支持学生深度学习的小学科学实验教学策略

■山东省滨州市滨城区杨柳雪镇怀周学校 尚新江

深度学习理念最早出现在计算机领域，后被引入教育学领域，并做出别样的解读。教育学中的深度学习以立德树人为根本目标，使学生能够主动参与学习、全身心投入，通过学习实现健康发展、获得有意义的体验。为了支持小学科学实验教学中学生的深度学习，本文围绕其特征，按照引导学生发现问题、解决问题、延伸问题、反思问题的思路，使学生经历活动与体验、联想与结构、本质与变式、迁移与创造、价值与评判，促进学生高阶思维、关键能力、高级情感的发展。

一、引导学生发现问题——深度学习的前提

陈献章曾说“小疑则小进，大疑则大进”。说明在学习过程中疑问十分关键，而科学实验是观察客观现象、深挖科学知识、探寻科学本质的一项具有探究性和实践性的学习活动。从物质世界现象中发现问题是实验的中心线索，决定学习走向，影响着深度学习效果。因此，发现问题是深度学习的前提，为了发生深度学习，教师应鼓励学生通过自己的观察和理解质疑，提出有探究价值的问题。需要注意的是，根据小学生的年龄特征与能力发展情况，在引导其发现问题时，要尽量利用或还原符合小学生认知水平的客观现象，避免难度过大，否则会打击学生的积极性。

以教科版二年级上册“神奇的纸”教学为例，本课通过实验带领学生了解纸的构造与性质，掌握纸的神奇特性。为了使学生能够围绕纸的功能与特性提出有价值的探究问题，教师应鼓励学生观察和动手操作，使学生主动走向学习深处，探寻知识的本质。

教师引导学生动手改造纸，取出实验中需要的白纸跟随微视频讲解将其折叠为瓦楞状。主要有两个目的，一是为纸的性能探究实验做好准备，对比改造前后纸性能的变化；二是发现纸的新特点。改造结束后，教师引导学生观察，大部分学生可以看出白纸折叠后形状与宽度发生改变，继续指导学生尝试折叠钢尺、硬塑料直尺、铅笔等物品，对比折叠这些物品的感受，从而提出问题：“为什么纸容易折叠，其他材料的物品难以折叠呢？”使学生的思维聚焦关于纸易折叠、可塑性强特点的思考，使其开始关注纸的特点，对平凡的纸产生兴趣。

教师指导学生利用改造中获得的瓦楞状纸完成“按一按”“放一放”“摸一摸”任务，在“按一按”中，取白纸与瓦楞状纸放在桌面上，一只手按在白纸上，另一只手按在瓦楞状纸上，体验两只手的感觉，观察纸的变化，使学生发现问题：“为什么瓦楞状纸能够在按压时弹回？”在“放一放”中，教师指导学生取具有一定厚度且厚度相等的物品，如字典，物品间隔一定距离分置两侧，将白纸与瓦楞状纸先后搭接在物品上，纸中间部位悬空，并向纸中间放置具有一定重量的物品，应按照由轻到重的顺序，两次放置物品的顺序与品类一致，使学生观察纸的承重能力，发现问题：“为什么瓦楞状纸承重能力强？”在“摸一摸”中，教师引导学生接一杯热水，将白纸与瓦楞状纸分别放在热水杯一侧，隔纸感受杯身的温度，通过体验与感受学生发现问题：“为什么隔着瓦楞状纸基本感受不到温度？”

发现问题、提出问题表示学生兴趣与探究欲望被激发，让学生朝着科学现象背后的知识走去，解决问题的热情高涨，渴望探寻能够解释实验现象的知识。基于此，学生经历观察、思考、操作、表达，从思维与肢体两个层面完成活动，对实验探究有了初步体验，激发了联想，拓展了思考广度与深度，使深度学习有了一个良好的开始。

二、引导学生解决问题——深度学习保障

深度学习的发生是在学生原有知识经验与新知体验上产生的，需要学生主动运用知识经验、科学思维与方法解决问题，对新知内涵进行加工、理解，自主完成新知构建，从而进一步丰富活动与体验，在联想和知识结构化中把握知识本质。因此，深度学习必须以学生经历解决问题、主导解决问题过程为保障，经由亲身探索习得知识，摆脱学习的被动性、肤浅性、机械性。需要注意的是，虽然小学阶段的科学实验内容浅显，但是也具有一定的复杂性，依靠学生一己之力容易出现探究过程不完整的情况，导致问题解决方案片面，因此可以采取合作的形式，鼓励学生利用集体智慧解决问题，在思维碰撞中全面认识问题，进一步加深思考，促进新的思路与创意形成。

以教科版四年级下册“点亮小灯泡”教学为例，本节课利用“手电筒亮起来了”使学生发现问题“手电筒里的小灯泡是如何亮起来的？”并鼓励学生以小组合作探究实验的形式找到答案，采取以下三种策略。

第一，引导联想、猜测。发现问题后先组织小组内自由交流，调用知识经验浅谈解决问题的想法。由于学生在之前的学习中了解到电器必须通电才能工作，手电筒使用时无需插电，由电池提供电能，从而确定手电筒亮起来的基础物质条件为电池和灯泡，但是并不清楚如何连接、组装，进而提出假设：要想知道手电筒中小灯泡亮起来的原因，需要探究电池和灯泡之间的连接。

第二，组织探究、实践。教师为学生布置“观察小灯泡”与“点亮小灯泡”两项任务，提供1 只小灯泡、2 根导线、1 节1.5v 干电池，使学生探究并还原手电筒中灯泡与电池组成结构的物质基础。通过“观察小灯泡”任务，学生了解其内部结构与连接情况，对玻璃泡、灯丝、金属架、连接点的作用做出推测，充分了解实验材料，为后续画连接示意图和动手连接做好准备。“点亮小灯泡”任务要求组内商讨使灯泡发光的方案，画出电池、导线、灯泡的连接示意图，讨论后将小组提出的不同方案汇总，并由教师做出补充，形成9 种连接方式，每个小组任选3 种，连接后观察灯泡是否发亮，为了避免因操作不规范导致实验失败，每种连接形式应重复实验2 ～3 次。

第三，汇报结果、找到答案。实践结束后，组间交流点亮灯泡的方法，分析点亮与不能点亮的原因，从而使学生从中找到共同点，能够点亮灯泡的连接方案中均形成了完整的闭合电路，使电流从电池正极产生，再回流到电池负极，经过灯丝部分使灯泡发亮，确定答案，脑海中“电路”的概念更加完善，学生通过这一答案对电器工作的原因有了深刻理解。

引导学生解决问题，使学生带着疑惑与兴趣开启观察、实验，先联想已有知识解决能够处理的问题，并有根据地提出猜想和假设，使解决问题有具体的方向；且合作解决问题能够让学生们在交流想法、演示操作中完成与学科内容的深度交互，逐步感知知识与探究的意义，强化科学学科的实验思想；总结实验结论中的共性，确定问题答案，找到知识本质，建构基本概念与新知，使学生经历活动与体验、联想与结构、本质与结构，支持深度学习发生和高阶思维发展。

三、引导学生延伸问题——深度学习延续

科学知识是在生产生活中产生的，结合学科特性，科学实验教学也不应止步于课堂，要引导学生迁移运用知识、思想和方法解决实际问题，丰富学生运用知识的体验，感受知识对生活和对社会的价值，使学习上升到树立观念、熏陶情感的高度，激发学生对科学的热爱。因此，教师应引导学生延伸问题，将深度学习延续到现实生活中，成为学习习惯。需要注意的是，小学阶段学生的科学思维和探究能力正处于发展阶段，由于并不成熟，单凭自己观察生活现象完成迁移、运用、创造具有极大的困境，仍然需要教师利用问题、情境或任务引导，将延伸问题作为学习过程的一个环节，并非知识单独应用过程。

以教科版五年级上册“制作钟摆”教学为例，本节课通过实验“制作1 分钟摆动60 次钟摆”使学生认识到钟摆的摆动快慢与摆绳的长度有关，根据实验中获得的数据，摆绳长度越长、摆动越慢。为了延续有关科学观念的核心问题，使学生迁移运用实验方法解决现实问题，教师在拓展环节创设真实的情境，布置新的实验任务。

通过“景区设计钟摆”情境，引出制作一分钟摆动30 次与摆动120 次钟摆任务。景区想设计一分钟摆动30 次、60 次、120 次钟摆作为景观装饰，同时发挥与游客互动的作用，鼓励学生应用本节课实验中获得的知识帮助景区完成设计。仍以小组合作的形式展开实验，记录实验过程与数据。

有的小组根据“摆绳长度越长、摆动越慢，摆绳长度越短、摆动越快”的原理分析出，一分钟摆动30次慢于60 次，说明摆绳长度长，实验中直接在一分钟60 次钟摆摆绳长度基础上调长，通过逐步调整确定摆绳长度；而一分钟摆动120 次快于60 次，说明摆绳长度短，实验中直接在一分钟60 次钟摆摆绳长度基础上调短，再逐步调整确定摆绳长度。

有的小组在实验中发现一分钟摆动60 次的钟摆摆绳是一个固定值，推理该结论也适合其他规格的钟摆，形成另一种实验探究形式。学生直接基于摆动次数与摆绳长度之间的数量关系，计算出一分钟摆动30 次与120 次钟摆的摆绳长度，再通过实验验证，虽然验证上述方法错误，但在拓展实验中进行了新的尝试。

真正的深度学习不仅能够把握知识本质，也能够举一反三。将知识迁移到新的开放性情境中，学生依然能够利用实验中的结论、观点、思想和方法解决问题，而且能够从复杂的生活问题中抽象出问题的核心，直击问题本质，锻炼学生的实验能力和科学素养，能够激发学生的创造性。由此使学生经历迁移与创造，进一步丰富学生的学习体验，逐渐将喜欢探寻本质的习惯固化，支持深度学习习惯的养成，真正建立科学与生活的联系，使学生理解学科学、用科学以及科学实验的现实意义，并内化为科学探究精神。

四、引导学生反思问题——深度学习证明

价值与评判也是深度学习的一大特征，是指理解与反思学习内容和学习过程，由学生自己完成价值评判，是学生固化科学实验思维、树立正确价值观的环节，学生对知识的意义与价值有了正确判断才说明真正完成了深度学习。因此，科学实验教学中教师应引导学生反思问题，在问题的引领下回顾整个实验过程，反思关于科学现象的猜想、为验证猜想制定的实验计划、实验中的错误、总结应该注意的事项、对比与同学想法的异同、探究结果的异同、评判实验方法的优势与劣势，从而积累经验，将对自己有益的内容固化为学科思维，实现素养发展，并从中正确认识学科课程，客观评价科学实验的意义，充分证明深度学习的发生。

以教科版六年级下册“产生气体的变化”教学为例，实验教学结束后，教师引导学生反思实验探究中的核心问题，串联起实验过程，鼓励学生大胆表达，发表对知识的看法。本课实验教学通过水加热会产生漂浮白雾现象使学生提出问题：“水发生了怎样的变化？生活中还有哪些类似现象？”在问题的引导下，学生通过“小苏打与白醋的反应实验”和“收集产生气体实验”探索解决问题的方法，使学生的思路回到实验探究开始，谈一谈每个阶段内心的想法、认知变化以及知识理解。该过程与教学评价类似，但以学生主导价值评判，教师可以提供指标或主题，要保证由学生完成。本课价值与评判情况如下：

第一，引导学生围绕实验在知识系统中的地位与作用、优势与不足、用途与局限展开评判。学生表示通过实验掌握物理变化、化学变化的概念和特征，以及两者的本质差异，发现知识内容与生活的联系密切，运用知识可以对生活中的诸多现象做出区分，实验学习对自身以科学视角观察生活有着重要作用。但是在实验操作环节发现，收集气体时仍然存在气体泄漏问题，应对实验进行改进，实验前白醋与小苏打应处于分离状态，待容器全部组装完毕且经过密闭性检测后再将白醋与小苏打混合，并利用合适的容器收集气体。同时，学生提出通过实验只能证明有气体产生，判断变化性质，无法对气体类型或产生物质种类进行判断。

第二，引导学生围绕实验过程主动质疑、批判与评价。有的学生提出本次实验中白醋与小苏打剧烈反应后产生大量气泡，猜测有气体产生，由于未看到颜色变化、未闻到气味，小组成员认为产生的气体是一种无色无味且透明的物质，但这并不符合科学精神，实验反应在密闭容器内进行，即使气体存在味道也闻不到，因此，通过实验不可以判断气体的味道。教师将学生提到的情况作为典型，组织全班交流，引导学生总结在科学实验中要尊重实验事实，实验现象和实验结论为对应关系，推动学生形成科学态度。

科学实验是重事实、重实践的学科，无时无刻不向学生传递着辩证、客观看待问题的精神。而这一精神也应引申到学习上，使学生既要认识知识的正面价值，也要警惕知识产生的束缚；既要积极主动内化知识，也要保持客观态度，认识到思维方法、知识技能的工具性，保持合适的距离；既要积极主动学习，也要对学习过程有批判反思的态度，从而使学生在科学实验中经历价值与评判，真正成为知识的主人，支持深度学习目标的实现。

五、结语

综上所述，支持学生深度学习、让学生学会学习，是科学实验教学的初衷，但这里的学会学习不仅是掌握学习方法，还是使学生拥有独立完成科学实验、探究实验过程的能力，对知识的认识超越符号、单一的知识点，以及能够从实验中深化对科学的认识，形成正确的态度与价值观，指向全面培养人、发展人。因此，要从深度学习的整体考虑，明确其发生前提，支持深度学习发生，保障学生主动参与学习、积极体验、深入思考、联系建构、迁移创造，自觉发展学科素养。