深度學習視域下初中生化學學習遷移能力提升對策探究

吳桂蘭

初中階段是學生接觸和學習化學的重要時期,也是建立科學思維和解決實際問題能力的關鍵時期。然而,部分學生在化學學習中存在遷移能力不足的問題,即不能將所學的知識和技能應用于實際問題中。這不僅會影響學生的學習興趣和動力,還會限制他們在未來的學習和職業發展中的表現。因此,提高初中生的化學學習遷移能力具有重要意義。

一、 概念界定

(一)深度學習

深度學習是一種機器學習的方法,旨在模擬人類大腦神經網絡的工作方式。基于人工神經網絡的概念,通過構建多層次的神經網絡模型來進行復雜的數據處理和學習任務。深度學習的核心思想是使用多個層次的非線性變換來提取數據的高級特征,并將這些特征用于模式識別、分類、預測等任務。與傳統的機器學習算法相比,深度學習具有以下幾個顯著的特點。

首先,深度學習模型能夠自動學習輸入數據的特征表示,無須手動設計特征提取器。這使得深度學習在處理復雜、高維數據時具有優勢。其次,深度學習模型通過堆疊多個隱藏層實現對數據的逐層抽象表示。每一層都可以學習到數據的不同層次的特征表示,從而實現更加精確的模式識別和分類。最后深度學習模型通常需要大量的計算資源進行訓練,同時也可以利用現代圖形處理器(GPU)等硬件平臺的并行計算能力來加速訓練過程。

(二)學習遷移能力

學習遷移能力是指個體在面對新的學習任務時,能夠將之前學習到的知識、技能、經驗等轉移到新任務中并加以應用的能力。簡而言之,學習遷移能力是在不同學習情境下將已掌握的知識和技能進行靈活運用的能力。學習遷移能力是一個重要的認知能力,有助于個體快速適應新的學習環境,并提升學習效果。學習遷移能力可以表現為以下幾個方面:

首先,能夠將已學習的知識應用于新的學習任務中,利用先前掌握的概念、原理、規律等來理解和解決新問題。其次,能夠將已掌握的技能運用到新任務中,通過調整和變化策略、方法和操作過程來適應新的情境和要求。再次,能夠發現和利用不同學習任務之間的共性和相似之處,從而推廣和應用已有的規律和模式到新的學習任務中。最后,能夠適應不同的學習環境和背景,靈活應對環境變化對學習的影響,并在新情境中成功完成學習任務。

二、 影響學生化學學習遷移能力的因素

(一)學生因素

1. 操作定勢

初中化學學習期間,學生個人操作定勢對學生化學學習遷移能力有著重要的影響。個人操作定勢是指學生在學習過程中形成的固定的思維方式、學習習慣和行為模式。這種定勢會影響學生對新知識的接受和理解以及將所學的知識應用于實際問題的能力。總的來說,個人操作定勢對學生化學學習遷移能力的影響主要體現在以下幾個方面。

首先,個人操作定勢可能使學生對化學學習產生負面的態度或偏見。如果學生持有消極的學習態度,可能會缺乏對新知識的興趣和動力,從而影響其學習遷移能力的發展。

其次,個人操作定勢可能導致學生只依賴特定的學習策略或方法。如果學生習慣于機械地記憶和背誦知識,缺乏深入理解和應用的能力,那么他們在面對新的學習任務時可能很難進行靈活的思考和運用已有知識。

最后,個人操作定勢可能限制學生在解決問題時的思維方式和方法。如果學生習慣于固定的解決問題方式,他們可能會缺乏靈活性和創造性,在面對新的問題時無法進行有效的遷移。

2. 學生原有認知結構

初中化學學習期間,學生原有的認知結構對學生的化學學習遷移能力有著重要影響。學生的認知結構是指他們關于某一領域的知識、概念和思維模式的組織方式和理解框架。這種認知結構會影響學生對新知識的接受、理解和應用能力,從而影響其化學學習遷移能力的發展。學生原有的認知結構可能會影響他們對新知識的接受和理解,如果學生的認知結構缺乏與新知識相關的基礎概念和連接,那么他們在學習和遷移新知識時可能會遇到困難。另外,學生原有的認知結構會影響其對化學概念的理解和運用。如果學生對某些概念存在誤解或混淆,他們可能會在新的學習任務中將錯誤的概念應用于問題解決,從而影響學習遷移能力的發展。同時,學生原有的認知結構可能會導致他們傾向于使用特定的解決問題的策略和方法。如果學生習慣于機械地記憶和應用公式、規則等,而缺乏靈活性和創造性的思維,那么他們在面對新的學習任務時可能無法進行有效的遷移。

3. 實驗態度

學生積極參與實驗活動可以增強他們對化學知識的理解和應用能力,通過親自操作、觀察和記錄實驗過程,學生可以深入地認識和理解化學原理和現象,從而提高將實驗知識遷移到新的學習任務和實際問題解決中的能力。另外,學生在實驗中遇到困難或錯誤時的態度和處理方式也會影響其學習遷移能力。如果學生對錯誤抱有消極的態度或避免錯誤的心理,那么他們可能會錯過糾正錯誤、改進方法的機會,從而影響學習的遷移和進步。同時,學生實驗態度還會影響他們的實驗思維能力。積極的實驗態度可以促使學生在實驗中主動提出問題、探索規律、分析數據,培養其科學思維和解決問題的能力,有利于將實驗所獲得的知識與新的學習任務相聯系和遷移。

(二)教師因素

1. 教學策略

教師采用激發學生學習興趣和動機的教學策略,如提供有趣的實例、引發思考的問題等,可以增強學生的學習投入和積極性,促進他們將所學知識遷移到新的學習任務中。教師注重將所學知識與實際問題結合,引導學生進行實踐探究和應用活動,可以培養學生將所學知識運用于實際問題解決的能力,促進學習遷移。教師通過設計啟發性問題和情境,激發學生的思考和探索,在解決問題的過程中培養其分析、推理和創造能力,提高學習遷移能力。教師倡導合作學習和交流的教學策略,鼓勵學生進行團隊合作、討論和分享,并引導他們在合作中共同構建知識體系和解決問題,增強學習遷移的能力。

2. 師生關系

初中化學學習期間,師生關系對學生的化學學習遷移能力有著重要的影響。師生關系是指教師和學生之間的互動、溝通和合作方式,包括教師的角色塑造、學生的參與程度以及教師對學生個體差異的關注程度等方面。這種關系會影響學生的學習態度、自信心和學習動力,從而影響他們將所學知識應用于實際問題解決的能力。積極、支持和關懷的師生關系可以增強學生的學習動機和興趣,當學生感受到教師的鼓勵和支持時,他們更加愿意積極參與化學學習,提高學習遷移能力。良好的師生關系可以提高學生的自信心和學習態度,當學生感受到教師對他們的認可和尊重時,他們更加有信心面對學習困難并嘗試將所學知識遷移到新的學習任務中。積極互動的師生關系可以激發學生的思考和創造力,當教師鼓勵學生提出問題、進行討論和探索,能夠培養學生的批判性思維和解決問題的能力,促進學習遷移能力的發展。

三、 深度學習視域下化學學習遷移能力提升策略

(一)創設嵌入式化學實驗情境

1. 架構背景知識

首先,明確實驗的目標和所要達到的學習要點。這有助于確定需要引入的背景知識以及其與實驗的關系。根據實驗情境和目標,引入相關的化學概念、原理和模型,以便學生能夠理解實驗的基本原理和背后的科學原理。可以通過講解、演示、圖表、視頻等方式呈現相關概念和原理。對于復雜的實驗情境,教師可以追溯和回顧之前學過的相關知識,幫助學生將新學到的知識與之前的學習內容進行聯系和整合。這樣做可以鞏固之前的學習,并提供一個連貫的知識框架。其次,為了幫助學生理解背景知識的實際應用,教師可以提供一些具體的實例或示例,展示背景知識在實際問題中的運用。這有助于加強學生對知識的認識,并促進其將所學知識遷移到實驗情境中的能力。在引入背景知識的過程中,始終強調實驗與理論之間的聯系和互動。解釋實驗情境的原理時,鼓勵學生思考和討論實驗結果與所學理論之間的關系,從而加深他們對實驗和理論的理解。

2. 融入生活經驗

在初中化學教學期間,創設嵌入式化學教學情境時,融入生活經驗是一種有效的教學策略。通過將化學知識與學生日常生活中的實際經驗和情境連接,可以增強學生的學習興趣和參與度,促進他們將所學知識應用于實際問題解決的能力。首先,讓學生回顧日常生活中與氧氣相關的經驗。例如,呼吸時感受到的空氣、燃燒時火焰的明亮等,引發學生學習氧氣相關性質的好奇心。介紹氧氣在現實生活中的應用場景,如醫療領域的氧氣供給、潛水器中的氧氣瓶、航空航天中的火箭推進劑等。在學生掌握了基本知識之后,教師可以引導學生的思維進行發散,從而讓學生的化學知識與生活實際結合。又如,教師需要讓學生思考,為什么鍋中著火之后蓋上鍋蓋就可以快速滅火?是因為溫度?還是因為氧氣?在學生提出一些自己的猜想之后,教師再為學生講解其中的原理。其次,教師可以積極引導學生在課堂上開展實驗。例如,教師可以讓學生在玻璃杯當中點燃一張紙,隨后蓋上杯蓋,可以發現紙張在玻璃杯當中快速熄滅。在學生學習了氧氣的基本知識之后,很快就可以聯想到是因為玻璃杯當中的氧氣由于燃燒而消耗殆盡,所以才會因此而快速熄滅,這對學生了解氧氣的性質具有重要意義和關鍵價值。

通過將氧氣與學生的日常生活經驗融合,教師可以激發學生的學習興趣和參與度。同時,通過實驗、問題探究和環境保護的討論,幫助學生深入理解氧氣的性質、應用和重要性,促進學生將所學知識遷移到實際問題解決中。

3. 開展交互式溝通交流

將學生分成小組,讓他們就特定的化學主題展開討論。教師可以提出問題或情景,并引導學生進行交流和探討。這樣的交互式討論可以激發學生的思考、分享觀點、提出問題和解決問題。給予學生不同的角色,讓他們在特定的化學情境中扮演相應的角色。例如,在模擬實驗室環境中,讓學生扮演化學家、實驗員或觀察者的角色。通過角色扮演,學生可以深入地理解化學知識的應用和實際情境。組織科學辯論活動,讓學生就某一化學問題展開辯論。教師可以一個有爭議性的話題為基礎,鼓勵學生提出不同的觀點并進行辯論。這種交互式的辯論可以鍛煉學生的邏輯思維、表達能力和合作精神。給學生提供一個實際的化學問題,并鼓勵他們在小組或全班合作解決。教師可以引導學生分析問題、收集信息、制訂解決方案,并就不同的觀點進行討論和比較。這樣的活動可以培養學生的批判性思維和解決問題的能力。最后,鼓勵學生通過展示自己的成果來分享和交流。學生可以準備口頭報告、海報展示、實驗演示等形式,向同伴展示他們在特定化學情境中的學習成果和應用能力。這樣的展示活動可以增強學生的自信心和表達能力。

(二)開展自主式化學實驗方案設計

1. 重視化學實驗方案設計的主體性

首先,鼓勵學生積極參與化學實驗方案的規劃過程。教師可以引導學生討論并確定他們感興趣的實驗主題或問題以及探索的目標和方法。其次,教師可以為學生提供必要的背景知識,以幫助他們了解相關的化學概念、原理和安全注意事項。需要注意的是,在保障學生實驗安全的基礎上,教師需要盡量避免過度干預,以確保學生可以充分自由地探索實驗。再次,教師可以通過提出問題、向學生提供相關資源和文獻資料等方式,引導學生進行實驗設計。同時,教師可以就實驗的可行性、合理性和安全性給予必要的建議。隨后,鼓勵學生根據實驗目標和方法自主選擇實驗步驟和材料,有助于提高學生的決策能力和實驗設計的獨立性。接下來,教師在學生進行實驗方案設計過程中,可以定期提供反饋和指導。這些反饋應著重于促進學生的思考、改善實驗設計和解決可能出現的問題。最后,教師可以根據一定的評價標準對學生的實驗方案進行評估。這有助于學生了解他們的設計是否符合實驗目標,并從中獲得反饋,及時改進。

2. 保持實驗路線多元化

為學生提供不同的實驗目標和問題,以激發其興趣和動機。其中可以有多條實驗路線,每條路線都針對不同的目標或問題,讓學生根據自己的興趣和研究方向選擇適合的實驗路線。鼓勵學生嘗試不同的實驗方法和技術,以實現實驗路線的多元化。其中包括傳統的實驗方法、模擬實驗、計算機模擬等不同形式的實驗,讓學生有更多的選擇和嘗試。同時,確保學生可以使用多種不同的實驗材料和設備進行實驗設計,包括基本的實驗器材、特殊化學品、計算機軟件或模型等。通過多樣化的實驗材料和設備,學生可以選擇適合自己實驗路線的工具。鼓勵學生根據自己的興趣、特長和研究方向,進行個性化的實驗設計。教師可以提供一定的框架和指導,但同時應給予學生足夠的自由度來發展和探索他們獨特的實驗路線。最后,鼓勵學生在實驗設計過程中分享和交流彼此的想法和經驗。這有助于學生之間相互啟發、借鑒和汲取靈感,進一步拓寬實驗路線的多元性。

通過保持實驗路線的多元化,學生能夠在自主式化學實驗方案設計中體驗到豐富的實驗內容和方法。這樣一來,促進了學生的創造力和批判性思維的發展,同時也激發了他們對化學科學的興趣和探索精神。教師應起到引導者的角色,提供適當的支持和反饋,確保學生在多元化的實驗路線中獲得積極的學習體驗。

3. 設計過程中的容錯性

鼓勵學生采用不同的思考方式和途徑來進行實驗設計,每個學生可能有不同的創意和想法。教師應尊重和接受這種多樣性,并提供支持和指導。讓學生明白實驗設計是一個試錯的過程,鼓勵他們勇于嘗試和犯錯誤。當學生遇到困難或失敗時,教師應鼓勵他們繼續努力,并提供幫助和建議,引導其改進設計。在學生進行實驗設計過程中,教師可以定期提供反饋和指導,幫助學生識別問題、找出解決方案,并提供改進的建議。在評價學生的實驗設計時,教師應注重關注學生的思考過程和努力,而不僅僅看重最終結果。這有助于減輕學生對失敗或不完美結果的焦慮,鼓勵他們從中學習和成長。為了保持學生設計過程中的容錯性,教師可以提供必要的資源和支持。其中包括提供實驗器材、文獻資料、計算機模擬軟件以及與學生進行討論和指導的機會。組織學生進行小組合作,在實驗設計過程中互相學習和支持。團隊合作可以提供更多的反饋機會和資源共享,增強學生之間的合作精神和容錯性。

例如,在完成酸堿鹽的學習之后,教師可以對學生進行鼓勵,引導學生在實驗期間積極了解酸堿中和反應以及實際化學性質。如果教師對學生的容錯性并未進行關注,那么勢必會致使學生的學習能力受到阻礙,并且對學習的知識產生淺顯的認知與了解。在這一過程中,教師可以先提供給學生三瓶無色溶液,其中包括酸、堿、鹽。隨后,教師引導學生進行簡單甄別,在這一過程中不同的學生將會給出不同的方案與策略,教師需要積極鼓勵,讓學生探索出更多的想法,這對學生學習這方面知識也有重要意義。

(三)組織DIY式化學實驗活動

1. 引導學生動手操作實驗

在進行DIY式化學實驗活動之前,教師應首先向學生提供必要的安全指導。其中包括實驗室安全規則、正確使用實驗器材和化學品的方法以及急救措施等,確保學生了解并遵守安全操作的要求。選擇簡單而基礎的化學實驗,以確保學生能夠成功地進行自主操作。這樣可以增加學生的自信心,并激發他們的學習興趣。為學生提供清晰明了的步驟說明,以便他們按照順序進行實驗操作。教師可以將步驟寫成簡明的指南或制作視頻演示,以幫助學生更好地理解實驗操作的過程。同時,鼓勵學生在操作實驗的過程中進行自主思考和探索。例如,在實驗中提出問題,讓學生猜測結果并進行實驗驗證。這樣可以促進學生的批判性思維和探究精神,并增強他們對化學知識的理解。另外,為學生提供所需的實驗材料和器材,確保他們能夠充分參與實驗操作。教師可以提前準備并組織好所需材料,以便學生可以直接使用。最后,在學生進行DIY式化學實驗活動時,教師應持續監督和指導,及時解答學生的疑問,糾正錯誤操作,并提供必要的反饋和評價。

2. 引導學生解決挑戰性問題

首先,教師可以提出一個或一系列挑戰性問題,與學生分享并使其思考。這些問題可以涉及化學知識、實驗設計、實驗結果的解釋等方面,確保問題具有一定的難度和挑戰性,以激發學生的思考和探索欲望。其次,鼓勵學生根據挑戰性問題進行實驗設計。給予學生一定的自由度和創造空間,讓他們根據自己的理解和想法設計實驗方案。教師可以提供一些指導,但不應限制學生的思考和創意。在學生進行實驗設計和操作過程中,教師應起到引導和支持的角色。提供必要的背景知識和實驗技巧,幫助學生理解問題和解決方案,并給予適時的指導和反饋。隨后,鼓勵學生運用科學方法來解決挑戰性問題。教師可以提醒學生合理地制訂假設、設計實驗、收集數據、分析結果和得出結論等步驟,并幫助他們進行思考和反思。組織學生之間的合作和交流,讓他們相互分享想法、經驗和解決方案。學生可以通過小組討論、展示報告、展覽等形式來交流彼此的成果和思考過程。最后,鼓勵學生在實驗設計和解決問題過程中進行創新和改進。教師可以激發學生提出新的想法或方法,并嘗試改進實驗設計或解決方案。

(四)實施科學探究活動

1. 引導學生提出猜想與假設

在初中化學教學期間,引導學生提出猜想與假設是提升學生學習遷移能力的重要策略。通過培養學生主動思考和探索的能力,他們可以更好地將所學知識應用于新的情境中。教師可以通過提出啟發性問題來引導學生提出猜想與假設。例如,在學習酸性溶液與堿性溶液這一章節的過程中,教師可以引導學生觀察酸性溶液和堿性溶液的一些特征現象,如顏色變化、氣味、導電性等。通過觀察現象,激發學生對現象背后原因的好奇心。此外,設計一些簡單的實驗,讓學生自行操作并觀察結果。例如,讓學生將酸性物質和堿性物質與指示劑進行反應,觀察顏色的變化。通過實驗結果,引導學生提出可能的解釋和猜想。另外,還需要鼓勵學生提出關于酸性溶液和堿性溶液的問題。例如,什么是酸性溶液?為什么酸性溶液可以腐蝕金屬?通過問題的提問,促使學生思考和探索。最后,引導學生基于已有知識進行推理和解釋。例如,學生可以根據觀察到的現象和實驗結果,推斷酸性溶液和堿性溶液之間的差異,并提出可能的原因和解釋。

2. 實驗之后作好反思與評價

鼓勵學生對實驗過程進行自我反思,包括實驗設計、操作步驟、觀察結果等方面。學生可以思考實驗中遇到的困難、成功的地方以及改進的可能性。組織學生之間的討論和分享,讓他們交流彼此的實驗經驗和觀察結果。教師可以引導學生就實驗中遇到的問題、解釋的困惑或新發現進行討論。另外,鼓勵學生將實驗結果與所學的化學概念進行連接。學生可以思考實驗結果是否與預期相符,并嘗試解釋背后的科學原理。這有助于加深學生對化學知識的理解和應用。教師可以提出問題,引導學生思考實驗結果的原因和影響。例如,為什么在某個條件下產生了特定的觀察結果?學生可以從中推斷和解釋相關的化學原理。最后,教師可以與學生一起評估實驗結果的可靠性和準確性。這包括實驗的重復性、數據收集的正確性以及實驗中可能存在的誤差來源。學生可以思考如何改進實驗設計和操作,以提高實驗的可靠性和結果的準確性。鼓勵學生總結實驗的重要發現和關鍵觀察結果,并將其歸納為化學原理或概念。學生可以制作實驗報告、海報或簡短的總結,以記錄他們的學習成果。

四、 結論

綜上所述,深度學習視域下的初中生化學學習遷移能力提升是一個復雜而多樣的過程。通過嵌入式化學教學情境、交互式溝通交流、DIY式化學實驗活動等策略,以及培養學生的批判性思維和問題解決能力,可以有效地提升學生的學習遷移能力。同時,教師在這一過程中扮演著重要的角色,應提供必要的指導和支持,營造積極的學習環境,讓學生成為學習的主體。