基于深度學習理念的科學學科關鍵能力培養
——以“密度測定”復習課為例

單俞剛

（章旦中學教育集團，浙江青田323900）

深度學習是指學生在教師引領下圍繞具有挑戰性的學習主題，積極主動地參與理解性學習、批判性學習，形成積極的情感、態度與價值觀，是一種基于“問題解決”的應用性、遷移性的學習方式[1]。科學學科關鍵能力主要有注重“活動與體驗”的動手實踐能力、注重科學知識關聯與整合的學習理解能力、注重實驗設計與評估的科學探究能力，以及注重遷移與創新的科學思維能力。

教育部基礎教育課程教材發展中心劉月霞等對深度學習開展了深入研究，提出深度學習不僅要強調學生的深度思維，還要強調培養能夠創造未來美好生活的社會人。本文以“密度測定”復習課教學為例，闡述基于深度學習理念，促進學生科學學科關鍵能力培養的策略。

1 注重活動與體驗，發展動手實踐能力

活動與體驗是深度學習的核心特征，也是提高學生科學素養的重要手段。在教學中聯系生活實際，借助學生感興趣的材料開展活動，增強體驗，讓學生在動手活動與親身體驗中主動思考問題，不僅可以調動學生學習積極性，引發內心體驗，同時可以提高學生的動手實踐能力。

環節1 各小組利用提供的多個直徑為5 毫米的巴克球開展合作，根據自己的想法做出各式造型，展示創意。

巴克球是帶有磁性的金屬實心圓球，是市面上非常流行的益智玩具。各小組利用巴克球拼接出各式造型，如動物頭像、平面和立體幾何圖形等（如圖1），可謂創意十足。

圖1 巴克球造型

學生們在玩的過程中產生問題：一個小小的巴克球其質量和體積為多大?巴克球是什么材料制成的？學生圍繞產生的問題開展討論。

這種緊密聯系科技與生活的活動與體驗，是教學的出發點，能使學生產生濃厚的學習興趣，有效激發學生主動參與學習。創造未來美好生活離不開好的創意，創意空間的拓展需動手實踐來支撐。在活動與體驗中理解測量小物體質量與體積運用累積法的必要性，只有達到對知識的領悟與內化，才具備解決實際問題的遷移能力。

2 注重知識關聯與整合，發展學習理解能力

深度學習的另一特征是“聯想與結構”。即學習的知識是有內在聯系的結構與系統，是能夠被喚醒、被調用的。教師在課堂教學時，對學科核心知識進行整體把握和方法引領，避免聚焦碎片化知識點的教學，把握各知識之間的聯系，幫助學生體會知識的完整性與系統性，形成系統的認知結構，培養系統思維能力，從而提高學習理解力。

環節2 測密度的原理（公式）是什么？結合前面的活動，你認為要提高測量密度值的精確度，具體的測量步驟如何（用畫圖方法表示）？通過這幾個問題，將密度測定相關知識形成知識體系（如圖2）。

圖2 密度測定知識體系

常規測量帶動學生思考如何測準問題。先測固體的質量還是先測固體的體積？如果先測固體體積，測得的密度值偏大還是偏小？造成偏差的原因是什么？運用畫圖法表達實驗過程，用測得的物理量列出計算密度表達式。整個過程回顧科學知識，運用科學方法，圍繞核心概念，形成科學知識間的關聯，從而提高學生的學習理解力。

3 注重實驗設計與評價，發展科學探究能力

深度學習能抓住學習對象的本質進行深度加工，全面把握知識內在聯系，進行合理設計與評價。基于深度學習理念開展科學探究，讓學生經歷科學探究過程，可增進學生對科學探究的理解，體會科學精神的實質，培養積極情感、科學態度和正確價值觀，從而提高學生科學素養。

實驗設計與評價是實驗探究能力培養的重要方式。實驗設計既要體現學生對相關科學知識的掌握情況，對實驗原理的理解程度，對科學方法的內化程度，同時也是對團隊精神的培養與構建能力的極大考驗。實驗評價包括實驗設計方案的評估與實驗測得數據可靠性的評估。

環節3 提供兩組實驗器材，一組：天平（砝碼）、溢水杯、相同燒杯2 個、水、滴管；另一組：天平（無砝碼）、量筒、相同燒杯2 個、水、滴管。讓學生利用手頭的實驗器材，分小組討論，設計實驗，寫出實驗操作步驟（用畫圖形式表示）。

以常規測量為基礎，帶動學生思考非常規測量應該解決的問題。學生進行實驗方案設計并展示評價。主要圍繞在沒有量筒的情況下測出巴克球的體積的可行性，以及在天平沒有砝碼的情況下測量巴克球的質量的可行性等方面展開評價。活動分組內自評和組間互評兩個環節。組內自評著重考慮實驗的可行性、科學性。組間互評則著重考慮實驗過程中出現的新問題，如實驗操作的合理性及簡易性，博采眾長，充分合作，使實驗設計更優化。本環節采用替代思想設計實驗，進行間接測量，使學生在深度思考中理解密度知識，對知識融會貫通，進行聯系與轉化，在動手動腦合作交流中解決問題。

環節4 動手實驗操作，測出實驗數據并展示。教師提供資料：巴克球是由材料為釹鐵硼的磁礦石經精細加工而成的球狀強磁石，釹密度7.003 g/cm3，鐵密度7.8 g/cm3，硼密度2.34 g/cm3。要求利用提供的資料，判斷所測實驗數據的可靠性。

展示4 個代表小組測得的密度值：6.5 g/cm3、8.6 g/cm3、8.0 g/cm3、7.0 g/cm3。學生根據物質混合后密度的特點判斷出不可靠的數據，分析引起偏差的原因。本環節引領學生將事實與科學知識建立聯系，基于證據評價數據的可靠性，領悟科學解釋需要運用科學知識和科學推理，體會誤差與錯誤的區別等。

著名心理學家皮亞杰認為讓學生動手做科學，而不是用耳朵聽科學，用眼睛看科學。這兩個環節的設置使學生全程浸潤于深度學習中，同學們在設計中思辨，在實驗中領悟，在評價中反思，體悟高效表述探究過程方式，發展科學探究能力。

4 注重遷移與創新，發展科學思維能力

遷移是深度學習發生的重要指標。創新地應用是將內化的知識外顯化，是科學思維能力的體現。“科學思維”是基于經驗事實建構模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品格[2]。為推進深度學習開展，設置了以下內容。

環節5 評價未知液體密度測定方案。方案A：調節天平平衡；用天平測出空燒杯的質量m1；在燒杯中倒入適量的被測液體，測出總質量m2；將燒杯中的液體倒入量筒中，讀出液體的體積V；算出液體的密度ρ液。方案B：調節天平平衡；將適量的液體倒入量筒中，讀出液體的體積V；用天平測出空燒杯的質量m1；將量筒中液體倒入燒杯，測出總質量m2；算出液體的密度ρ液。

伽利略曾說過：“科學是在不斷改變思維角度的探索中前進的。”實現學習遷移，是深度學習的發展指向。同學們發現：方案A 中液體質量測得準，但傾倒時液體殘留在燒杯中導致液體體積測不準；方案B 中液體體積測得準，但倒入燒杯時也因殘留而導致液體質量測不準。為測準液體密度，就應提出合理方案，讓量筒量到的液體與倒出的液體的質量相吻合。本環節從固體密度遷移液體密度的測定，根據測準思想引導學生深入思考，在質疑與批判中，學生開展深度思維，提出了創造性的見解，在課堂中使學生的主體地位得以體現，且科學思維能力得到提升。

課堂教學時緊扣深度學習的特征，結合科學學科特點，讓學生在真情境中，提出真問題，進行真探究，開展真實驗，產生真體驗，真正對科學產生興趣，愛上科學。在真體驗中增強對知識的理解，在理解基礎上進行知識的遷移與創新思維的培養，在真實驗中培養學生的科學探究能力，從而促進科學學科關鍵能力的發展。

致謝：本文在完成過程中得到吳紅玉、朱紅兩位導師的精心指導，特此致謝！