基于深度學習的初中科學學業(yè)水平考試復習策略
——以《生態(tài)系統(tǒng)》為例

黃鵬飛|浙江省溫州市教育教學研究院

義務教育科學課程是一門體現(xiàn)科學本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，其相應的學業(yè)水平考試，是對學生學完本課程后課程目標達成度的有效檢測。《義務教育科學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“《課程標準》”）要求初中學業(yè)水平考試注重考試命題的素養(yǎng)立意，全面考查學生的科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任，命制出具有情境性、開放性、綜合性、探究性、表現(xiàn)性的試題，引導教師積極探索基于情境、問題導向、深度思維、高度參與的教學模式。2023年11月浙江省教育廳發(fā)布《關(guān)于實施初中學業(yè)水平考試全省統(tǒng)一命題的通知》，也提出“命題要引導學生自主、合作、探究學習，試題既注重考查基礎(chǔ)知識、基本技能，又注重考查思維過程、創(chuàng)新意識和分析問題、解決問題的能力”等要求。可見，通過設(shè)計多樣化的情境性問題，基于學生的問題解決考查學生的核心素養(yǎng)，是初中學業(yè)水平考試命題的新要求。

深度學習是指在教師的引領(lǐng)下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。它要求教師、學生、知識要緊密聯(lián)系在一起，以共同實現(xiàn)學生的全面發(fā)展。它既是培育核心素養(yǎng)的重要途徑，也是應對命題新要求而進行復習的重要理論基礎(chǔ)。其主要特征有聯(lián)想與結(jié)構(gòu)、活動與體驗、遷移與應用、價值與評價等［1］。下面，筆者以浙教版義務教育教科書《科學》中《生態(tài)系統(tǒng)》一節(jié)的復習為例，闡述如何充分利用深度學習的相關(guān)特征，結(jié)合初中學業(yè)水平考試的要求，系統(tǒng)地設(shè)計復習教學。

一、聯(lián)想與結(jié)構(gòu)：把握學情，使概念結(jié)構(gòu)化，建構(gòu)科學觀念

學習是以學習者的經(jīng)驗為基礎(chǔ)而進行的建構(gòu)過程。學習的有效與否與學情密切相關(guān)。深度學習強調(diào)的聯(lián)想與結(jié)構(gòu)，即如何有效喚醒學生的原有經(jīng)驗，并結(jié)合教學使之得以提升、結(jié)構(gòu)化，成為能被準確理解的有意義的知識。

科學觀念以眾多科學概念的學習為基礎(chǔ)，并經(jīng)過結(jié)構(gòu)化而形成。它是科學核心素養(yǎng)的重要組成，是學生解決初中學業(yè)水平考試中各類問題的重要前提與基礎(chǔ)。開展科學復習時，教師應細致分析學生對主要概念的認識狀況，然后以實物、模型、實驗、事例等為載體，創(chuàng)設(shè)兩類易理解的情境性問題：一類指向主要概念，另一類指向概念之間的關(guān)聯(lián)。教師要充分呈現(xiàn)學生對概念的原有認識，并通過對問題的分析、探究等，引導學生準確理解各主要概念，并厘清各概念之間的關(guān)系，進而織線成網(wǎng)，促進概念的結(jié)構(gòu)化，逐步建構(gòu)科學觀念。下面以具體案例說明。

【案例1】《生態(tài)系統(tǒng)》復習教學片段之“認識生態(tài)球”

情境：呈現(xiàn)生態(tài)球?qū)嵨铮▋?nèi)有水、水草、小魚等）。說明：如果護理得當，該生態(tài)球中的小魚可存活一年之久。

問題：（1）什么是生態(tài)系統(tǒng)？生態(tài)系統(tǒng)的主要特點有哪些？（2）如果將生態(tài)球看作一個生態(tài)系統(tǒng)，那么它的成分有哪些？各成分有何功能？（3）生態(tài)球中小魚所需的營養(yǎng)與氧氣從何而來？為什么可以長時間獲得？（4）生態(tài)球中生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有哪些特點？結(jié)構(gòu)與其成分之間有何關(guān)聯(lián)？（前兩個問題指向概念，后兩個問題指向概念間的聯(lián)系）

設(shè)計意圖：在這節(jié)復習課之前，學生已分別學習了生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)成分、結(jié)構(gòu)與功能、食物鏈與食物網(wǎng)等主要概念。所以在復習時引導學生觀察生態(tài)球，思考、解決兩類指向性問題，以此呈現(xiàn)學生對已學概念的認識及對概念層級關(guān)系的理解。

筆者后續(xù)通過織線成網(wǎng)的方式引導學生呈現(xiàn)這種關(guān)系，促使其將主要概念結(jié)構(gòu)化，逐步建構(gòu)科學觀念。學生形成的結(jié)構(gòu)化結(jié)果如圖1所示。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)部分主要概念之間的結(jié)構(gòu)化

二、活動與體驗：任務導向，合作探索，提升探究實踐能力

學生是學習的主體，皮亞杰認為兒童能夠在行動中獲得動力以進行學習，而佛勒內(nèi)把“實驗探索”作為教育法的主要原則之一，即認為學生只有通過活動才能學習［2］。深度學習關(guān)注活動與體驗，即倡導創(chuàng)設(shè)活動引導學生主動參與，并提升學生對相關(guān)活動的真實體驗，以促進學生真正建構(gòu)知識，實現(xiàn)有效學習。

《義務教育課程方案（2022 年版）》提出“變革育人方式、突出實踐”，倡導“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”。《課程標準》也提出把探究實踐作為主要教學方式的教學建議。這都反映出活動與體驗對于科學學習的重要性。

復習時，教師應結(jié)合主要概念創(chuàng)設(shè)實踐探究性學習任務，引導學生合作探索，并基于任務的完成提升學生對概念的體驗與理解，促進學生“評價與設(shè)計探究”“解釋數(shù)據(jù)與證據(jù)”“工程設(shè)計與物化”等探究實踐能力的提升，進而幫助學生為解決初中學業(yè)水平考試中的探究性、表現(xiàn)性問題積累經(jīng)驗。下面以具體案例說明。

【案例2】《生態(tài)系統(tǒng)》復習教學片段之“設(shè)計和改良生態(tài)球”

情境：給每小組分發(fā)學生制作的生態(tài)球（內(nèi)有小魚、水草、池水）。要求小組合作，結(jié)合探究實踐，解決問題。

問題：（1）生態(tài)球中應放置哪些生物與非生物？它們之間具備怎樣的數(shù)量關(guān)系才能持久生存？（2）如何判斷一個生態(tài)球內(nèi)的生物（特別是動物）能否持久生存？（3）如何判斷一個生態(tài)球是否密封？（4）如何改良小組分發(fā)到的生態(tài)球？如何獲取證據(jù)以證明生態(tài)球得到了改良？

設(shè)計意圖：制作生態(tài)球這一任務具有開放性與探究性，可以充分激發(fā)學生的探究興趣。由此，學生可積極主動地投身實踐，并結(jié)合小組討論和動手實踐活動以改良生態(tài)球。在這一過程中，學生不僅能體驗到穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中各種成分之間必須具備一定的數(shù)量關(guān)系，從而對各成分的作用有更深刻的認識，豐富對生態(tài)系統(tǒng)這一概念的理解，而且能針對實物的觀察、改進設(shè)計與操作，增加活動體驗，提升觀察、實驗設(shè)計和獲取證據(jù)等探究實踐的能力。

三、遷移與應用：把握本質(zhì)，綜合應用，發(fā)展科學思維

學校教育的一個主要目標是為學生能夠靈活地適應新問題和新情境作準備，遷移與應用則是學生學會學習的一個重要標志。但要學會遷移與應用，其重要前提之一是要把握知識的本質(zhì)屬性及其變式，厘清某一知識與其他知識的內(nèi)在聯(lián)系。研究表明，在多樣化情境中比在單一情境中學到的知識更利于遷移［3］。因為，多樣化的情境可以展示出知識的各個側(cè)面，便于學生從各個角度進行認識、理解，從而能夠區(qū)別知識的本質(zhì)屬性及其變式，形成對知識的全面理解。

科學概念的學習，不僅能促使學生理解科學知識、形成科學知識體系，也是引導學生發(fā)展科學思維、提升科學素養(yǎng)的重要途徑和方式［4］。復習時，教師可創(chuàng)設(shè)多樣化的情境并設(shè)計相關(guān)問題，引導學生通過比較、分析所用概念的本質(zhì)屬性與其變式的區(qū)別，幫助學生從事實性知識的認知過渡到更高層次的概念性理解上［5］。為提高學生的遷移與應用能力，教師還可進一步使情境復雜多樣，使問題更綜合更具挑戰(zhàn)性，并給學生提供支架，引導學生分析情境獲取信息，綜合應用更多類型的科學概念，從而以更科學、更系統(tǒng)的表達去創(chuàng)造性地解決問題。這種體現(xiàn)“深度思維”的復習，可有效提升學生解決初中學業(yè)水平考試中綜合性、開放性試題的能力。下面以具體案例說明。

【案例3】《生態(tài)系統(tǒng)》復習教學片段之“對熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)物種最為豐富現(xiàn)象的解釋”

情境：氣候、棲息地以及食物等是影響生物生存與進化的重要因素。地球陸地上存在著不同類型的生態(tài)系統(tǒng)，其中熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)的物種非常豐富。為什么熱帶雨林的物種如此豐富？興趣小組收集到以下資料。

資料一：科學家認為，距今幾千萬年前，地球經(jīng)歷了幾次冰川期，導致大量生物滅絕。而熱帶雨林位于赤道附近，受冰川期的影響相對較小。

資料二：熱帶雨林的部分特征

特征1：熱帶雨林的平均氣溫、年降水量與其他類型的生態(tài)系統(tǒng)存在差異（圖略）。

特征2：熱帶雨林具有分層結(jié)構(gòu)（圖略），且樹木四季常青，各種生物生命活動旺盛。

問題：（1）熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)同生態(tài)球相比，其組成成分、結(jié)構(gòu)與功能有何相似或不同？（2）結(jié)合上述信息，運用所學知識，對熱帶雨林物種非常豐富的原因作出解釋。

設(shè)計意圖：解決第一個問題，學生需要通過對兩類情境的比較，明晰不同生態(tài)系統(tǒng)的生物類型、食物鏈的復雜程度、自動調(diào)節(jié)能力等可能不同，但其組成成分、物質(zhì)循環(huán)與能量流動的規(guī)律、動態(tài)平衡的特點等是相似的。而這些相似點正是生態(tài)系統(tǒng)特征的本質(zhì)體現(xiàn)，由此可促進學生把握概念的本質(zhì)。第二個問題考查學生解釋現(xiàn)象的能力，具體涉及閱讀并獲取信息的能力、高階思維能力、對學科概念的理解能力、書面表達能力等，具有較高的綜合性與開放性。其中，獲取信息是解釋的基礎(chǔ)，對學科概念的理解以及分析、推理等能力是解釋的關(guān)鍵［6］。要解答此題，學生必須遷移應用多個科學概念（如生態(tài)系統(tǒng)、遺傳與變異、生物的進化等），并結(jié)合模型建構(gòu)、推理論證等科學方法，方可對現(xiàn)象作出科學的解釋。因此，在此題的解答過程中，學生可提升對相關(guān)知識的遷移與應用能力，進而發(fā)展科學思維。

四、價值與評價：融合教育，反思領(lǐng)悟，培育態(tài)度與責任

學生的核心素養(yǎng)是學生通過課程學習逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。“教學是培養(yǎng)人的社會活動，要以人的成長為旨歸。”［7］因此，教學不僅要促使學生掌握知識與方法以及發(fā)展能力等，還要促使學生形成正確的價值觀。這便是深度學習倡導的價值與評價，但價值觀的形成需要一個長期的過程，而且是一個以體驗為基礎(chǔ)的內(nèi)化過程。

復習時，教師可將價值觀教育與科學知識教學融合，通過精心設(shè)計的問題，引導學生對問題本身與問題解決過程進行反思，探尋問題的成因，體驗問題解決過程中的各種探究與實踐，從而領(lǐng)悟科學的價值，明晰作為一名公民應有的態(tài)度與責任。通過持續(xù)、系統(tǒng)、自然的融合式教育，可達到潤物細無聲的效果，從而更好地促進學生形成正確的價值觀。下面以具體案例說明。

【案例4】《生態(tài)系統(tǒng)》復習教學片段之“對‘生物圈2號’實驗的反思”

情境：“生物圈2號”是一個模擬地球生態(tài)環(huán)境的全封閉實驗場。1993 年1 月，8 名科學家進入“生物圈2 號”。原計劃在其中生活兩年，靠吃自己生產(chǎn)的糧食，呼吸植物釋放的氧氣，飲用自然凈化的水生存。但一年多以后，氧氣含量從21%迅速下降到14%，而二氧化碳的含量直線上升。所有傳粉類昆蟲都死亡，脊椎動物也死亡。降雨失控，人造沙漠變成了叢林和草地。科學家被迫提前撤出，“生物圈2號”實驗以失敗告終。

問題：（1）“生物圈2 號”內(nèi)的氧氣含量下降、二氧化碳含量直線上升、傳粉昆蟲死亡等現(xiàn)象，分別會對里面的生物產(chǎn)生什么影響？（2）“生物圈2號”是當今最發(fā)達國家利用最好的技術(shù)耗費巨資建造的，這一實驗的失敗對人類有何啟示？

設(shè)計意圖：這一教學設(shè)計可幫助學生了解人類在創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)方面的努力，認識相關(guān)生態(tài)因素對生物的影響，領(lǐng)悟保護環(huán)境的重要性。“生物圈2號”是人類建造大型人工生態(tài)系統(tǒng)的一次重要探索，其建造所依據(jù)的原理包括“生態(tài)系統(tǒng)”的相關(guān)知識。從這一情境出發(fā)，可設(shè)計出對學生有較強吸引力與啟發(fā)性的系列問題。第一個問題指向生物、非生物等環(huán)境因素對生態(tài)系統(tǒng)中各種生物的影響，問題的解決過程需要學生運用科學思維與相關(guān)科學概念。第二個問題指向態(tài)度與責任，即再好的技術(shù)都可能存在安全風險，以此促使學生認識到“破壞生態(tài)系統(tǒng)容易，但重建生態(tài)系統(tǒng)非常困難”。在此基礎(chǔ)上，學生能更好地領(lǐng)悟“人類只有一個地球，保護地球家園就是保護自身”，從而培育珍愛地球、保護環(huán)境的態(tài)度與責任。同時，由情境引出的這兩個問題適切、自然，且關(guān)聯(lián)密切，較好地體現(xiàn)了態(tài)度與責任教育與科學知識教學融合進行的特點。

綜上，在進行基于深度學習的初中科學學業(yè)水平考試復習教學時，教師需要明確課程目標與初中學業(yè)水平考試的命題導向，把握學情，以學生對知識或概念的原有認知為基礎(chǔ)，設(shè)計能促進知識或概念結(jié)構(gòu)化的情境與問題，引導學生以任務為導向，合作探索，從而掌握知識或概念的本質(zhì)，并能夠遷移應用，提升探究實踐能力，發(fā)展科學思維。教師還要掌握價值觀培育與評價的正確方法，開展融合式教育。只有這樣，初中科學復習才能更好地體現(xiàn)基于核心素養(yǎng)的“教—學—評”一體化，引導更多的學生深度參與復習，提升復習效率，有效發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，為學業(yè)水平考試做好準備。