基于深度學習的初中科學課堂教學重構

葉笛

摘? ?要 深度學習是落實核心素養的有效途徑，不僅促進高階思維的發展，還有利于提高解決實際問題的能力。傳統課堂教學無法促進學生進入深度學習，需要教師運用教學智慧優化課堂教學內容才能實現學生的深度學習。本文以初中科學“電流的磁效應”一課為例，深入剖析如何基于深度學習理論重構課堂教學的有效策略，為深度學習研究領域提供可以借鑒的課堂教學實踐經驗。

關鍵詞? 深度學習? 課堂教學? 科學教育

隨著課程改革的不斷深化，針對深度學習的研究已然成為教育發展的前沿和教育研究領域的熱點。何玲、黎加厚教授認為“深度學習是在理解的基礎上，學習者能夠批判地學習新思想和事實，并將它們融于原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習”[1]，并且認為“理解與批判、聯系與建構、遷移與應用”是深度學習的三大特點。而郭華教授則認為“深度學習是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程”[2]，著重強調教師的引導作用和學生全身心的投入狀態，同時更指明學習內容需要具有挑戰性。筆者認為，在學校教育領域中，大到“課程”，小到“課堂”，高品質的師生互動教學活動是促進學生深度學習的關鍵。本文以初中科學“電流的磁效應”一課為例，深入剖析如何重構課堂教學以促進深度學習。

一、基于課程標準，定位教學內容

“深度學習”不是“難度學習”。“難度”是針對學習者的接受能力而言，不同的學習者對同一個學習內容的感知存在差異。而“深度”則對立于“淺表”，是基于同一水平的學習內容深入挖掘其背后所暗含的隱性價值，促進高階思維的發展，便于學習者對知識的建構，最終實現遷移，達到“舉一反三”“活學活用”的學習效果。因此，促進深度學習的教學并不是一味地擴充知識容量和提高難度系數，而應基于課程標準，在符合學生年齡特點和認知水平的前提下確定適度、適量的教學內容。以（牛津上海版）初中《科學》七年級第一學期第九章“電力與電信”單元中的“電流的磁效應”一課為例（下同）。課程標準對本節課的要求為：“知道電流的磁效應及其應用”。因此，本節課教學目標的設定緊緊圍繞讓學生對電流磁效應這一現象有清晰的認識以及對其應用實例有所了解。不能隨意拓展延伸，比如探究影響電磁鐵磁性強弱的因素、傳授揭示電流方向與磁極之間關系的安培定則等內容。但是，可以增加日常生活中以電流磁效應為工作原理的應用實例，從而促進知識的遷移與應用;還可以增加“奧斯特發現電流磁效應的科學小故事”，以激勵學生們樹立敏銳觀察的科學研究意識。因此，只有以課程標準為基本準則才能對教學內容做精準的定位。

二、批判借鑒教材，優化教學內容

傳統教學往往采用照本宣科的方式，完全依照教材內容實施教學。然而，能夠真正促進學生深度學習的教學內容卻不僅限于教材。實質上，教材只是為課堂教學達到課程標準的要求提供了一種可能實施的教學內容參考。教材的編寫順序是按照材料的相互聯系而組織起來的，不一定符合教學活動的邏輯順序。因此，批判性借鑒教材，根據課堂教學的實際需要優化教學內容才能促進學生深度學習。“電流的磁效應”的核心知識點為：“通電導線有磁性”。教材的編排順序為：磁現象→電流的磁效應→電磁鐵構造→判斷通電電磁鐵有磁性→電磁門鈴的工作原理。看似合情合理的教學內容編排之中卻暗藏著諸多不合理因素，剖析其主要原因有以下幾個：首先，沒有充分考慮學生的原有認知基礎。以“磁現象”作為鋪墊引入“電流的磁效應”的編排方式，貌似順理成章，卻沒有充分考慮到學生的原有認知基礎，而是把他們的頭腦當成了“一張白紙”。實際上，對于七年級的學生而言，無論是從小學階段自然學科的學習中還是在日常的生活經驗中都對磁現象早已熟知，再從零起步介紹磁現象不僅顯得突兀更是多此一舉。由于缺少了必要的挑戰性，所以學生始終處于淺層學習，無法進入深度學習。其次，知識與活動之間的邏輯順序混亂。在闡述了電流磁效應現象的基礎上，教材中又引入了電磁鐵的構造等知識。而教材中承接電磁鐵的活動卻是“判斷通電電磁鐵有磁性”，明顯不符合邏輯。學生們已經明確了電磁鐵是電流磁效應實用化的產物，還要再判斷其是否有磁性，明顯是多此一舉。大有“為了開展活動而設計活動”之嫌，根本無法激發學生們的探究欲，更不用說進入深度學習了。最后，選取的應用實例缺乏代表性。每傳授一個新知識、新原理后，必定要聯系生活實際介紹一種應用實例已成為教材編排的慣例。教材中選取的應用實例是“電磁門鈴”，但在日常生活中其早已被悅耳的電子門鈴所替代，無法在生活中找到電磁門鈴的身影，離學生的生活實際相距甚遠，難以引起學生的探究熱情。實際上，應該針對電磁鐵的獨特優勢來尋找生活中的應用實例，才會讓應用實例更具針對性和典型性。

三、創設問題情境，產生認知沖突

課堂導入的方式多種多樣，什么樣的引入方式更有利于促進學生進入深度學習呢？教師應該創設情境以促使學生產生“認知沖突”，激發“問題意識”。講授“電流的磁效應”這節課時，筆者精心設計了一個有趣的探究“炒豆之謎”的情境——向學生拋出一個問題：“如果將大量的紅豆和綠豆放在一起炒，然后往盤子里一倒，有沒有可能紅豆和綠豆自然分開？”學生根據生活經驗判斷這是根本不可能發生的事。接下來，教師表演一個“小魔術”，就在學生們的眼前將紅豆和綠豆瞬間分成了兩堆。此時，學生驚訝于眼前不可思議的現象，困惑的同時立刻引發了積極的思考，激發了探尋其中奧秘的熱情。有學生留意到盤子中的綠豆在被倒入的瞬間，似乎有一種無形的力量把它們緊緊聚合在一起，而紅豆則四處散落開來。由此，他聯系到生活中的磁現象，推測可能老師提前做了手腳，在盤子底部安裝了磁鐵，又在綠豆中植入了鐵屑。于是，筆者順勢追問學生：“你打算用什么方法來驗證你的假設呢？”學生先用磁鐵來靠近綠豆來檢驗其中是否有鐵的成分。接著，又翻看盛放綠豆的盤子底部。結果發現：綠豆會被磁鐵吸引，說明里面藏有鐵的成分。但盤子底部卻沒有磁鐵而是一堆纏有銅導線的柱狀“小裝置”以及連接著的干電池。由此，學生推斷這些通電“小裝置”應該跟磁鐵一樣具有磁性。顯然，這個問題情境激發了學生的問題意識，促進了他們積極思考并聯系了自己原有知識來嘗試解決新的問題。在他們的頭腦中，經歷了檢索知識、收集信息、形成假設、邏輯推理等復雜的思維過程。因此，創設一個真實的有挑戰性的問題情境是將學生們引入深度學習的關鍵。

四、聯系原有知識，促進知識建構

課堂教學的師生互動過程中，始終是以一個接一個的問題所構成的“問題鏈”作為線索推動探究活動的深入開展。有價值的問題能夠引發學生深入思考，進入深度學習。在“電流的磁效應”教學中，學生已經用磁鐵檢驗出“炒豆之謎”中綠豆聚集在一起的原因，并推斷出通電“小裝置”有磁性的結論。此刻，如果教師順理成章地講解電流的磁效應原理，則又回到淺表學習層次的原點了。此時，筆者又布置一個更高層次的任務：大家能不能通過其他方式來證明通電“小裝置”具有磁性呢？盡管學生們絞盡腦汁尋找其他的證明方法，但總是跳不出固有思維定勢的束縛。此時，筆者并沒有直接告訴學生應該怎么做，而是引導他們重溫曾經學過的有關磁鐵與磁現象的相關知識。引導學生回憶：磁鐵會產生哪些磁現象？他們會調用頭腦中曾經學過的知識：磁鐵可以吸引鐵制品，磁鐵可以做成指南針指示南北方向，磁鐵有同極相斥、異極相吸的性質，磁鐵周圍的磁場還可以干擾小磁針等等。接下來，筆者引導學生們想辦法設計實驗方案來驗證通電“小裝置”也會產生與磁鐵相同的現象，就可以更充分證明它與磁鐵一樣具有磁性。此時，學生們茅塞頓開，通過聯想將已掌握的有關磁鐵的知識與新接觸的通電“小裝置”建立起聯系。學生們在無形之中體驗并運用了“類比研究法”：兩種事物具有的共性特征越多，它們的同質性越高。以“插敘式”呈現的磁現象知識比教材中將其安排在導入環節的方式顯得更有價值。它起到了幫助學生打開思路，建立新舊知識之間的聯系，體驗“類比法”開展研究的重要作用。對教學內容順序做如此處理，不僅有效避免了原教材中的邏輯順序混亂，還促進學生們體驗到為解決問題需要在頭腦中檢索原有知識的過程，實現了新舊知識的聯系與建構。

五、基于認知起點，揭示本質特征

在課堂教學中，學生的認知起點往往是在自己的親身經歷中所積累的經驗，這是他們進行知識建構和同化的認知基礎，而傳統的課堂教學起點卻是對科學知識或原理的講解。學生很難直接將其內化到自己原有的認知結構中，因此，就會產生機械記憶、死記硬背、生搬硬套的現象。如果教師將教學的起點設定在符合學生年齡特征的認知水平層面，則更有利于學生對新知識的理解并更快地將其融入到原有的認知結構中。在“電流的磁效應”這節課中，從教學導入到開展探究活動，始終基于學生的生活經驗逐步展開。學生通過一系列的探究活動證明了通電“小裝置”有磁性。對此，筆者再次拋出一個值得深思的問題：如果去除掉通電“小裝置”里的鐵芯，只把導線通電，還會有磁性嗎？同學們不假思索地回答：“肯定沒有磁性了”。這時，筆者則帶領學生以實驗的方式加以驗證。學生們驚訝地發現：原來只要導線通電就會干擾小磁針。立刻糾正了先前的錯誤認識，明確了通電導線有磁性是通電“小裝置”具有磁性的根本原因。接著，筆者再講解為了增強通電導線的磁性，人們才設計出了如“小裝置”一樣的電磁鐵。至此，學生們對電流的磁效應、電磁鐵才建立起準確、清晰、全面的認識。區別于傳統教學呈現順序，采用先以貼近學生們生活的通電“小裝置”來開展探究活動，在大家建立起通電“小裝置”有磁性的基礎上，揭示其中的本質原因是“通電導線有磁性”，最后再回過來講解通電“小裝置”即電磁鐵的構造。這樣的知識呈現順序的出發點是充分考慮學生的認知基礎，符合他們的認知規律。而直奔知識要點的傳統教學模式將學生作為被動的接受者，學生只能跟隨教師的意圖被牽著走。由于學生所學習的知識是間接經驗，是前人經過實踐積累而形成的理論，而學生卻沒有經歷發現的過程缺乏實踐體驗作為認知基礎，因此難以產生共鳴和全身心的投入。而如果教師轉變觀念，先站在學生的角度考慮，讓他們在創設的探究活動體驗中獲得一些初步的感悟，然后再引導學生深入剖析，透過現象看本質，將規律和原理從他們的體驗過程中提煉出來，他們會更加認同也會更加印象深刻。

六、聯系生活實際，促進遷移應用

針對某一個科學規律或原理可以衍生出多種變式應用。選擇哪個應用實例講解會更有啟發性，更有利于知識的遷移呢？這要針對所學習的知識內容選取最有典型性和針對性的應用實例。“電流的磁效應”一課，從眾多應用實例中選擇了“電磁起重機”。因為可以將其看作成一個巨型電磁鐵，便于學生在課堂上進行模擬體驗，有利于加深學生對電磁鐵優越性的理解。在介紹電磁鐵的結構后，拋出一個問題：相比永磁鐵而言，電磁鐵有哪些優越性？對此學生們將對電磁鐵和永磁鐵再做進一步的對比分析，找出它們之間的差異。其核心思想就是：只有深入分析事物之間的聯系與區別，找到共性與差異，才能更深刻地認識到事物的本質特征和獨特屬性。筆者引導學生觀看“電磁起重機工作”的視頻，指導學生模仿并嘗試用手中的電磁鐵完成將回形針分揀出來的任務，對比發現永磁鐵卻無法完成。最終，他們通過對比實驗總結出：“電磁鐵磁性的有和無是可以通過電流的通斷來控制的”這一特性。學生從中更深刻地領悟到電流磁效應的本質特征，加深了對電與磁之間關系的深刻理解。接著，筆者又引導學生從“電磁起重機工作”的視頻中歸納出：“電磁鐵的磁性大小也是可以調節的”又一特性。也為后續深入研究影響電磁鐵磁性強弱的因素埋下伏筆。正是選擇了“電磁起重機”這一典型應用實例，才促使學生們既利用了身邊已有實驗器材進行模擬實驗，又拓展延伸出更值得深入思考的其他問題。教學從一個知識點向更廣的范圍延伸開來，一個問題的解決引出了對下一個新問題的思考，深度學習則在這個過程中悄然發生著。

經過一系列的優化和改進，“電流的磁效應”這節課教學內容的邏輯順序變得更加合理，也更符合學生的認知規律，有利于促進學生的深度學習。由此可見，課堂教學的重構是實現深度學習的前提和基礎。廣大教師必須以深度學習理論為指導思想，從教學內容方式上進行轉變，才能優化教學活動以提升課堂教學的有效性，挖掘其內在的核心價值和作用，實現學生的深度學習。

參考文獻

[1] 何玲，黎加厚.促進學生深度學習[J].現代教學，2005（05）.

[2] 郭華.深度學習及其意義[J].課程·教材·教法，2016（11）.

【責任編輯? 郭振玲】