在深度學習中培養學生科學核心素養

李萬益

摘? 要：2022年版《義務教育科學課程標準》指出：義務教育科學課程是一門體現了科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性，旨在培養學生的核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。課程標準從課程性質和課程目標的角度闡述了科學學科。文章在對標學習新課程標準的過程中，聯系課堂教學實際，探索和實踐了學生科學核心素養的培訓方面，從科學核心素養、深度學習的內涵以及基于核心素養發展的科學深度學習策略等角度，探究了教育科學出版社三年級上冊“空氣占據空間”這一課的教學實例。

關鍵詞：核心素養；深度學習；科學思維

要想在深度學習中培養學生的科學核心素養，需要教師有目的和方法，以學生為主體，以課堂為陣地，以科學實踐為載體，在提高學生的創造性想象力的前提下，給予學生自由發揮、大膽創造的空間，及時運用多種方式進行引導，讓學生在探究的過程中，能夠更加積極、深入地參與其中，不斷增強他們的探究意識和探究能力。

一、科學核心素養的內涵

《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出：學生在學習科學課程的過程中，會逐步形成適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，這是科學課程育人價值的集中體現，具體包括科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任等方面。

其一，對比前幾版的科學課程標準，可以發現科學課程的核心素養由“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”到“科學知識、科學探究、科學態度、科學技術、社會與環境”，再到“科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任”，發生了較大變化，進一步凝練了學科素養，有利于教師通過教學實踐和教學評價從核心素養的視角來觀察和促進學生的全面發展。

其二，在新課程標準中，科學核心素養的四個方面是一個有機的整體，即科學觀念是科學課程本質屬性的集中體現，是其他素養的基礎；科學思維不僅是學習科學應該具備的關鍵能力，還是適應現代社會發展的核心思維方式，科學探究是學生形成其他素養的主要途徑，也是一種關鍵能力；態度責任是學生基于對科學觀念的深度理解，在科學探究的支撐下，通過科學內化形成的必備品格，是社會主義核心價值觀在科學課程中的集中體現。

其三，核心素養是學生課程目標、教育理想和育人價值的集中體現；是核心素養在特定學科內容中的具體化、操作化表達；是學生在接受特定學科教育過程中形成的科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任的綜合表現。比如在“空氣占據空間”這一課中，由核心素養派生出來的教學目標，有以下幾個方面：一是在科學觀念上，讓學生明確空氣占有一定的空間，并且遍布各個角落；二是在探究實踐和科學思維上，讓學生能用簡單的材料設計小實驗，并能按照設計要求做實驗；三是在科學態度上激發學生研究興趣，并能團結合作、樂于交流和尊重事實。

二、深度學習的內涵

其一，深度學習最早源于布魯姆的目標教學。1956年，布魯姆等人在《教育目標分類學》一書中將認知領域分為知道、領會、應用、分析、綜合以及評價六個層次。其中，知道、領會、分析三個方面屬于低階思維，即淺層學習；分析、綜合和評價三個方面屬于高階思維，即深度學習。

其二，從學習方式上而言，深度學習是一種主動地聯系與理解、尋找模型與證據的高水平認知的學習方式，與之相對應的是機械學習和記憶孤立信息的淺層學習方式；從學習過程來看，深度學習是一個學生積極參與和高度投入的學習過程；從學習結構上而言，深度學習是通過讓學生真正理解學習內容從而使學生能夠提取所學知識解決不同的新問題；從學習目標來談，深度學習是學生勝任學習、工作與生活的知識和技能的總稱，主要包括掌握核心學科知識、批判性思維和復雜問題解決、團隊協作、有效溝通、學會學習和學習毅力等六個維度的基本能力。

其三，課堂是開展學習的主陣地，課堂將教師、學生和知識緊密地聯系在一起，學習，是實現學生全面發展的過程，是培養學生關鍵能力、必備品格和正確價值觀的過程，只有達成這樣目標的學習才可以說是“深度學習”。隨著課程改革的深入，深度學習進入科學教育的視野，成了落實科學課程目標、促進學生核心素養發展的有效路徑。讓深度學習在科學探究中真實發生，培養學生的核心素養，是當前科學教師面臨的核心問題。

三、基于核心素養發展的科學深度學習策略研究

（一）建構問題場景，激發科學態度

深度學習是觸及學生心靈深處的學習，是觸及深層興趣、情感和思維的學習。深度學習的過程是借助具有整合作用的實際問題激活深層動機，通過學生在學習過程中的切身體驗和深入思考及對學習內容的融會貫通，促進深度理解和實踐創新，進而對學習者產生了深遠影響的學習樣態。為了激發學生學習的深層動機，教師精心設置積極思維的問題場景十分必要。科學的問題是思維的引子，也是科學實踐的起點，只有當學生有疑惑時，他們才會思考、探索，從而發現和創造。

如進行“空氣占據空間”一課教學時，教師可以通過口渴時喝完杯中的水為場景切入點，以“喝完水的水杯中是不是什么也沒有了？”為問題的始發點，以“杯中有空氣或無空氣”為思維的碰撞點，并在實驗桌上放置了水槽、玻璃杯、紙團，讓學生通過這些材料探究“玻璃杯里的紙能不能濕”就成了一個因真實場景引發的真實任務。由于即將研究、解決的問題是由學生自己提出的，此任務具有真實性，因此學生的深層動機被激發，其興趣、情感和思維也全部投入問題的解決中。在實驗結束后，發現紙團并沒有濕，教師可再次設置挑戰性的問題情境，學生在情境中，思維被調動，從而再次產生問題：“為什么紙團不濕？”“水為什么進不到杯中？”在討論和不斷的追問中，再次進入深刻而有效的思維活動和探究活動中。

只有思維積極參與的實踐探究，才是有效而深度的學習。一方面，教師從學生的年齡特征出發，激活學生原有的經驗，創設了特定的問題情境，這激發了學生學習的深層動機，使他們具有好奇心和探究熱情，樂于探究和實踐；另一方面，學生在真實任務的驅動下，開展基于科學思維、基于科學證據的實事求是的研究，能夠積極建構個人認知結構，進行有意義的深度學習，從而形成自身的科學態度。

（二）搭建探究支架，引領探究實踐

深度學習應該是學生全身心地充分自主參與，以及深度、全面激活多層神經元的學習。覺知（即深度學習）必須建立在學習者的躬行上（實踐和深切的體驗）。在科學課上，教師讓學生像科學家一樣圍繞“創設境”“提出問題”“自主探究”“合作交流”“總結反思”“應用遷移”六大基本要素展開科學探究，這無疑為學生創設了一個包含科學思維的訓練場。學生在探究的過程中，利用科學思維進行質疑、批判、思辨、反思，能逐步提出問題和解決思路與方法，伴隨著基于科學探究的科學思維，深度學習就會悄然發生。

在“空氣占據空間”教學中，教師設計了三項環環相扣的實驗活動，具體包括實驗一：裝有紙的玻璃杯垂直壓入水中，觀察杯中的紙是否會濕；實驗二：豎直壓下裝有紙的玻璃杯，然后傾斜杯口，觀察水杯子中的紙會不會濕；實驗三：豎直壓下杯底有小孔的玻璃杯，然后打開小孔，觀察杯子中的紙會不會濕。引導學生按照科學實踐程序，層層深入地進行探究。

實驗一結束后，學生常會驚異于“為什么紙團不濕”，在這個真實問題的驅動下，學生能夠主動猜想、判斷、分析、推理、評價，在思維碰撞中，進入實驗二。學生第二次動手實驗不僅是動手做，還在動腦中證明了內心的某個預測或結論。

此時教師抓住提問、猜測、預測、假說這些環節再次進行思維的訓練，讓學生在研討中展現其內在的思維過程。學生開始重新思考、質疑、篩選、修改和反駁他人提出的假設，學生的高階思維能力呈螺旋上升趨勢，思辨能力和表達能力也有所提高。

當實驗二結束后，學生認為可能是“空氣保護了紙團”，在得到同伴回應后，學生便開始著手搜集證據、闡釋觀點，其解決問題的意識就顯得更加主動。

為了幫助學生進行深度體驗，教師提供了精心設計的典型材料作為深入思維的支架。當教師出示底部帶有小孔的杯子時，學生的思維將再次被激發，第三次參與到實驗中。學生在再次的深度參與中體驗更為深切，此時，教師應適時引導他們從紛繁復雜的現象中發現事物本質，引導學生把各種信息進行分析、比較、抽象化，從而能夠將事物的內部性質歸納為相關概念，提高了學生的邏輯思維。

學生在搜集豐富思維材料的基礎上，通過回顧反思、信息和歸類等思維活動，分析得出了“空氣占據空間”的初步結論。在此過程中，教師的適時點撥，幫助學生搭建了思維的支架，學生在問題解決的過程中，進行了由淺入深的體驗，從而順利地完成學習了任務。

探究實踐是獲取和應用科學知識開展技術與工程實踐的主要途徑，是通過多種方法尋找證據、運用創造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價與交流等方式達成共識的過程。深度學習是個理性探索的過程，學生根據動手獲得的直接經驗，運用分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，體驗到深層思維的快樂，從而發展了思維能力，改變了學習方式，走向深度學習，培養科學核心素養。

（三）遷移實踐結論，發展科學思維

深度學習，不僅強調學生對知識和技能的深層理解，還強調在學生深入理解的基礎上，運用知識和技能解決實際問題，以增強學生對知識和技能理解的深刻性。深度學習不是僅停留在知識表層，其更強調深入知識內核、強調把握事物的本質和深層意義。教學的核心是思維，學習的關鍵是思考，科學思維是從科學的視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式。為此，在科學教學中，教師要努力創造學習和實踐相結合的機會，讓學生有機會把自己的所學及時地應用到現實生活中，學生只有在實際生活中運用所學，才能對所學的知識深層理解，學以致用越透徹，理解就越深刻。

在“空氣占據空間”的教學中，當學生通過反復探究終于得出“空氣占據空間”的結論時，教師接著安排了三個學用結合的場景：1. “向帶有膠塞的漏斗里灌水，水能灌到瓶子里嗎？為什么？”2. “用氣球嘴反套瓶口，然后用力吹氣球，氣球能吹得大嗎？為什么？”3. 你能用今天學到的知識解釋‘烏鴉喝水嗎？學生圍繞這幾個生活中的實際問題進行猜測、實驗、解釋，在運用知識的過程中，發現了所學知識與解決現實問題的關聯，從而在這種思維活動中，獲得了科學知識和技能的深度理解。教師拋給學生一個需要動手動腦創造性完成的現實問題：“瓶子里有點水，不傾斜瓶子，只提供一些橡皮泥、兩根吸管，你能運用今天所學知識讓水從瓶子里出來嗎？”

在課堂教學中，教師再次創設應用科學知識的情境，就是為了培養學生利用科學思維和工程思維創造性解決實際問題的能力，學生在動腦動手中，思維得到了展進一步發展，能夠更深切地體會到學生個體學習的意義，從而以“主人翁”姿態沉浸在學習中。

本研究按照深度學習的理念，設計科學探究的各個環節，激發學生的深層動機，強調學生的切身體驗和深層理解，學生在利用學習過程中學得輕松而愉快，從而學會學習、熱愛學習。實踐證明，深度學習并不意味著艱苦學習，深度學習在科學探究中發生，可以幫助學生實現學習目標、發展思維能力、改變學習方式、提升科學素養。