深度學習在初中教學應用的策略探究
——以“大氣層”教學為例

蔣春霞

（杭州市杭州中學，浙江杭州 310008）

0 引言

2019年，科技部復函浙江省人民政府，支持杭州建設國家新一代人工智能創新發展試驗區。2017 年，國務院《關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》（國發〔2017〕35號）對智能教育作了部署，明確要利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系；開發智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統。深度學習是人工智能的重要分支，是一種利用神經網絡進行學習的技術，通過大量的數據、復雜的計算和算法，深度學習可以從數據中學習模式和規律，并使用這些知識進行分類、預測和決策等任務。深度學習也是教學領域探索的一個重要方向，概念上與人工智能領域的“深度學習”有明顯不同，但是本質上又有著共性。

深度學習是近年來中小學教育教學改革的重要趨勢之一，在初中教學領域尤為突出。初中是小學與高中的銜接階段，也是學生學習興趣、學習方式、思維習慣形成的關鍵階段。因此，深化初中教學改革，構建深度學習的課堂教學體系，對于激發學生的學習興趣、提升學生的學習力、提高學生的學習成效具有重要意義。

1 深度學習與初中科學教學

1.1 概念引入

傳統初中教學以幫助學生掌握學科基本知識和技能為重點，然而，隨著時代發展，學生的認知水平和學習能力都有很大變化，如果只是強調基本知識點的掌握和知識點之間的聯系，學生往往難以將知識融會貫通。所以，搭建深度學習框架是構建深度學習的課堂教學體系的重要內容。搭建深度學習框架，就是要為學生搭建知識網絡與邏輯框架，引導學生將所學知識進行有機融合、融會貫通，并在思維碰撞中激發新的感悟和發現。郭華教授認為：深度學習就是在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態度、正確的價值觀，成為既具獨立性、批判性、創造性又有合作精神、基礎扎實的優秀的學習者，成為未來社會歷史實踐的主人[1]。深度學習作為一種課堂改進的理念和實踐模型，幫助教師在教學設計中注重以發展學生高階思維為目標，用驅動性任務有效激發學生的學習動機，切實提高學生的核心素養[2]。

深度學習是學生積極主動的學習過程。基于深度學習的教學能夠激發學習熱情并主動參與學習。首要教學原理認為，學習只有在學習者從事解決真實世界里發生的問題時，只有當學習者能夠通過論證或應用而激活已知知識并將其作為理解新知識的基礎時，新知識才會被整合到學習者的世界當中[3]。在教學中創設真實問題情境，通過挑戰性任務激發學生學習動機，主動參與課堂，有助于促進高階思維和深度學習的發生。

1.2 課堂教學的問題分析

筆者通過訪談、聽課等形式，觀察課堂教學現狀，發現課堂上不少學生的學習停留在淺層學習階段，表現為：對科學概念的機械記憶，知識點零散孤立沒有貫通，學習過程沒有回復重溫，不會運用所學知識解決實際問題。分析原因有三個方面。第一，學習目標不明確。教師沒有確定學習目標，有的時候照搬教參或網絡下載教案，沒有遵循課程標準要求，沒有根據學情深入思考學科素養的落實和思維能力的培養，這就導致課堂教學沒有指向深度學習和高階思維的學習目標。第二，學習主動性不強。課堂存在“一言堂”“滿堂灌”“假探究”的現象，教師關注的是知識的輸出，而忽視學生的學習動機和關注度。學生看似參與課堂活動，實則缺少全身心的投入，人在心不在。第三，課堂回饋機制不健全。考試測驗是課程評價的唯一方式，使得多數教師評價意識淡薄，重結果而輕過程。學生因測驗結果不理想，產生壓力和憂慮時，得不到及時的輔導和引導。科學探究活動中，評價片面現象也很嚴重。課程標準強調科學探究能力的重要性，但對如何評價學生的科學探究能力缺乏可操作性的指導，不利于學生探究能力的提高。

2 促進深度學習的課堂教學策略

深度學習要求學生在學習知識、運用知識的過程中構建知識脈絡，形成對知識的整體認知與深刻理解。因此，在教學中，教師應注意培養和提升學生的深度學習能力。深度學習能力包括認知能力、分析能力、整合能力、應用能力和評價能力等方面。深度學習的課堂應具有聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價5 大基本特征[1]。筆者結合深度學習的特點和相關理念，從目標設計、動機激發、促進評價等角度出發，探究初中科學課堂的深度學習教學策略。

2.1 目標深度設計，實現全面育人

學習目標是教學的靈魂，決定教與學的方向，并為教學評價提供依據。在教學設計時首先要明確課堂的學習目標，并對學生能否達成目標進行分析和論證，從而構思和推演達成此目標的教學環節和方法。深度學習的學習目標應指向學生需要掌握的學科核心知識，滲透跨學科概念，并融入態度責任。教師在進行教學設計時要深度研究課程標準和教材，對學習的內容進行單元整體分析，提煉教學內容的核心知識和關鍵能力，實現學科的育人目標。

根據布魯姆的認知領域目標分類，筆者將學習目標分為“識記、理解、應用、分析、綜合、評價”6 個層次，淺層學習認知水平標定為“識記、理解”層次，深度學習的認知水平對應“應用、分析、綜合、評價”層次[4]。筆者按照布魯姆“識記、理解、應用、分析、綜合、評價”6 個層次進行分類，深度設計指向高階思維和核心素養的學習任務（如表1）。

表1 學習目標分類及相應的行為動詞

案例一

“大氣層”是《科學（浙教版）》八年級（上）第二章“天氣與氣候”第1節的內容。本節課主要介紹了地球大氣的垂直分布特點，大氣分層和對流現象。知識內容簡單，考試也較少直接涉及，課程標準甚至對本課知識要求沒有直接的描述。教師對本課的教學往往采用講授法對重要知識點進行灌輸，課堂學習活動停留在淺層學習層面，而忽視了本課培養核心素養，發展高階思維的價值。

筆者在研讀課標和教材后發現，本課內容是七年級學習“宇宙中的地球”這一核心概念后，進一步了解地球大氣圈、大氣層相關知識的基礎，對建立學科知識體系，形成“地球系統”這一核心概念有積極作用。同時，該課相關的圖像問題和實驗探究是中考的高頻考點和難點。該課大氣溫度的垂直分布圖和對流實驗正是提高學生的讀圖能力和探究能力的良好載體。筆者以該課教學為例，聚焦高階思維，設計了以下學習目標和任務(如表2)。

表2 “大氣層”學習目標和任務

2.2 情境深度創設，強化學習動機

通過創設真實的情境，學生在實踐活動中利用所學知識來解決問題，能有效建構知識意義。深度學習要求學習者能解決復雜的真實問題。在深度創設的真實情境中模擬社會實踐，學生積極投入，對所學知識進行遷移應用。

案例二

在“大氣層”教學中，教材和教師一般都從地球的外衣——氣體圈層引入，缺乏新意。筆者通過查閱網絡資料，用“奧地利冒險家菲利克斯·鮑姆加特納從距地面高度約39 千米的氦氣球攜帶的太空艙上跳下并成功著陸”的視頻引入新課，創設真實情境，形成有選擇的注意，激發學習熱情。

教學情境貫穿整個教學過程，以冒險家鮑姆的記者招待會為主線，各個教學目標在答記者問的過程中有序完成。利用記者的4個問題，在回答問題的過程中完成大氣溫度的垂直分布特點，大氣分層規律，對流層特點等教學重點。主線教學增強了情境的真實性，也增加了學習的趣味性，有效促進學生進行有意義地深度學習。

2.3 深度設計量表，提高評價能力

科學探究活動是促進學生全身心投入課堂，成為教學活動主體的良好載體。在實際教學中，科學探究往往以教材上的探究活動為主，教材中的實驗多為驗證性實驗或有固定答案的實驗設計。教師探索改進實驗和創新實驗，可以有效激發學生的探究興趣和學習動機。對于科學探究活動，設計合適的PTA 量表[5]，能形成“生生互評、師生互評”的氛圍，即時反饋小組合作探究結果。教師通過量表可以了解課堂教學效果，從而調整教學策略，改進教學設計。

案例三

八年級的學生具備一定的實驗設計能力。故設置挑戰性任務，在學生觀察液體對流演示實驗后，提供“U”型管、鐵架臺、酒精燈、線香等實驗器材，分小組設計“氣體對流”實驗方案，并用圖解法表示。各組將設計好的方案貼在黑板展示，每位學生仔細觀察各組的實驗方案后，在認為最佳方案上打鉤，票數最多的一組被評為最佳方案。筆者在實際教學中發現，通過組內合作交流，不少小組能設計出正確的實驗方案。但在評選最佳實驗方案時，由于缺少科學統一的評價標準，一些缺乏可操作性甚至原理錯誤的方案獲得了較高的票數。故在第二次教學中進行改進，提前設計好“氣體對流實驗PTA 檢核量表”（如表3），在設計實驗前就發給學生，心中有標準，學生的實驗方案質量更高，最佳方案評選活動也更合理有序。活動結束后，學生對照量表進行自我評價，促進自我反思和成長。

表3 氣體對流實驗PTA檢核量表

3 結語

深度學習的最終目標是通過深度的學習實現知識向實踐活動的轉化。筆者在實際教學時，各教學環節緊扣教學目標，學生在真實的具有挑戰性的情境問題或任務中驅動下主動學習，學習興趣濃厚，思維活躍。在氣體對流運動探究活動中，學生親身體驗整個探究過程，展現出了濃厚的興趣。在最佳方案的介紹和提問環節，學生在爭辯中逐漸明晰概念建立的科學性、規范性，鍛煉了學生的思維能力。在探究實踐中，設計量表明確評價標準，學生表現得到及時反饋，為探究改進和教學調整提供方向。與之前的課堂相比，整個課堂學習走向深度，思維走向高階。但在探究方案設計、PTA量表應用和評價過程中存在耗時過長的現象，需要進一步研究改進。