指向深度學(xué)習(xí)的深度備課
——以浙教版初中“阿基米德原理”教學(xué)設(shè)計為例

方 濤

(浙江省杭州濱和中學(xué)，浙江 杭州 310051)

深度學(xué)習(xí)是一種基于高階思維發(fā)展的理解性學(xué)習(xí).黎加厚教授等認(rèn)為,深度學(xué)習(xí)是指在理解的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)者批判性地學(xué)習(xí)新思想和新知識,將它們與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)相融合,將眾多思想相互關(guān)聯(lián),將已有的知識遷移到新的情境中去,做出決策并解決問題的學(xué)習(xí).深度學(xué)習(xí)有利于促進學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用[1].然而,當(dāng)前的初中科學(xué)課堂教學(xué)中仍存在大量淺層學(xué)習(xí)現(xiàn)象,主要表現(xiàn)如下.

(1) 教師在備課時往往只是根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗確定教學(xué)起點,忽視學(xué)校與班級的個體差異性.

(2) 教師在上課時只是注重科學(xué)探究活動的形式,忽視了科學(xué)探究應(yīng)是由教師帶領(lǐng)學(xué)生進入知識發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的情境與過程中的實質(zhì).

(3) 教師在課后仍然通過以練代學(xué)的習(xí)題戰(zhàn)術(shù),強化學(xué)生對知識與規(guī)律的理解,忽視了知識與規(guī)律的生成過程.

因此,開展“指向深度學(xué)習(xí)”的教學(xué)實踐研究成為變革課堂教學(xué)的必然.然而,學(xué)生的深度學(xué)習(xí)并不能自然發(fā)生,要引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí),它需要促發(fā)條件,其先決條件是教師的深度備課[2].

下面,筆者以浙教版《科學(xué)》“阿基米德原理”深度備課為例,主要通過研究課標(biāo)、研究學(xué)生、研究教材教法來闡明初中科學(xué)深度備課的流程,給出指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計,提煉初中科學(xué)深度備課框架.

1 研究課標(biāo),是深度備課的起點

《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》是國家課程的綱領(lǐng)性文件,體現(xiàn)了國家對基礎(chǔ)教育課程的基本規(guī)范和質(zhì)量要求,是教材編寫、教學(xué)、評估和考試命題的依據(jù),所以在深度備課的過程中首要考慮課程標(biāo)準(zhǔn).

課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生“通過探究物體受到的浮力大小與哪些因素有關(guān)的實驗了解控制變量、歸納、演繹、建立模型等科學(xué)方法,增強科學(xué)探究的意識和能力”,“通過實驗認(rèn)識阿基米德原理和浮沉條件,并解釋生活和生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象”[3].課程標(biāo)準(zhǔn)指出這個主題核心在于通過實驗,增強學(xué)生科學(xué)探究的意識與能力.即要讓學(xué)生體會科學(xué)探究的“原始過程”,對于阿基米德原理這一節(jié)內(nèi)容而言,通過實驗檢驗不同的假設(shè),找準(zhǔn)問題生成點是本節(jié)課科學(xué)探究所要達(dá)成的目標(biāo)要領(lǐng).

在深度學(xué)習(xí)中,學(xué)生并不靜待接受知識,而是主動“進入”知識發(fā)現(xiàn)發(fā)展的過程,親身經(jīng)歷知識的形成和發(fā)展過程[4].“阿基米德原理”既是本節(jié)課的核心內(nèi)容,又是對液體壓力、壓強的延伸,更是學(xué)生主動“探索”、“發(fā)現(xiàn)”、“經(jīng)歷”知識與規(guī)律生成過程的有效載體.

2 研究學(xué)生,是深度備課的重點

研究學(xué)生旨在掌握教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生已有認(rèn)知之間的落差,這個落差即體現(xiàn)為備課時所確定的教學(xué)重難點.由于課堂教學(xué)已不再是學(xué)生獲取信息的唯一渠道,有些學(xué)生通過其他途徑或已基本掌握.因此難點不一定是重點,同一內(nèi)容對不同學(xué)校、不同班級是學(xué)習(xí)難點,但對另一些學(xué)校、班級卻不是,學(xué)習(xí)重點亦是如此.兩者的確定不能根據(jù)教師的經(jīng)驗或者教學(xué)參考資料“一錘定音”.因此,筆者在仔細(xì)研讀《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》與多版本教材的基礎(chǔ)上設(shè)計了對八年級學(xué)生“阿基米德原理”迷思概念調(diào)查問卷(如表1),對筆者所任教班級八年級學(xué)生進行施測,共發(fā)出問卷87份,回收85份,有效回收率達(dá)到97.7%.

表1 調(diào)查問卷

調(diào)查發(fā)現(xiàn)58.82%的學(xué)生認(rèn)為物體密度越小,受到浮力越大,也有29.41%的學(xué)生認(rèn)為物體密度越大,受到的浮力越大,僅有11.76%的學(xué)生認(rèn)為物體受到的浮力與物體的密度無關(guān),與液體的密度的有關(guān),說明大部分學(xué)生對于“物體密度還是液體密度會對其所受浮力產(chǎn)生影響”還搞不清楚;65.88%的學(xué)生認(rèn)為物體浸入深度越深、物體體積越大,其所受浮力浮力越大,17.65%的學(xué)生認(rèn)為物體浸入深度、物體體積與其所受浮力無關(guān),還有16.47%的學(xué)生認(rèn)為物體所受浮力與浸入深度有關(guān),與物體體積無關(guān)或者相反,這說明學(xué)生對于“物體浸入深度與物體體積對浮力的影響”還不明晰;70.58%的學(xué)生認(rèn)為同樣大小的鐵塊和木塊完全浸沒在水中,木塊的浮力大,因為松手后木塊會上浮,16.47%的學(xué)生認(rèn)為鐵塊的浮力大,還有12.94%的學(xué)生認(rèn)為一樣大,這說明大部分學(xué)生對于浮力的大小取決于排開液體的體積大小沒有概念;87.05%的學(xué)生認(rèn)為浮力的大小與水量的多少有關(guān),水越多,浮力越大;69.41%的學(xué)生認(rèn)為物體受到的浮力與排開液體的重力無關(guān).

通過數(shù)據(jù)分析,確定了學(xué)生存在的迷思概念: (1) 浸入深度越深的物體受到的浮力越大; (2) 體積小的物體受到的浮力小,體積大的受到的浮力大; (3) 物體密度越大,所受浮力越大; (4) 水越多,物體受到的浮力越大; (5) 同樣大小的鐵塊和木塊完全浸沒在水中,木塊所受的浮力大,因為木塊會漂起來.

3 研究教材,是深度備課的難點

教材研究包括對教材和教法的研究.簡言之,研究教材就是在研究課標(biāo)與學(xué)生的基礎(chǔ)上,分析具體教學(xué)內(nèi)容,以期形成既符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律,又符合學(xué)科教學(xué)規(guī)律,體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科特點的教學(xué)設(shè)計方案的必要過程.

3.1 教材探究活動分析

浙教版八年級《科學(xué)》對“阿基米德原理”教學(xué)按如下步驟展開.

圖1

(1) 根據(jù)生活經(jīng)驗,利用如圖1所示的器材,以小組為單位,定性研究浮力的大小跟物體排開水的多少的關(guān)系.

(2) 和組內(nèi)學(xué)生討論:

① 要定量研究水的浮力大小與物體排開水的多少的關(guān)系,需要做什么?

② 圖2中,量筒和溢杯在你的研究中有什么用?

③ 實驗中需要直接測量哪些量?

(3) 進行實驗,并把實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中.

(4) 分析實驗數(shù)據(jù),得出實驗結(jié)論.

評析:這個實驗操作簡單,現(xiàn)象明顯,可以準(zhǔn)確得出科學(xué)結(jié)論.但是在教學(xué)過程中,若教師只是以獲得科學(xué)結(jié)論為目的,則該實驗會對學(xué)生造成明顯的認(rèn)知障礙.

① 為什么要研究“物體所受浮力”與“排開液體重力”之間的關(guān)系?即問題提出的起點在哪里?

② 該實驗采用裝滿水的溢杯,通過測量溢出水的重力進而得出排開液體的重力,容易讓學(xué)生對“G排開”與“G排出”產(chǎn)生混淆,產(chǎn)生“浸在液體里的物體所受浮力是否由排出液體的重力決定?”的困惑.

③ 由于是將溢杯中的水排出,所以學(xué)生容易產(chǎn)生“物體所受浮力與容器中液體的重力有關(guān)”的誤解.

3.2 常見教法學(xué)法分析

圖3

針對以上3個問題,教師們在教學(xué)過程中通常作如下處理.

3.2.1 定性探究影響浮力大小的因素教學(xué)片段

師:在如圖3所示的活動中,用手將塑料瓶浸入水中,你有什么感覺?水槽中的水發(fā)生了什么變化?

生:感覺瓶子向上頂,水槽水面會上升.

師:瓶子向上頂說明了什么?水槽中的水面為什么會上升?

生:瓶子向上頂說明瓶子受到水向上的浮力.水面會上升是因為瓶子浸入水中后,會排開一部分水.

師:對此你認(rèn)為浮力的大小可能跟什么因素有關(guān)呢?

生:浮力的大小跟物體排開液體的多少有一定的聯(lián)系.

評析:此種處理方式看似合理,實則更多體現(xiàn)教師教學(xué)預(yù)設(shè),在實際教學(xué)中學(xué)生完全可以提出更多假設(shè),如筆者在前文中所述學(xué)生存在的迷思概念:“物體浸入液體中越深,物體受到的浮力越大”,從而提出“浮力的大小跟物體浸入液體的深度有關(guān)”的假設(shè).但有時教師為了完成教學(xué)任務(wù),對學(xué)生的困惑并沒有及時反饋.而深度學(xué)習(xí)的目的在于使學(xué)生能夠作為主體“參與”(雖然只是簡約地、模擬地參與到)人類的偉大歷史實踐中[5].因此,無論從本節(jié)內(nèi)容的科學(xué)探究目標(biāo):通過實驗檢驗不同的假設(shè),找準(zhǔn)問題生成點,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的原始過程,還是深度學(xué)習(xí)的過程來看,此種處理方式都存在不妥之處.

3.2.2 強化對阿基米德原理理解的教學(xué)片段

很多教師在得出F浮=G排液=ρ液gV排結(jié)論后,通常會向?qū)W生強調(diào).

① 公式中的ρ液是液體的密度,而不是浸入液體的物體的密度.

② 公式中的V排是物體浸入液體時排開液體的體積,而不是液體的總體積,也不是物體的體積.

③ 浮力只跟物體排開液體受到的重力有關(guān),而與其他因素?zé)o關(guān).

評析:從F浮=G排液=ρ液gV排公式中,的確可以獲得以上3點理解.但仔細(xì)推敲,這種方式存在欺騙性,從一開始建立假設(shè)環(huán)節(jié)就研究“浮力大小跟物體排開液體多少的關(guān)系”,已經(jīng)“人為”的否定了其他因素,最后所獲得的結(jié)論自然是與其他因素?zé)o關(guān)的,且此種教學(xué)方式帶有“灌輸”色彩.而深度學(xué)習(xí)的特征之一即情感和行為的高投入,但在這種情況下學(xué)生只是機械的淺層學(xué)習(xí).

3.2.3 課后補償迷思概念的教學(xué)片段

部分教師在新課教學(xué)后察覺到學(xué)生存在“物體所受浮力與液體重力之間是否有關(guān)”的困惑,所以通過實驗(如圖4)進行補償教學(xué),實驗步驟如下.

圖4

① 用量筒量取一定量的水(加紅墨水),記為V1.

② 用彈簧測力計測出集氣瓶的重,記為G.

③ 將集氣瓶放入燒杯中,并將量筒中的水沿著間隙慢慢倒入燒杯中,直至集氣瓶在燒杯中浮起來.

④ 測出剩余水的體積為V2.

⑤ 計算倒入水的重力G水=ρ水g(V1-V2),比較G和G水,當(dāng)G>G水時,說明水對浸在其中的物體能產(chǎn)生比自身重力更大的浮力.

評析:此種教學(xué)方式,看似可取得較“好”的效果,學(xué)生對于“浮力只跟物體排開液體受到的重力有關(guān),與液體重力無關(guān)”有了更“好”的理解.但學(xué)生實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的高投入狀態(tài)一般出現(xiàn)在課堂教學(xué)中,所以從教學(xué)過程來看,此種方式屬于亡羊補牢.此外,由于“首因效應(yīng)”,在前面的教學(xué)中部分學(xué)生已形成錯誤的認(rèn)識,需要花費較大精力幫助學(xué)生重新建構(gòu)認(rèn)知.

3.3 多版本教材借鑒分析

不同版本教材對“阿基米德原理”學(xué)習(xí)活動設(shè)計是不同的,通過分析各版本教材中的活動,不僅能使教師更好地理解教材設(shè)計的意圖,還能相互借鑒設(shè)計出更加貼近學(xué)生生活經(jīng)驗的學(xué)習(xí)情境,選擇更加符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方式.

因此,筆者借鑒分析了人教版、滬科版、北師大版教材,整理了三者呈現(xiàn)阿基米德原理的知識序(表2)和“浸在”與“排開”的關(guān)系(表3).

表2 關(guān)于知識序的對比

在3個版本的教材中,人教版和滬科版教材對阿基米德進行了介紹,但北師大版未提及.科學(xué)史的呈現(xiàn)可以讓學(xué)生感受科學(xué)探究的過程,因此在課堂上重現(xiàn)簡約的、模擬的參與過程,可以使學(xué)生體會科學(xué)探究的精神,也可以實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的體驗.

表3 關(guān)于處理“浸在”與“排開”的關(guān)系對比

從“物體浸在液體中的體積”到“物體排開液體的體積”再到“物體排開液體的重力”的轉(zhuǎn)換是學(xué)生理解的難點.浮力的大小又為什么與排開液體的重力之間有關(guān)系?這都是學(xué)生即使有數(shù)據(jù)支撐,但還是難以理解的地方.因此,在教學(xué)過程中,教師必須處理好其中的教學(xué)邏輯,但是就教材的安排來看,無論是浙教版還是人教版、滬科版、北師大版都存在邏輯斷點.這也成為筆者深度備課時期望攻破的重點.

4 指向深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計

在深度學(xué)習(xí)中,提倡學(xué)生以高投入狀態(tài)“進入”知識發(fā)現(xiàn)發(fā)展的過程,“親歷”知識形成和發(fā)展過程.基于上述分析,筆者在教學(xué)實踐過程中,設(shè)計“阿基米德原理”教學(xué)片段如下.

4.1 定性探究

① 提出問題、建立假設(shè)

師:浮力大小與什么有關(guān)系呢?你有什么猜想?說明你提出猜想的依據(jù).

生1:船運載貨物的多少與船的大小有關(guān),所以我猜想浮力與物體的體積有關(guān).

生2:木頭能漂在水面上,鐵塊會沉入水底,所以我猜想浮力與物體的密度有關(guān).

生3:塑料瓶從水面壓入水下時,物體越向下壓,人越費勁,所以我猜想浮力與物體浸入液體深度有關(guān).

生4:液體對物體產(chǎn)生浮力,所以我猜想浮力與液體密度有關(guān).

意圖:讓學(xué)生進行有根據(jù)的猜想與假設(shè),根據(jù)自己的困惑和需求,積極主動地進行自我導(dǎo)向性的學(xué)習(xí),達(dá)到深度學(xué)習(xí)的預(yù)熱狀態(tài).

② 設(shè)計實驗、獲得結(jié)論

師:根據(jù)上面的猜想,確定小組要探究的問題,并用下面的器材,設(shè)計實驗進行探究.

(實驗器材:體積相等的銅塊、鐵塊、鋁塊,較大的鐵塊、純水、濃鹽水、彈簧秤、細(xì)線,如圖5)

圖5

生:小組討論,設(shè)計實驗,完成實驗.

師:從上面的實驗表明,浮力的大小與物體浸在液體中的體積和液體的密度有關(guān),與物體的密度、物體的體積、物體浸在液體中的深度無關(guān).

意圖:根據(jù)以上猜想,提供多種物體(體積相同的鐵塊和銅塊,較大的鐵塊)和不同密度的液體(水和濃鹽水)由學(xué)生設(shè)計實驗、自主探究,讓學(xué)生有意識地運用控制變量法,體驗檢驗假設(shè)的過程,在這個過程中,根據(jù)布魯姆目標(biāo)分類學(xué),學(xué)生經(jīng)過分析、綜合等高階思維活動來設(shè)計實驗,最終得到浮力與浸在液體中物體的體積有關(guān),與物體的密度無關(guān)的結(jié)論,使學(xué)生進入深度學(xué)習(xí)狀態(tài).

4.2 理性探究

師:用彈簧測力計吊起一只裝滿水的氣球(袋內(nèi)不留空氣),觀察彈簧測力計示數(shù)?

把這只氣球逐漸浸入水中,彈簧測力計示數(shù)如何變化?

當(dāng)這袋水完完全浸沒時受到的浮力是多大?

你從這個實驗中得到了什么啟示?

師:如果把氣球中的水換成相同體積的固體,由前面得到的結(jié)論,水對固體的作用和對氣球中水的作用是一樣的.即固體所受浮力等于固體排開的水所受到的重力.

圖7

意圖:在定量探究“阿基米德原理”之前,采用了先定性探究,再理性探究的設(shè)計方式.為了讓學(xué)生體會到浸在液體里的物體受到的浮力等于物體排開液體受到的重力,專門設(shè)計了裝滿水的塑料袋實驗,用替代法從理論的角度闡明相同體積的固體所受到的浮力與裝滿水的塑料袋所受到的浮力相同,并且都等于裝滿水的塑料袋所受到的重力,為溢水法做好鋪墊.

4.3 定量驗證

有了對前面實驗假設(shè)的充分論證以及對浮力等于排開液體所受重力的理論探究,接下來就可以利用教材中圖2中的裝置定量驗證阿基米德原理.讓學(xué)生自主設(shè)計并完成實驗,學(xué)生也可以更好的理解量筒和溢杯在研究中的作用.

意圖:從整體來看,筆者引導(dǎo)學(xué)生圍繞3個探究活動:活動1.定性探究浮力大小影響因素.活動2.理性探究阿基米德原理.活動3.定量探究阿基米德原理.完成前一個活動是完成后一個活動的基礎(chǔ),由易至難,配合模型輔助,調(diào)動學(xué)生高階思維解決問題.筆者認(rèn)為,在高投入狀態(tài)下的深度體驗式問題解決過程給學(xué)生帶來的影響,是深刻而持久的.

結(jié)語：綜合上述備課分析實踐,擬構(gòu)建了指向深度學(xué)習(xí)的深度備課框架如圖8所示.

圖8 深度備課框架

在深度學(xué)習(xí)中,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,教師是引導(dǎo)者而非學(xué)生學(xué)習(xí)的替代者.教師通過深度研究課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生和教材教法,將課程資源轉(zhuǎn)化為學(xué)生可操作的具體教學(xué)材料.這個過程正是指向深度學(xué)習(xí)的深度備課,其最終目標(biāo)是期望學(xué)生能在探究活動中積極主動地破除迷思概念,親歷科學(xué)探究過程,體驗知識與規(guī)律的生成,達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的.