“磁現象”教學設計中有關深度學習的研究

趙紫扦 葉秀強

［摘 要］以“磁現象”為例，比較分析淺層學習和深度學習的差異，探索更優的教學方法，以促進學生的深度學習。

［關鍵詞］磁現象；深度學習；淺層學習

［中圖分類號］??? G633.7??????? ［文獻標識碼］??? A??????? ［文章編號］??? 1674-6058（2024）14-0053-04

近年來，如何促進學生深度學習已經成為國內外課堂教學研究的一個熱點。學生深度學習的能力并不是與生俱來的，需要教師通過好的教學設計和教學活動來培養。基于此，筆者以華師大版科學教材八年級下冊第5章第1節“磁現象”為例，比較分析淺層學習和深度學習的差異，探索更優的教學方法，以促進學生的深度學習。

一、深度學習的概念界定

1976年，美國學者Ference Marton和Roger Saljo在《學習的本質區別：結果和過程》一文中首次提出了淺層學習和深度學習的概念。之后，學者們開始對淺層學習和深度學習進行研究并提出了許多不同的見解。

《人是如何學習的：大腦、心理、經驗及學校》一書對深度學習進行了詳細的介紹，指出深度學習是通過探究學習的共同體促進有條件的知識和元認知發展的學習［1］。我國黎加厚等學者認為，深度學習是指在理解學習的基礎上，學習者批判性地學習新的思想和事實，將它們融入原有的認知結構中，將眾多思想相互關聯，并將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學習［2］。龔雷雨和袁錦明兩位學者從學習態度、學習方法和學習結果三個維度對深度學習進行了描述。他們認為“深度學習是學生實現有意義學習的一種學習方式。在學習態度上，表現為學習者對學習充滿興趣，具有很高的積極性，以及在學習過程中感到快樂。在學習方法上，表現為學習者和同伴開展頭腦風暴；踴躍發言；表達自己的觀點；發現問題并提問；在理解問題的基礎上記憶；把新知識與原有知識相關聯；聯系不同學科的知識；批判性地思考，質疑教師和書本的知識。在學習結果上，表現為學習者能舉一反三，進行知識遷移，能和日常生活相結合，解決具體問題”。［3］

由此可以看出，對于深度學習，國內外學者雖然有著不同的見解，但對其本質的理解還是一致的，即認為深度學習是一種強調通過高階思維將新舊知識進行整合，并將知識遷移到真實情境中用來解決實際問題的學習方式，是學生自我導向的一種主動積極的行為。其中，需要我們高度重視的是深度學習的核心——高階思維，它主要是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，如歸納、分析、推理、預測、反思等思維活動［4］。只有真正融入這些思維活動的課堂教學才能有效促進學生的深度學習，才能讓學生對學習感興趣，能夠主動地將新舊知識進行銜接，并敢于發言、勇于質疑，學會舉一反三、學以致用。

二、“磁現象”的淺層學習

關于“磁現象”一課，常見的典型教學案例如下。

環節一：教師選擇磁懸浮陀螺或神奇的擦窗器創設情境引入課堂，讓學生猜測其中的原理。學生很容易猜到是利用了磁的知識，能夠說出是因為物體內部有磁鐵且它們相互排斥或者相互吸引。教師對學生的回答予以肯定，順利引出本課主題。

環節二：教師通過一問一答的方式讓學生回憶已學過的磁知識，并要求學生小組合作，利用提供的實驗器材進行實驗驗證。待學生實驗操作之后，教師再通過一問一答的方式讓學生作答，由此引出磁性、磁體、磁極、磁極間的相互作用等概念。

環節三：首先，教師通過演示實驗或者讓學生開展實驗活動，使學生明白物體之間需要相互接觸才能產生力的作用，而磁體之間不需要相互接觸就能產生力的作用，從而引出磁場的概念。接著，教師通過直接告知的方式或者引導學生進行實驗，使學生認識到可以用鐵粉在磁體周圍的分布情況來表示磁場，從而引出磁感線的概念，建立磁場模型。

上述案例中，環節一看似有教學情境，有學生的猜測和互動，實則流于形式。學生在小學階段已經學過有關磁體的知識，對于磁懸浮陀螺和擦窗器并不陌生，他們只要稍作思考就能回答問題，無法使他們達到憤悱的狀態。教師得到想要的答案之后繼續按照預設進行教學，沒有對情境做更深層次的處理并將它用于之后的教學，只是為了引入而引入，學生沒有生成，缺乏觀察、比較、分析等思維活動。環節二有學生實驗，看起來十分熱鬧，但是將已學的知識再次放入課堂中讓學生重新做實驗來驗證意義不大，對學生來說只是知識的簡單重復，而這些知識仍然是零散、孤立的。環節三選用鐵粉這種材料也是教師直接告知的，并不是學生通過做實驗、發現問題、優化方案、自我修正之后得到的。

在上述教學中，學生的學習停留在淺層上。學生不是學習的主人，他們沿著教師給定的路線前行，沒有精彩的思維碰撞，沒有展現出高階思維，所學的也只是記憶性的知識，并且都是概念、原理等淺表知識。學生并沒有在新知識和原有知識之間建立聯系，也沒有將已有的知識應用到實踐中，缺少反思和批判性思考。

三、“磁現象”的深度學習

為了促進學生的深度學習，筆者針對上述淺層學習的問題，對“磁現象”的教學進行如下優化與改進。

（一）活動引入，激發興趣

在引入環節中，教師先給每組學生準備一個小風箏（風箏內部藏著不同的物體，有鐵釘、鈷片、鎳片等）和一個用白紙包裹的未知物體（內有強磁鐵），再用PPT出示如圖1所示的活動任務。學生小組合作完成任務。

[請你利用白紙包裹的物體在沒有風的情況下讓小風箏飄在空中。][活動：放風箏][溫馨提示：小組合作，一人拉線，一人拿著小風箏和白紙包裹的物體進行操作，不方便時可以站起來。]

圖1 教學引入PPT

分析：這個活動的難度在于學生事先并不知曉小風箏和白紙內部的物體，他們要憑借自己的知識儲備和對兩者的觀察以及動手操作來判斷并合作完成放風箏的任務，這一任務具有趣味性和挑戰性。從學情角度分析，初二學生已經具備了一定的邏輯思維能力，并且他們在小學階段已經學習了有關磁體的知識，對生活中的磁現象有較為豐富的體驗。從目標角度分析，對于磁體的基礎知識，教師可以減少單向講授，多增加學生的自主學習、小組合作活動，以提高他們的觀察能力、動手操作能力，培養他們的團隊協作意識等。基于這兩點分析，這樣的引入設計貼近學生的“最近發展區”，能夠激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性。在活動中，學生需要調用原有的知識來解決“如何利用白紙包裹的物體使風箏飄在空中”這一問題，這是一個自我導向、主動建構的過程，能化被動學習為主動學習，將淺層學習變為深度學習。同時，學生還會在一開始無法讓風箏飄起來，到后來經過小組合作，不斷嘗試，最終使風箏飄起來的過程中獲得成就感、增強自信心。這和深度學習學習態度上的特點相吻合。此外，風箏放成功之后，學生會對小風箏和白紙內到底有什么物體產生疑問，進而產生強烈的探究欲，為后續的學習做鋪墊。

（二）實驗探究，自主建構

在學生完成放風箏的任務之后，教師出示如圖2所示的PPT，讓學生根據活動現象猜測小風箏和白紙內部的物體并進行說理，要求學生在不破壞小風箏和白紙的前提下設計實驗進行驗證，同時將相關內容填寫在學案上。學生首先組內交流，對小風箏和白紙內的物體進行猜想，然后將所有的猜想匯總之后進行小組匯報，并針對每一類猜想進行說理，最后設計實驗方案并進行驗證。

[實驗與探究][思考：為什么將白紙包裹的物體放在小風箏的上方，風箏就能夠飄在空中？][·猜想與假設：白紙內部是????????????????????? ，小風箏內部是??????????????????????????? 。

你的理由是：???????????????????????????????????????????????????????? 。

·實驗方案：???????????????????????????????????????????????????????????? 。

·實驗結論：白紙內部是????????????????????????? ，小風箏內部是????????????????????????? 。]

圖2 磁體教學PPT

分析：這個探究活動的關鍵在于讓學生根據實驗現象對白紙和小風箏內的物體進行猜想、說理、驗證。小學三年級下冊“磁鐵”這一單元讓學生通過觀察和實驗得出磁性的概念，找到磁體中磁性最強的部分——磁極，同時設置活動讓學生自己尋找磁鐵的南北極，探究磁極間的相互作用。此外，還介紹了指南針及其制作方法，以及磁化的概念。可見，學生在小學階段已經通過實驗對磁性、磁極和磁極間的相互作用有了較好的認知。因此，在教學中可以減少學生對已有知識的簡單記憶和實驗步驟的重復練習，增加觀察、分析、預測、推理等思維活動，培養學生的高階思維，促進學生的深度學習。

探究活動中，學生根據實驗現象把猜想寫在學案上，教師將學生典型的猜想放入一張PPT中同時呈現，組織學生觀察、比較所有的猜想，評價猜想的合理性并進行分類。待學生分類之后，教師再組織學生對每一類猜想進行說理，然后讓提出同類猜想的學生說理，再讓其他學生評價、補充。這種交流互動的方式，避免了師生之間簡單的一問一答，從組內交流到班級交流，從獨學到組學再到群學，突出了學生的自我發現、交流評價、合作學習，促進了學生的深度學習。

在對猜想進行說理、設計驗證方案的環節中，學生會在大腦中進行搜索，提取已學的相關知識來證實自己的猜想。因為不同層次的學生對知識的掌握程度不同，所以這一過程學生最容易發生思維碰撞，出現課堂生成。比如，有的學生在說理時提出“磁鐵的兩頭吸引和排斥情況不同”，有學生則馬上進行反駁：“這不叫磁鐵的兩頭，叫磁鐵的兩極，分別是N極和S極。”又如，在設計驗證方案時，學生想到許多種方法，其中有一種方法是用鐵去靠近小風箏或用白紙包裹的物體，若鐵被吸引則說明其內部是磁鐵，若鐵沒有被吸引則說明其內部是鐵。這時就有學生提出疑問：“若鐵沒有被吸引就說小風箏或白紙的內部物體是鐵，這樣的觀點太絕對了，有沒有可能是其他物質呢？”學生的這種批判性思維和勇于質疑的態度，說明他們進行了深度思考，他們能夠發現問題并善于提問，敢于表達自己的觀點。對此，教師可以組織現場辯論，讓學生說觀點、講方法。學生爭辯的過程就是深度學習的過程，這一過程中知識不是教師直接教授給學生的，而是學生在辯論中通過自我建構、自我修正獲得的。

（三）動手實驗，建立模型

在建立磁場模型的環節中，教師先讓學生尋找磁場存在的證據，再讓學生用小磁針去找規律；然后讓學生畫出小磁針的位置，觀察小磁針不同位置的轉向情況，記錄結果并拍照；最后總結小磁針在磁鐵周圍的排布規律。在學生實驗的基礎上，教師再用鐵粉進行實驗，引出磁感線的概念，建立磁場模型。

分析：這樣教學設計的關鍵在于讓學生認識到可以用小磁針在磁場中的受力情況來形象地描述磁場，再通過動手實驗、團隊協作找到規律。從學情角度分析，小磁針就是一個小磁體，這對學生來說并不陌生，在之前的活動和學習中學生已經知道了鐵、磁體等物質如果和一個磁體相靠近時會因為產生力的作用而運動。從教學目標角度分析，磁場的內容比較抽象，教師應減少對磁場知識的機械灌輸、簡單講授，多增加學生的探究活動，突出學生學習的主體性。

在實驗建模之前，教師先質疑學生：“既然磁場看不見、摸不著，你又是怎么知道這里真的有磁場存在呢？能不能試著找一找磁場存在的證據？”學生通過反思推理想到可以用鐵、鎳等不跟磁鐵接觸就能運動的物體來證明磁場的存在。教師進一步提問：“你能否用小磁針來找一找條形磁鐵周圍磁場的分布規律？”學生在已有認知的基礎上開始動手實驗——擺放小磁針找規律。有的學生只在磁鐵周圍放一枚小磁針，有的學生在磁鐵周圍放多枚小磁針，有的學生還會把小磁針在不同位置的偏轉情況畫在白紙上……在學生做完實驗后，教師將幾組典型的實驗結果拍照投影，請學生匯報評價哪種實驗方法更容易找到規律。學生在進行觀察、對比、分析、反思等思維活動后就會發現最優的實驗方法，并歸納總結出磁體周圍磁場分布的大致規律，這就是有效思維的一個進階過程，是體現高階思維、有效溝通、團隊協作的深度學習。在此基礎上，教師告知學生還有更好的器材可以用來代替小磁針，它能更多地排列在磁鐵周圍，顯現出磁場更完整的規律，那就是鐵粉——一種被磁化的磁體。最后，教師演示鐵粉的實驗，引出磁感線的概念。

四、研究收獲

（一）學生方面

在“磁現象”的淺層學習中，學生沒有開放的思維，沒有深度的思考，沒有精彩的思維碰撞。在“磁現象”的深度學習中，從放風箏到對白紙和風箏內部物體的猜想、說理和驗證，再到磁場模型的建立，學生的思維一直處于活躍狀態，他們興趣濃厚，積極性和參與度也很高。在看似“混亂”的場面中，充滿著學生的發言、提問、質疑、爭論，學生進行著歸納、分析、推理、預測、反思等思維活動。通過深度學習，學生既能將舊知識應用于解決實際問題，又能自主獲取新知識，在學到知識的同時提升了學科素養，真正學會了學習，成為學習的主人。

（二）教師方面

基于深度學習的課堂教學開放度高，與傳統的講授式教學相比，學生的思維更加活躍，出現了許多有意義的教學生成，這些寶貴的生成是傳統教學中教師所無法獲得的，而且這些生成又能促進教師進一步反思自身的教學，實現了教師的專業化發展。例如，原本預估學生的實驗驗證方法有以下兩種：（1）用觸摸的方式感受白紙和風箏內的物體的形狀、硬度等，并進行驗證；（2）用一條形磁鐵的兩極分別去靠近白紙包裹的物體和風箏，若兩次靠近都為相互吸引則說明其內部是鐵質物體，若兩次靠近一次為相互吸引另一次為相互排斥則說明其內部是磁鐵。但是學生卻生成了更簡單、更有效的第三種證驗方案——直接用一個帶鐵的筆套去靠近白紙包裹的物體和風箏，然后觀察現象。此外，在學生提出這個方案時受到了其他同學的質疑，由此拓寬了學生的思路。

學生在課堂上的生成和反饋進一步加深了教師對教材和學情的了解，如此堅持下去，教師的自身素質會越來越高，課堂駕馭能力會越來越強，學生的學科素養也會不斷提升，這樣教育就邁上一個新的臺階。

［?? 參?? 考?? 文?? 獻?? ］

［1］? 布蘭思福特.人是如何學習的：大腦、心理、經驗及學校［M］.上海：華東師范大學出版社，2002：268.

［2］? 何玲，黎加厚.促進學生深度學習［J］.計算機教與學，2005（5）：29-30.

［3］? 龔雷雨，袁錦明.深度學習理念下的有效教學設計例談［J］.生物學通報，2010（10）：37-39.

[4]? 鐘志賢.面向知識時代的教學設計框架：促進學習者發展[M].北京：中國社會科學出版社，2006.

（責任編輯 黃春香）