基于深度學習的小學科學探究活動策略

【摘要】本文以《光是怎樣傳播的》一課教學為例，論述小學科學課走向深度學習的探究活動策略，提出重構學習目標、重整意義聯(lián)結(jié)的學習素材、重塑思維進階的學習活動、重審批判建構的學習體驗，構建突出高階思維能力培養(yǎng)的深度學習課堂。

【關鍵詞】小學科學 探究活動 《光是怎樣傳播的》

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）25-0054-02

小學科學課堂教學中，以探究為核心的學習方式對于師生來說早已不陌生，但大多數(shù)學生的探究學習淺嘗輒止，不少教師的探究指導常常浮于表面。缺少“好評”、缺乏深度的科學探究活動，大體表現(xiàn)為教學目標缺立意、學習素材缺聯(lián)結(jié)、學習活動缺進階、學習體驗缺批判。如何在小學科學探究活動中實現(xiàn)深度學習，是值得我們探討的一個問題。下面，筆者以教科版五年級上冊《光是怎樣傳播的》一課教學為例，談一談小學科學課實現(xiàn)深度學習的教學策略。

一、厘清內(nèi)容，重構學習目標

科學學習活動的目的是什么？《科學教育的原則和大概念》一書提到：“科學教育的目標不是去獲得一堆由事實和理論堆砌的知識，而應是實現(xiàn)一個趨向于核心概念的進展過程，這樣做有助于學生理解與他們生活相關的事件和現(xiàn)象。”在教學中，如果教師僅僅聚焦顯性的、具體的科學概念，很難引導學生形成對世界的整體認識。

在以往的教學中，《光是怎樣傳播的》一課學習目標常常定位于“光是直線傳播的”這一具體概念上。然而，基于深度學習的小學科學探究活動設計，本課學習目標應側(cè)重于“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構成的”，這一核心概念與物質(zhì)的本質(zhì)屬性有關。也就是說，該課的學習目標應定位于“光的波粒二象性”，即“光能像波一樣向前傳播，有時又表現(xiàn)出微粒的特征”。這需要教師重新審視、厘清學習內(nèi)容，把握學習內(nèi)容所暗含和指向的核心概念，并將其分解成一個個典型素材，用恰當?shù)摹⑸鷦拥姆椒ù蛟鞂W習內(nèi)容框架，從而引導學生在學習過程中認識大概念，理解周圍世界及其發(fā)展規(guī)律。

思維是科學課堂教學師生的核心活動，是科學學科的本質(zhì)特征，科學探究應是基于思維的探究。在小學科學探究活動設計中，教師對教材的理解以及對學生發(fā)展的定位，總會形成不同的教學目標。教師設置了不同的學習目標后，勢必對探究活動有不同的安排;側(cè)重不同的探究活動，勢必產(chǎn)生不同的學習效果，也可能引發(fā)孩子朝著不同的方向發(fā)展。《光是怎樣傳播的》一課教學中，其學習重點是“用實驗來驗證光是如何傳播的”，對于這個問題的驗證，實驗步驟清晰、操作簡單。教師在探究活動設計中，可以通過提出假設、判斷推理、操作驗證來探究“光的本質(zhì)特征”，明確學習目標的設置，從而讓學生在獲取基礎知識的同時，促進抽象思維的發(fā)展。

二、尋找學習素材，探究活動設計

（一）尋找素材

要激發(fā)學生學習的興趣，引導學生積極參與探究活動，教師應從學生生活中熟知的、感興趣的事物出發(fā)，引領學生從生活中尋找有關的學習素材，并為他們提供參與實踐探究的機會，使他們體會到科學就在身邊，從而對科學產(chǎn)生親切感。《光是怎樣傳播的》一課中，師生的探究學習活動通常以手電筒光、汽車燈光以及樹間的陽光為案例，實現(xiàn)對“光是直線傳播”概念的理解。然而，這些實例僅僅是對“光是直線傳播”的枚舉，并非論證的雛形。教師可以選擇與學生生活聯(lián)系密切的、具有與光的傳播本質(zhì)有著更多相似的事物，比如足球、乒乓球等，作為概念形成的媒介。重視引導學生利用“科學模型”認識周圍的世界，理解事物的規(guī)律。教師需要從學生需求、生活經(jīng)驗、認知特點等方面加以考量，幫助學生理解抽象化的科學概念，尋找到適切的探究素材。

（二）活動設計

中國工程院韋鈺院士在“圍繞概念和模型組織教學”講座中提到，認知科學和神經(jīng)教育學的研究成果表明，圍繞模型和概念學習是有效的學習方式。模型能夠幫助學生深刻地理解概念，在學習過程中提取有用信息，然后運用抽象、概括、類比、聯(lián)想等方法獲取概念、建構意義并解決問題。在《光是怎樣傳播的》一課的教學中，實驗活動常常利用手電筒的光，透過放置在一條直線上同種規(guī)格紙板中間的孔，照射到紙屏上，再將這些紙板偏離原來的直線，觀察手電筒的光能否通過紙板中間的孔，照射到紙屏上，學生通過探究得出“光（在同一種物質(zhì)中）沿直線傳播”的結(jié)論。教材設計的實驗大多過于貼近學生的生活，很多學生不用做實驗就知道結(jié)果，探究興趣不高。對此，教師可以重新設計探究活動，如選擇足球射門路線，圍繞可見的足球運動軌跡，如平直地滾球、大弧線香蕉球、小弧波浪球等，推測不可見光的傳播路線。這一探究學習內(nèi)容既與學生生活體驗密切相關，又充分體現(xiàn)了深度學習的過程性特征。

三、把握實證，創(chuàng)新學習活動

（一）從證實到證偽

韋鈺院士指出，科學教育具有多方面目標，科學教育應該致力于收集和實證的科學能力。科學的實證邏輯包括證實和證偽，證實和證偽屬于同一主題下并存的探究活動，兩者是科學探究實證的重要形式。證實作為實證活動的主要形式，一般基于大量觀察和實驗（借助儀器觀察）的正面事實和證據(jù)，充分培養(yǎng)學生思維的邏輯性。而證偽作為實證活動的另類形式，一般基于相反例子，但與證實具有同等的意義和價值，培養(yǎng)學生思維的縝密性，證實和證偽對提高學生思維的品質(zhì)具有重要的意義。在《光是怎樣傳播的》一課中，學生利用打孔的卡紙、光屏，證實小孔在一條直線上，手電筒正對最前面卡紙上的小孔，光能夠照射到最后的屏上，形成一個明亮的光點，說明光是直線傳播的。除了上述方法，學生還可以有證偽的方法，如果用的是彎管，光從這頭射進去就不會從另一頭射出來，我們的眼睛無法從另一頭看見光亮，這也證明了光是直線傳播的。可見，科學探究活動是一個求真的過程。學生只有經(jīng)歷一次次收集證據(jù)的過程，才能把握基于事實的嚴密實證過程，得到的科學結(jié)論是真實、可反復驗證的。

（二）從實操到思想實驗

科學實驗是幫助學生理解科學概念的重要支撐，由于科學實驗受限于物化的實驗主體、儀器設備、客體對象等，學生可以在頭腦中進行理性的思維活動——思想實驗，這也是科學研究的一種重要形式。科學實驗中多種科學儀器的使用讓人們獲得更豐富、更精確的感性材料，更快捷地揭示研究對象的本質(zhì)。為了克服物化實驗條件的各種限制，科學家在自己的認知活動中常常利用思想實驗解決問題，即利用想象力去解決現(xiàn)實中無法做到（或現(xiàn)實未做到）的實驗。例如愛因斯坦有關相對運動的著名思想實驗。在《光是怎樣傳播的》一課教學中，學生利用實物卡紙、光屏、手電筒探究光的行進路線，也可以借助日常經(jīng)驗積累按照實驗的要求，在頭腦中想象一顆光子（微粒）傳播到達光屏的過程。可見，思想實驗對促進學生思維的深度、精度及創(chuàng)新能力的發(fā)展富有積極而深遠的意義。

四、探究反思，升華學習體驗

（一）反思學習

教師要引導學生多思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，提高自我糾錯能力，也可以引導學生檢驗實驗方案的合理性，提出修正方案，探索解決問題的新途徑，做到剛?cè)嵯酀Ｋ^“剛”，主要體現(xiàn)在探究嚴謹兩個層面，有助于發(fā)展學生探究的創(chuàng)造性、嚴密性，以及積極的人際交往態(tài)度。在《光是怎樣傳播的》一課的教學中，教師要注重鼓勵學生多問幾個“為什么”“不同的實驗方法支持同樣的結(jié)論嗎”，這是培養(yǎng)學生批判性思維的有效途徑。通過不斷質(zhì)疑、探究，學生可能得出的結(jié)論是：光以肉眼無法分辨的橫向波紋形式直線傳播，也可能以一顆顆子彈的形式直線傳播。雖然學生得出的結(jié)論與教材有出入，但這樣的實驗過程與學生特定時期的認知相吻合。此外，教師要創(chuàng)設“質(zhì)疑問難”的研討氛圍，為學生營造寬松的心理氛圍，比如教師和善的舉止、風趣的言談、適時的點撥;同伴愉快的合作、積極的交流、善意的評價等，鼓勵學生不斷生疑、大膽發(fā)問，對問題始終有好奇心與求知欲，培養(yǎng)他們主動質(zhì)疑的能力。

（二）結(jié)構化板書設計

教師要運用系統(tǒng)的觀點與方法，對板書進行分析、設計以及完善，并通過板書指導學生對學習過程進行反思，建立學習過程的架構。在《光是怎樣傳播的》一課教學中，教師通過圖文型的結(jié)構化板書勾畫概念，呈現(xiàn)科學探究的一般過程和學生的思維過程（如圖1所示）。

板書的結(jié)構化設計引導學生分析、整理各種信息、實驗數(shù)據(jù)和證據(jù)，學生應用科學的思維和方法，通過分析和歸納找出規(guī)律、得出結(jié)論，促進求真、求實學習品質(zhì)的形成。

總之，基于深度學習的小學科學探究教學，教師要對學科教材再理解，對教學行為再轉(zhuǎn)變，讓學生理解概念、解決問題，妥善處理學生主體和教師指導的關系，在有限的課堂教學時間內(nèi)把活動做得更深刻，讓學生學得更扎實。

【參考文獻】

[1]張紅霞.科學究竟是什么[M].北京：教育科學出版社，2003

[2]靳玉樂.探究教學的學習與輔導[M].北京：中國人事出版社，2003

[3]浙江省教育廳師范處.課程改革與學習主題構建[M].北京：科學出版社，2004

[4]溫·哈倫.科學教育的原則和大概念[M].北京：科學普及出版社，2011

[5]劉恩山.義務教育小學科學課程標準解讀[M].北京：高等教育出版社，2017

[6]多諾萬（美）.學生是如何學習的—課堂中歷史、數(shù)學和科學[M].桂林：廣西師范大學出版社，2011

作者簡介：余化龍（1976— ），浙江衢州人，高級教師，大學本科學歷，研究方向為小學科學教育和研究。

（責編 楊 春）