促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的初中科學(xué)核心實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課教學(xué)對策探究

摘 要：文章以“空氣中氧氣含量的測定”為例，論述如何在科學(xué)復(fù)習(xí)課中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。文章從五方面進(jìn)行了闡述：確定教學(xué)目標(biāo)、選定真實(shí)情景、設(shè)計(jì)問題鏈、不同方式的評價(jià)和創(chuàng)設(shè)新情境，旨在通過不同的途徑激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)學(xué)生深度思考，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);初中科學(xué);問題鏈

中圖分類號：G633.8?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1673-8918（2022）01-0109-06

教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心“深度學(xué)習(xí)總項(xiàng)目組”對“深度學(xué)習(xí)”做了概念性界定：在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心地參與、體驗(yàn)成功，獲得發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過程。從另一角度講，深度學(xué)習(xí)是指通過探究學(xué)習(xí)的共同體促進(jìn)有條件的知識和元認(rèn)知發(fā)展學(xué)習(xí)。它鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者積極地探索、反思和創(chuàng)造，而不是反復(fù)記憶，即一種基于理解的學(xué)習(xí)。它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者批判性地學(xué)習(xí)新思想和新知識，把它們納入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，將已有的知識遷移到新情境中，從而幫助決策、解決問題。

《空氣中氧氣含量的測定》成為初中核心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的原因由浙江省各市最近幾年的中考試題可以反映出來?，F(xiàn)將2016～2021年各市的實(shí)驗(yàn)探究題出現(xiàn)的原題年份、題號、分值、考點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)圖形統(tǒng)計(jì)如表1、圖1～圖5。

由這些試題在中考中所占的“分量”可以看出“空氣中氧氣含量的測定”實(shí)驗(yàn)在初中科學(xué)的核心位置。歸納總結(jié)可以得出以下4點(diǎn)特點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)誤差的分析和原因。②根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理并計(jì)算。③出現(xiàn)各種異常情況的原因分析。④均需要學(xué)生運(yùn)用分析、評價(jià)等高階思維的能力。

很多老師知道這一實(shí)驗(yàn)的核心地位，于是找有關(guān)測定空氣中氧氣的試題，讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)，雖然也達(dá)到一定效果，但是學(xué)生需要花很多時(shí)間去做、去理解，很不高效。學(xué)生的思維能力也沒有很好地得到鍛煉，而中考前的時(shí)間又很緊迫。因此在中考前的專題復(fù)習(xí)中設(shè)計(jì)一堂課尤為重要。要上一節(jié)專題復(fù)習(xí)課，首先要進(jìn)行學(xué)情分析，設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，然后再創(chuàng)設(shè)合理情境，在合理的情境中講課的內(nèi)容以問題鏈的形式進(jìn)行開展。圍繞思維培養(yǎng)這一隱線目標(biāo)，教師設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、邏輯思維和創(chuàng)新思維是重中之重，以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，整個(gè)操作模型流程圖為圖6：

筆者曾在“溫州市中考復(fù)習(xí)會議”過程中開設(shè)“空氣中氧氣含量的測定”的公開課，現(xiàn)將整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)過程展開分析。

一、 了解學(xué)情，立足學(xué)生思維發(fā)展，確定教學(xué)目標(biāo)

一節(jié)復(fù)習(xí)課，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定尤為重要，因?yàn)榻虒W(xué)目標(biāo)是教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，是教師對學(xué)生要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果或最終留下的思維痕跡的明確闡述。教學(xué)目標(biāo)的確定是教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，它首先確定教師想通過整節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)對學(xué)生所達(dá)水平程度的期望，是教學(xué)目標(biāo)的方向。其次它給教學(xué)任務(wù)是否完成提供測量和評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)的基本前提。

課程標(biāo)準(zhǔn)對空氣中氧氣含量的測定活動(dòng)要求較簡單，對于學(xué)生如何測定障礙不大。但整合起來，分析測定結(jié)果不準(zhǔn)的原因、實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)等對學(xué)生科學(xué)思維的要求就很高。通過課前調(diào)查、測試等筆者了解到：很多學(xué)生只是知道存在誤差，卻并沒有真正理解誤差產(chǎn)生的原因。基于最近學(xué)生發(fā)展區(qū)，筆者最后確定以下教學(xué)目標(biāo)：

1. 通過復(fù)習(xí)測定空氣中氧氣的含量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)裝置、材料選擇、操作方法等三方面改進(jìn)提高實(shí)驗(yàn)精確性，體會對觀察和測量的精確性做出評價(jià)，能提出增加證據(jù)可靠性或獲得進(jìn)一步證據(jù)的相關(guān)探究的具體改進(jìn)建議，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和批判性思維。

2. 運(yùn)用歸納出的三方面提高實(shí)驗(yàn)精確性的方法，通過小組合作，學(xué)會選擇合適實(shí)驗(yàn)材料連接實(shí)驗(yàn)裝置，能正確完成實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)，提升遷移能力。即對探究目的和已有條件，確定相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟得到加強(qiáng)鞏固與提升，培養(yǎng)學(xué)生用發(fā)展的眼光看問題。

3. 通過對紅磷燃燒時(shí)氧氣體積、含量變化曲線圖及熄滅后出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析，學(xué)會獲取證據(jù)，進(jìn)行合適評價(jià)與解釋。即落實(shí)好對探究過程和證據(jù)的獲得方式、方法、過程做出合適評價(jià)，能說明反常結(jié)果和證據(jù)的不可靠，或解釋證據(jù)是否充分支持結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生舉證的意識。

4. 通過測定蝗蟲呼吸作用單位時(shí)間內(nèi)消耗的氧氣的量，運(yùn)用科學(xué)知識和技能解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價(jià)交流達(dá)成共識。

二、 以原實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，力求發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

課程標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施建議中提出：測試題目的編制要盡量采用比較簡單的真實(shí)情景或基于真實(shí)情景的抽象模型。因此為引領(lǐng)科學(xué)教學(xué)，促使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)，每年中考題往往會結(jié)合課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考核，希望通過考核讓老師重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。筆者在這節(jié)課上創(chuàng)設(shè)一個(gè)情景引入：天氣冷，教室里窗戶開得不大，除同學(xué)們外還有那么多聽課老師，會不會氧氣含量不足呢？出示測定氧氣含量儀直接測量，發(fā)現(xiàn)與筆者的學(xué)生在自己學(xué)校測得的含量數(shù)據(jù)基本一致。追問：實(shí)驗(yàn)室如何測定空氣中氧氣的含量？引出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材。

課程標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施建議部分提到：科學(xué)探究的教學(xué)活動(dòng)，除親身參與搜集證據(jù)、得出結(jié)論這種形式外，還可以采取分析已有的科學(xué)探究案例，從中學(xué)習(xí)與領(lǐng)會前人的成功經(jīng)驗(yàn)、失敗教訓(xùn)和創(chuàng)新過程。整個(gè)教學(xué)情境雖然沒有學(xué)生親自再次實(shí)驗(yàn)，但筆者學(xué)生測定的實(shí)驗(yàn)原數(shù)據(jù)有照片可以證明。真實(shí)的情境是架設(shè)在“已知”和“未知”之間的橋梁，激勵(lì)學(xué)生去挑戰(zhàn)自我，形成主動(dòng)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，這樣的教學(xué)情境促進(jìn)學(xué)生思考問題，將思維聚焦學(xué)科思想，直指發(fā)展學(xué)生思維。

三、 設(shè)計(jì)原實(shí)驗(yàn)問題鏈，凸顯“遞進(jìn)性”和“挑戰(zhàn)性”，發(fā)展學(xué)生思維

課堂設(shè)計(jì)的問題鏈?zhǔn)巧疃葘W(xué)習(xí)的載體，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下圍繞具有挑戰(zhàn)性的問題開展深度思考，這也是落實(shí)教學(xué)目標(biāo)的途徑。復(fù)習(xí)課要打破“炒冷飯”和“低思維”，教師要設(shè)計(jì)好問題鏈，既要激發(fā)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)的興趣，又要激活學(xué)生的深層思考，一節(jié)課的問題設(shè)計(jì)要做到有層次、有遞進(jìn)，做到邏輯思維嚴(yán)密性和環(huán)環(huán)相扣。下面將展示筆者的部分課堂實(shí)錄：

師：我們學(xué)過用實(shí)驗(yàn)室的方法測定空氣中氧氣的含量，你能否對實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行排序？（鼓勵(lì)表揚(yáng)學(xué)生）

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程中需要注意哪些事項(xiàng)？若操作不當(dāng)，會引起什么后果？

歸納操作不當(dāng)?shù)母鞣N情況。

（評析：此問題鏈以原實(shí)驗(yàn)排序和操作引起的誤差分析為起始，主要考慮到學(xué)生的元認(rèn)知和心理特征，從思維上降低要求來檢驗(yàn)學(xué)生的原有水平，為后續(xù)的升級思維做鋪墊，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析歸納能力和語言表達(dá)能力）

師：這位同學(xué)巧妙利用量筒來測定空氣中氧氣的體積、含量，根據(jù)該同學(xué)的設(shè)計(jì)，分析實(shí)驗(yàn)裝置是如何測定的。

師：該同學(xué)測定的空氣中氧氣的體積、含量是多少？

你認(rèn)為引起測定值偏大的原因該是哪項(xiàng)？

（評析：通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的測定作為示范，讓學(xué)生在接下來的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中能有思考的方向，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)原理，讓學(xué)生進(jìn)一步加深理解，鍛煉學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力）

師：有辦法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)嗎？該同學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下：

師：操作得當(dāng)了，實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)了，為什么測量值偏小了？根據(jù)曲線圖，你得到什么啟示？請解釋這一情況。

小組討論：為什么在燃燒結(jié)束后空氣中氧氣的體積、含量還在慢慢下降呢？

師：我們知道實(shí)驗(yàn)材料本身就會引起一定的誤差，那么如果要提高實(shí)驗(yàn)的精確性，實(shí)驗(yàn)材料需要具備哪些條件？

（要求學(xué)生能夠在原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，比之前問題的難度大，非常具有挑戰(zhàn)性和遞進(jìn)性，可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。基于皮亞杰的理論，Shayer提出的“認(rèn)知加速”方案的觀點(diǎn)之一：挑戰(zhàn)或認(rèn)知不平衡有利于心智發(fā)展，所以任何干預(yù)都應(yīng)提供一定的認(rèn)知沖突;教師要將自己的角色定位為干預(yù)者，用設(shè)置的問題干預(yù)學(xué)生平時(shí)習(xí)慣性的知識認(rèn)知。當(dāng)學(xué)生通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，再改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，信心滿滿地以為這時(shí)應(yīng)該可以準(zhǔn)確測定時(shí)，結(jié)果又出現(xiàn)測量值偏小，找原因后發(fā)現(xiàn)還有一段氧氣含量莫名下降的過程，這一干預(yù)就引起了學(xué)生的認(rèn)知沖突。很多學(xué)生就深度思考，什么原因引起燃燒結(jié)束后氧氣含量緩慢下降？學(xué)生會思考各個(gè)方面的原因，在權(quán)衡過程中他們會想到原來用的過量白磷會在還有氧氣的情況下發(fā)生緩慢氧化。再進(jìn)一步推進(jìn)深入思考，之所以會緩慢氧化，從微觀角度解析是微粒間相互接觸的概率在下降，從而很好地理解并解決了挑戰(zhàn)的干預(yù)，鍛煉了學(xué)生深度思考解決問題的能力）

師：老師也查了資料，理出以下幾種材料的各種信息，請綜合考慮各因素，說說哪種材料更適合做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。追問：發(fā)現(xiàn)氣體的物質(zhì)氧氣含量的最低值都要低得多的原因能否從微觀的角度去解析呢？總結(jié)：通過前面的學(xué)習(xí)我們知道要提高實(shí)驗(yàn)的精確性要從三方面改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。下列書本實(shí)驗(yàn)的研究問題是什么？

（評析：可以選擇硫磺或氫氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，打破學(xué)生原有的認(rèn)知，因?yàn)閯傞_始進(jìn)行空氣中氧氣體積、含量的測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理過程中很多老師不斷強(qiáng)調(diào)，生成物不能是氣態(tài)，原物質(zhì)不能是氣態(tài)，打破了學(xué)生原有的認(rèn)知，讓學(xué)生意識到科學(xué)知識有一個(gè)不斷發(fā)展完善的過程，能用辯證的思想去解決問題，用科學(xué)的發(fā)展觀去解決問題，同時(shí)也提醒很多老師對一些知識不要教得絕對化。如這幾年中考中經(jīng)常出現(xiàn)這類打破平時(shí)常規(guī)的試題。2020年紹興15題如圖，甲、乙實(shí)驗(yàn)可以得出“定滑輪不能省力”這一結(jié)論。小敏想通過一次實(shí)驗(yàn)既得出結(jié)論，又能直接顯示出鉤碼的重力大小，于是在左側(cè)加上一個(gè)相同的彈簧測力計(jì)（彈簧測力計(jì)重力不能忽略、繩和滑輪之間摩擦不計(jì)）。下列四套裝置中能實(shí)現(xiàn)的是（? ）

這道題采用了挑戰(zhàn)的干預(yù)，它就是打破平時(shí)常規(guī)，加上彈簧測力計(jì)的使用，讓學(xué)生真正要懂得使用的原理和實(shí)質(zhì)）

四、 設(shè)置新情境、新問題檢驗(yàn)教學(xué)成效，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)深度思考

控制論的創(chuàng)始人維納曾說：“有效的行為必須通過某種反饋信息來取得信息，從而了解目的是否已經(jīng)達(dá)成?！眰鹘y(tǒng)教學(xué)對課堂檢測和反饋缺乏一定的重視，一般就是用習(xí)題進(jìn)行鞏固或只是在單元或期末測試前進(jìn)行知識檢測，能力方面很少得到檢測。這些做法導(dǎo)致課堂教學(xué)效率不高。離開了有效的教學(xué)檢測和反饋，課堂好比無頭蒼蠅到處亂撞。學(xué)生的學(xué)習(xí)和思維發(fā)展變成了虛無的空中樓閣。有效的檢測和反饋既能提高課堂教學(xué)的效果，又能驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步思考，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。另外，最近幾年各市中考卷中出現(xiàn)讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的題目，很多學(xué)生無從著手，為了進(jìn)一步提升學(xué)生能力，激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，筆者設(shè)計(jì)了如下新情境、新問題：

請選擇實(shí)驗(yàn)材料連接實(shí)驗(yàn)裝置并寫出實(shí)驗(yàn)步驟，測定蝗蟲呼吸作用單位時(shí)間內(nèi)消耗的氧氣的量。

學(xué)生展示小組作品并回答：如何檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的氣密性？為什么要選擇多只蝗蟲？為什么a連接c，d連接b？用歸納出的三方面去解析。

最后的新情境和新問題實(shí)質(zhì)是對課堂內(nèi)容的檢測。并且實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)意在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思想，分析問題和遷移、解決實(shí)際問題的能力。筆者采取小組合作學(xué)習(xí)模式，創(chuàng)設(shè)平等的交流平臺，讓學(xué)生一起討論、設(shè)計(jì)、連接實(shí)驗(yàn)裝置并寫出實(shí)驗(yàn)過程的步驟再展示作品，不論他們能力如何，都給予充分表達(dá)和解釋實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會，這是學(xué)生思維內(nèi)化的過程，是高階思維過程發(fā)展的關(guān)鍵，也是深度學(xué)習(xí)的必經(jīng)之路。

五、 合理實(shí)施評價(jià)體系，注重評價(jià)的“多元化”和“發(fā)展性”，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)

新課程標(biāo)準(zhǔn)就評價(jià)內(nèi)容和方式提到：評價(jià)必須全面關(guān)注學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。并突出對學(xué)生綜合科學(xué)能力以及應(yīng)用所學(xué)知識和方法解決實(shí)際問題能力的評價(jià)。本節(jié)課雖指向?qū)W業(yè)考試，但現(xiàn)在學(xué)業(yè)考試的命題導(dǎo)向也要求考察學(xué)生的高階思維，與深度學(xué)習(xí)理念是一致的。筆者在教學(xué)過程中充分利用小組合作模式，進(jìn)行學(xué)生自評、生生互評、師生互評，培養(yǎng)學(xué)生分析歸納、批判性思維和創(chuàng)新意識，通過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的展示，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的喜悅。在這種“多元化”評價(jià)中學(xué)生對實(shí)驗(yàn)裝置不斷地進(jìn)行修正完善，在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的同時(shí)，還激發(fā)學(xué)生用批判的眼光去看待實(shí)驗(yàn)中存在的問題。同時(shí)，運(yùn)用“發(fā)展性”的思想考慮選擇材料的合理性，真正做到對學(xué)生“終身發(fā)展負(fù)責(zé)”，切實(shí)提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和思維。

總而言之，思維能力是人的能力的核心，是創(chuàng)造力的基礎(chǔ)。復(fù)習(xí)教學(xué)中知識喚醒整合固然重要，但提升學(xué)生的思維能力更為重要?！皩W(xué)起于思，思源于疑”，復(fù)習(xí)課要提倡帶著科學(xué)的眼光發(fā)現(xiàn)問題，帶著科學(xué)的頭腦思考問題。這樣學(xué)生將來才有可能在科學(xué)領(lǐng)域有所成就。高級思維發(fā)展是科學(xué)課堂的重心，是課堂教學(xué)永恒的主題。爛熟于心的標(biāo)準(zhǔn)答案只能制造思想的懶漢，窒息學(xué)生的好奇心與創(chuàng)造力，因此教師在復(fù)習(xí)課上應(yīng)該創(chuàng)設(shè)合理的情境，設(shè)計(jì)層層深入的問題鏈，將知識原理和思維有機(jī)整合，使高階思維能力得到充分體現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

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作者簡介：陳國春（1980～），男，漢族，浙江溫州人，浙江省杭州市余杭區(qū)蔚瀾學(xué)校，研究方向：初中科學(xué)教學(xué)。