究动机。

二、科学课堂深度学习的创新实验教学实践

1.创设情境——激发学生深度动机

教师首先通过电脑展示电影中经常会出现的拆弹情节，营造紧张氛围。同时拿出事先准备好的“炸弹”（如图1），“我已经把炸弹的警示灯点亮了，边缘全部密封，大家的任务是剪开炸弹，取得里面的白色密信。但不可暴力拆剪，选对一边剪，剪错了则拆弹失败，其中的蜂鸣器便会发出警报声”。随后组织小组展开讨论，观察连线，教师在此过程中引导：是否可以画出“炸弹”的电路图，来帮助厘清该电路的连接特点。

认识建构理论认为：“学习是一个积极主动的建构过程，学生不是被动地接受外在信息，而是根据已有图式主动和有选择性地知覺外在信息，建构当前意义的过程。”而在这过程中，学生的好奇内驱力是产生主动建构学习动机的首要条件，是其产生同化与顺应作用的动力来源。当教师在课堂中用实验模型创设一个与生活相关的情境时，学生会感到既熟悉又陌生，既新奇又有趣，从而激发出他们强烈的求知欲和探索精神。

一段时间后，教室里便会出现一部分小组剪错导线而发出的蜂鸣器警报声和另一部分小组拿出密信的兴奋状态。在强烈对比下，失败的小组会急于探究原因，教师便以其强烈的学习动机为契机，请成功小组代表上台结合电路图进行讲解，剖析其中的科学原理——用电器短路（部分电路短路）。

深度学习并不是从传递特定知识内容的教材开始，而是从揭示问题开始的。在深度学习中，学生围绕“该如何剪开导线，拿出密信”的问题，引出种种思考与解决方法，教师则可以根据结果判断他们此时“知道了什么”以及“做出了什么”。在小组合作实验中促进对知识的理解，在反思和讨论中提升高阶思维能力和语言表达能力，激发学习的深度动机。

2.分析表征——促进知识深度建构

以部分电路短路为引，自然过渡到请学生用手中的材料连接一个电路，使一个小灯泡发光。虽然这是在学习新课后的第一次动手连接实物电路，但对于思维处于快速发展阶段、接受能力较强的八年级学生来说可以又快又好地完成任务，并且清晰表述每个电路元件的作用，真正做到将所学知识运用到实际操作中。

同时，一部分小组的电路出现了故障，小灯泡不发光，教师配合图片分析电路的三种状态：通路、断路和电源短路。在过程中，重点详细表述电源短路的情况。

深度学习实质上是结构性与非结构性知识意义的建构过程，也是复杂的信息加工过程，须对已激活的先前知识和所获得的新知识进行有效和精细的深度加工。[3]也就是说：所谓的“学科教学”不仅意味着简单的知识量的上升，而且在作为综合基础学科的科学教学中应该是拥有独特价值的知识结构的积极建构，亦即科学素养的养成。在教学过程中需要教师全面分析教材、深入挖掘教材，整合教材内容，将孤立的知识点重新组合，通过实验模型，引导学生将知识以整合、情境化的方式储存在记忆中，建构自己的认知结构体系。

3.创新实验——突破重点深度理解

在创新实验的模型建构中培养学生的知识迁移运用的能力，本质上也是高阶思维的具体表征。在这节课中，笔者通过展示自制的小玩具（如图6），上面有两个led灯，但连接状态不尽相同，用纽扣电池作为电源，杯底有一个开关可以同时控制两个灯泡的亮暗，请学生小组讨论其电路连接方式，并模仿该线路搭建一个实物电路。实验教学在这过程中为八年级学生认知结构的主动建构和发展提供了非常直观的“脚手架”，与他们已有的电路串并联前概念产生联系，通过实验模型增强学生对知识的深度理解。

学生在过程中能够控制自身的学习，凭借自己的能力解决任务，并且经过这样的反复磨砺，能够认清这种学习的过程与成果，最终调控学习。[4]正体现了深度学习的“主体性学习”特点，在这过程中尤其强调的是教学初始阶段的“任务设定”与“预设”，以及教学终结阶段的“反思”。对于刚接触电路的八年级学生来说，串并联电路分析是一个重点，如何突破该重点，怎么让学生能够产生有意义学习？一是必须明确问题解决的过程：观察实验模型，描绘出电路图，连接实物电路;二是进行及时地反思：积极主动地把当下的实际操作同已有认知结构联系起来，加以概括化反思，建立有意义联结。所以在这阶段需要再给学生进行适当的练习加以强化巩固，真正达到突破重点，深度理解的目的。

4.开放生成——综合提升深度思维

就一些学生而言，业已知晓的、容易解答的问题有时不能引发他们绞尽脑汁，难以保障他们的深度学习。所以教师需要从传统的满足于学生“懂”和“会”的教学中摆脱出来，开展让班级全员或部分学生去挑战“不懂”与“不会”的教学，这才是促进学生真正的深度学习所需要的。

在前面所开展的动手实验中已有“一个开关控制一个灯泡的亮灭”、“一个开关控制两个灯泡的亮灭”，所以笔者自然地提出是否可以根据所给材料，让“两个开关分别控制两个灯泡的亮灭”？在此过程中，抛弃教师讲授中心的方法，改为学生小组之间的协同对话，思维碰撞。在这个问题抛出后，大部分学生表现出难以理解的状态，所以此时教师顺势生成两个新的问题，将以上问题改为“在过程中能否是一个开关控制一个灯泡，然后在此基础上用上所有提供的材料”和“能否分作两个要求：两个开关在闭合、打开过程中，电路中可以出现只有一个灯泡亮的情况和有两个灯泡亮的情况”？一共可以有几种连接方式？在实物材料的辅助下画出电路图，比赛哪个小组想到的方法最多。

根据课堂生成，去寻找学生知识的生长点。缜密、条理清晰的科学思维习惯，是提出问题、解决问题的关键，同样有助于提高学生的实验能力。因此，在小组代表上台画出本组的电路图后，请其他学生做出实物连接并进行判断和评价：如图中的第四幅电路图可以符合题目要求，但它存在开篇所说的电源短路危险，不可以将两个开关同时闭合，前后呼应。注重课堂生成的开放性，在综合应用中提升学生解决问题的高阶思维，促进思维的深度發展。

三、对深度学习理念下科学实验教学实践的反思

深度学习不仅强调学习中积极主动的学习状态、意义联结的学习内容、举一反三的学习方法，而且还强调高阶思维和复杂问题解决能力的提升。深度学习不仅关注学习结果，也重视学习状态和学习过程。[4]教学过程应该是“做”的过程，而实验是科学教学中不可或缺的主题。建构模型以实物、画图等形式来表达知识的本质特点，最显著特点是形象直观。在教学过程中通过实验建模，不仅有利于加深学生对所学知识的记忆理解，而且也有助于学生观察思维能力、创新能力和综合分析能力的培养。这就提醒教师在复习课中应该创设良好的情境，巧妙运用实验，将分散的知识整合，使高阶思维能力充分体现，才能促进学生深度学习。

参考文献：

[1][4]安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究[J].课程.教材.教法，2014（11）：57-62.

[2]谭顶良.深度学习是整体性的教育变革[J].江苏教育，2016（15）：19.

[3]钟启泉.深度学习：课堂转型的标识[J].全球教育展望，2021（01）：28.