基于深度学习理念的科学学科关键能力培养——以“密度测定”复习课为例

单俞刚

（章旦中学教育集团，浙江青田323900）

深度学习是指学生在教师引领下围绕具有挑战性的学习主题，积极主动地参与理解性学习、批判性学习，形成积极的情感、态度与价值观，是一种基于“问题解决”的应用性、迁移性的学习方式[1]。科学学科关键能力主要有注重“活动与体验”的动手实践能力、注重科学知识关联与整合的学习理解能力、注重实验设计与评估的科学探究能力，以及注重迁移与创新的科学思维能力。

教育部基础教育课程教材发展中心刘月霞等对深度学习开展了深入研究，提出深度学习不仅要强调学生的深度思维，还要强调培养能够创造未来美好生活的社会人。本文以“密度测定”复习课教学为例，阐述基于深度学习理念，促进学生科学学科关键能力培养的策略。

1 注重活动与体验，发展动手实践能力

活动与体验是深度学习的核心特征，也是提高学生科学素养的重要手段。在教学中联系生活实际，借助学生感兴趣的材料开展活动，增强体验，让学生在动手活动与亲身体验中主动思考问题，不仅可以调动学生学习积极性，引发内心体验，同时可以提高学生的动手实践能力。

环节1 各小组利用提供的多个直径为5 毫米的巴克球开展合作，根据自己的想法做出各式造型，展示创意。

巴克球是带有磁性的金属实心圆球，是市面上非常流行的益智玩具。各小组利用巴克球拼接出各式造型，如动物头像、平面和立体几何图形等（如图1），可谓创意十足。

图1 巴克球造型

学生们在玩的过程中产生问题：一个小小的巴克球其质量和体积为多大?巴克球是什么材料制成的？学生围绕产生的问题开展讨论。

这种紧密联系科技与生活的活动与体验，是教学的出发点，能使学生产生浓厚的学习兴趣，有效激发学生主动参与学习。创造未来美好生活离不开好的创意，创意空间的拓展需动手实践来支撑。在活动与体验中理解测量小物体质量与体积运用累积法的必要性，只有达到对知识的领悟与内化，才具备解决实际问题的迁移能力。

2 注重知识关联与整合，发展学习理解能力

深度学习的另一特征是“联想与结构”。即学习的知识是有内在联系的结构与系统，是能够被唤醒、被调用的。教师在课堂教学时，对学科核心知识进行整体把握和方法引领，避免聚焦碎片化知识点的教学，把握各知识之间的联系，帮助学生体会知识的完整性与系统性，形成系统的认知结构，培养系统思维能力，从而提高学习理解力。

环节2 测密度的原理（公式）是什么？结合前面的活动，你认为要提高测量密度值的精确度，具体的测量步骤如何（用画图方法表示）？通过这几个问题，将密度测定相关知识形成知识体系（如图2）。

图2 密度测定知识体系

常规测量带动学生思考如何测准问题。先测固体的质量还是先测固体的体积？如果先测固体体积，测得的密度值偏大还是偏小？造成偏差的原因是什么？运用画图法表达实验过程，用测得的物理量列出计算密度表达式。整个过程回顾科学知识，运用科学方法，围绕核心概念，形成科学知识间的关联，从而提高学生的学习理解力。

3 注重实验设计与评价，发展科学探究能力

深度学习能抓住学习对象的本质进行深度加工，全面把握知识内在联系，进行合理设计与评价。基于深度学习理念开展科学探究，让学生经历科学探究过程，可增进学生对科学探究的理解，体会科学精神的实质，培养积极情感、科学态度和正确价值观，从而提高学生科学素养。

实验设计与评价是实验探究能力培养的重要方式。实验设计既要体现学生对相关科学知识的掌握情况，对实验原理的理解程度，对科学方法的内化程度，同时也是对团队精神的培养与构建能力的极大考验。实验评价包括实验设计方案的评估与实验测得数据可靠性的评估。

环节3 提供两组实验器材，一组：天平（砝码）、溢水杯、相同烧杯2 个、水、滴管；另一组：天平（无砝码）、量筒、相同烧杯2 个、水、滴管。让学生利用手头的实验器材，分小组讨论，设计实验，写出实验操作步骤（用画图形式表示）。

以常规测量为基础，带动学生思考非常规测量应该解决的问题。学生进行实验方案设计并展示评价。主要围绕在没有量筒的情况下测出巴克球的体积的可行性，以及在天平没有砝码的情况下测量巴克球的质量的可行性等方面展开评价。活动分组内自评和组间互评两个环节。组内自评着重考虑实验的可行性、科学性。组间互评则着重考虑实验过程中出现的新问题，如实验操作的合理性及简易性，博采众长，充分合作，使实验设计更优化。本环节采用替代思想设计实验，进行间接测量，使学生在深度思考中理解密度知识，对知识融会贯通，进行联系与转化，在动手动脑合作交流中解决问题。

环节4 动手实验操作，测出实验数据并展示。教师提供资料：巴克球是由材料为钕铁硼的磁矿石经精细加工而成的球状强磁石，钕密度7.003 g/cm3，铁密度7.8 g/cm3，硼密度2.34 g/cm3。要求利用提供的资料，判断所测实验数据的可靠性。

展示4 个代表小组测得的密度值：6.5 g/cm3、8.6 g/cm3、8.0 g/cm3、7.0 g/cm3。学生根据物质混合后密度的特点判断出不可靠的数据，分析引起偏差的原因。本环节引领学生将事实与科学知识建立联系，基于证据评价数据的可靠性，领悟科学解释需要运用科学知识和科学推理，体会误差与错误的区别等。

著名心理学家皮亚杰认为让学生动手做科学，而不是用耳朵听科学，用眼睛看科学。这两个环节的设置使学生全程浸润于深度学习中，同学们在设计中思辨，在实验中领悟，在评价中反思，体悟高效表述探究过程方式，发展科学探究能力。

4 注重迁移与创新，发展科学思维能力

迁移是深度学习发生的重要指标。创新地应用是将内化的知识外显化，是科学思维能力的体现。“科学思维”是基于经验事实建构模型的抽象概括过程，是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格[2]。为推进深度学习开展，设置了以下内容。

环节5 评价未知液体密度测定方案。方案A：调节天平平衡；用天平测出空烧杯的质量m1；在烧杯中倒入适量的被测液体，测出总质量m2；将烧杯中的液体倒入量筒中，读出液体的体积V；算出液体的密度ρ液。方案B：调节天平平衡；将适量的液体倒入量筒中，读出液体的体积V；用天平测出空烧杯的质量m1；将量筒中液体倒入烧杯，测出总质量m2；算出液体的密度ρ液。

伽利略曾说过：“科学是在不断改变思维角度的探索中前进的。”实现学习迁移，是深度学习的发展指向。同学们发现：方案A 中液体质量测得准，但倾倒时液体残留在烧杯中导致液体体积测不准；方案B 中液体体积测得准，但倒入烧杯时也因残留而导致液体质量测不准。为测准液体密度，就应提出合理方案，让量筒量到的液体与倒出的液体的质量相吻合。本环节从固体密度迁移液体密度的测定，根据测准思想引导学生深入思考，在质疑与批判中，学生开展深度思维，提出了创造性的见解，在课堂中使学生的主体地位得以体现，且科学思维能力得到提升。

课堂教学时紧扣深度学习的特征，结合科学学科特点，让学生在真情境中，提出真问题，进行真探究，开展真实验，产生真体验，真正对科学产生兴趣，爱上科学。在真体验中增强对知识的理解，在理解基础上进行知识的迁移与创新思维的培养，在真实验中培养学生的科学探究能力，从而促进科学学科关键能力的发展。

致谢：本文在完成过程中得到吴红玉、朱红两位导师的精心指导，特此致谢！