超前学习如何为初中科学助力

俞峰

摘 要：当下超前学习是初中阶段科学教学过程中非常普遍的一个现象，但对学生来说超前学习有利有弊。如何发挥超前学习的优势，避免其带来的危害，是初中科学教师的一大难题。拟采用深度学习的方法，从深度和形式两个角度来探索如何使超前学习成为学生学习初中科学的助力，在教学过程中初见成效。

关键词：超前学习;深度学习;初中科学

一、问题提出

超前学习（over-step learning）的出现是当代快节奏大环境带来的一种必然趋势，总有学生出于对知识的好奇或者在其他动力的促使下会在课余时间进行自主学习，这一点在初中阶段科学学科中体现得十分明显。近三年笔者通过对本校学生超前学习的统计，发现经历过超前学习的学生人数约为未经历过的5倍，且其中有39%的学生长期接受超前教育。这种现象来源于学生自主学习能力增强和获取知识方式增多，自主学习本身就具有超前性的特点，所以学生的知识储备通常要比课堂教学的进度要快一些。但是根据艾宾浩斯遗忘曲线所揭示的记忆规律，他们通过自主学习获得的知识缺乏一定时间的练习和巩固，记忆维持的时长和对内容重难点的把握往往较差。等到课堂教学真正进行到这些内容时，学生一知半解的知识经常成为他们的阻碍。长时间观察下来，开学考试成绩最好的学生通常不能在期末考试拿到同样分数，反而是按部就班学习的学生成绩更加稳定。如何改进这个问题，让本身有兴趣的学生的超前学习成为他们的助力而不是阻碍，成了大多数教师的难题。

二、策略研究与应用

1.正视初中科学的超前学习

很多教师遇到超前学习的孩子就会感觉头疼，他们会问一些超出当前能力水平的问题，他们学习过程中的逻辑思维能力还没有达到这个阶段，教师在答疑方面也会辛苦得多，不仅仅要教他们这一个问题的知识点，还要教他们如何形成知识点的整个逻辑。在初中物理中，这些问题尤为突出。根据皮亚杰的认知发展理论，初中学生正处于形式运算阶段初期，刚刚开始对抽象的事物有一定的认知，逻辑推理能力有提升但是仍然较弱，具体方法还需要引导。但是他们有兴趣去学一些课堂内没有接触过的知识，说明他们本身是学有余力的，作为教师不应该去打击学生对于学习的积极性，所以这需要我们转变思想，对我们的课堂教学加以改进。

2.提升学习深度，激发学生思维

（1）设计冲突，打破原有认知

学生在学习一段知识之前，往往对其已经有了一定认知，我们把这个认知称为前认知。教师在设计教学过程时，必须要了解学生的前认知，以此为基础展开新知。超前学习的学生的前认知会多于一般的学生，但由于他们的前认知并不来源于课堂，所以整体知识的逻辑性往往有所缺失。为此，我们可以设计冲突，让学生更加客观批判地看待事物，加深学生对新知的印象。

设计浙教版科学七年级下“声音的产生与传播”的课堂引入时，为了让学生更深刻地理解声音相关知识，我使用了三个视频请学生判断场景的合理性：①《功夫》中的包租婆用狮吼功震得周围树木一阵一阵晃动;②《星球大战》中太空飞船交火爆炸，周围人听到巨大声响;③《国王的演讲》中国王乔治六世在礼堂发表演讲，在场的观众能听到多次回声。因为都来自他们熟悉的影视，学生的第一感觉是三个视频都没有什么问题。也有一些学生思考方向可能会出现偏差，这个问题不是问是否真的会发生，而是如果发生是否有不合理的地方，这需要教师给予引导。对于超前学习的学生来说，他们对很多知识只是记忆，并不会应用于生活中的场景，所以这个问题也难度不小。问题③是最容易判断的，回声现象在我们生活中也常有遇到，这里可以提出追问：为什么在空间较小的教室难以听到回声？引发学生思考。很多学生会在问题①上纠结，在他们的前认知中，声音传播和汽车运动类似，一次传播不会让树木多次振动，这里可以类比水波或者地震波来具体解释。对问题②，超前学习的学生会想到太空中不存在介质，无法传播声音，声音传播的条件是有介质。但这个问题仍然可以深入思考：为什么声音传播需要介质？是否和声音的产生有关系？选择的三个事例基本覆盖了本课所有学习知识点，难度有难有易，并且贴近生活，最重要的是造成冲突，对所有学生前认知都有所冲击，从而引发学生批判思维。

（2）提升难度，增强思维能力

在讲授完主干知识后，如果课堂就此结束，整个课堂还是不够完整。课堂是思维生发的场所，但是若一到下课就停止思维，难以满足有学习欲望的学生。为了培养学生在课后自主学习的能力，对于学有余力的学生，我们应该加以引导，提出方向[4]。因此我在教学实践过程中，通常会在整个课堂末尾设计一个“每日一题”环节，下面我展示几个具体案例。

案例1：如图1所示，一冰块漂浮在水面上，请判断冰块融化后水面的升降情况，并利用有关知识列式证明。（不考虑水的蒸发）——浙教版科学七年级下“压强”课后“每日一题”

这是一道关于浮力很经典的例题，但是我把它放在“压强”这一课课后。即使有超前学习的学生学过浮力，他们的思维方式也只是V化水和V排之间的比较，他们没有意识到浮力的本质就是水的压力。这题只用压强的解法如下：冰融化前后m不改变，对烧杯中的水与冰块用整体法分析，融化前后整体重力不改变，即对烧杯底部压力不改变。烧杯底部压力由水提供F压=ρ水ghS，F压、ρ水、g、S均不改变，所以水面高度也不改变。学生很少见这种解法，解题方法的多样性，也培养了学生多方面思考的能力，强化了批判性思维。

案例2：如图2所示，已知：I1=I2求：R1、R2和R之间的数量关系。且当R1、R2和R材料长度均相同，求三个电阻横截面积之间的关系。——浙教版科学八年级上“电路的分析与应用”课后“每日一题”

课堂上我们介绍了等效法来思考串联电路的总电阻与分电阻之间的关系，类似于把两段电阻接在一起，长度相加横截面积不变，那我们能不能用这个方法思考并联电路之间的关系呢？有学生可能学过并联电路总电阻关系式，但真要从欧姆定律推导，还是有一定难度。本题解法如下：并联电路电流关系I=I1+I2，由欧姆定律得U/R=U1/R1+U2/R2，并联电路电压关系：U=U1=U2，则1/R=1/R1+1/R2。由电阻决定式R=ρL/S得：S/ρL=S1/ρ1L1+S2/ρ2L2，R1、R2和R材料长度均相同，所以S=S1+S2，即并联电路总电阻的物理意义是将两段电阻横截面积加和。整个过程下来学生会形成完整的思维体系，从已知推导未知，从未知回归实际物理意义，追求所学知识的真实性，有利于学生邏辑能力的培养。

（3）拓展广度，扩展学习范围

课本中为了让学生对知识的来源有更深刻的印象，往往会通过科学史的方法引入知识点，例如：牛顿第一定律发现史、原子结构发现史等。这种方法我们可以拓展利用到更多的课程中去，通过拓展广度达到深度学习的目的，也能引起学生探究的兴趣。我在元素周期表、大气压强、光合作用等课中实践过此方法，在此我以“表示元素的符号”一课为例说说科学史对于超前学习学生的应用方法。

本课从古人对元素的认知引入，古人认为世界由金、木、水、火、土五行构成（图3），古希腊哲学家认为构成自然的五大元素是土、水、空气、火和以太。随着工业的逐渐发展，人们对世界的认识有所改观，但仍然没有摸索清楚其中的规律，连大科学家普利斯特利和舍勒都认为木条燃烧是因为燃素的作用。对于超前学习的学生来说，他们只知道门捷列夫很伟大，不知道门捷列夫等科学家的知识最初也源自生活。

1789年，《化学基本论述（Traité élémentaire de chimie）》发表，拉瓦锡在这本书中把众多元素排列起来，形成了世界上第一张元素表（图4）。拉瓦锡相比前人最大的贡献就是总结了很多实验事实，而不只是仅仅凭想象得出各种元素。

1829年，德国化学家德贝莱纳根据元素性质的相似性总结了5组“三素组”，如Li、Na、K和Cl、Br、I，并且他还发现中间元素的原子量约是另两个元素的平均值。德贝莱纳首次发现了元素性质和质量之间的关系，又有了巨大的进步。

1864年，德国化学家迈耶尔首次对元素进行分族，提出“六元素表”（图5）。次年，英国化学家纽兰兹在迈耶尔的基础上改进，对更多的元素分类，总结出类似音乐中的规律，称其“八音律”（图6）。但他们仅仅是按原子量大小排列，缺陷在于未空出位置给还没有发现的元素。

直到1867年，俄国人门捷列夫才总结出第一张元素周期表（图7）。和前人相比，他有两大优势：①揭示了元素的本质——周期性，不仅仅体现在原子量的周期性上，更重要的是发生氧化还原反应的能力也具有周期性（即后人发现的得失电子的能力）;②从图中可以看到，多种元素旁邊标有“？”，说明这种元素当时还未发现，但门捷列夫预言其存在，这也为接下去的化学工作提供了指导。

元素周期表到今天还在不断演变，到2017年还有4个新元素被添加到周期表上，这都凝聚了众多化学家的心血。通过对元素周期表科学史的学习，学生对门捷列夫发现周期表这一过程有了更深刻的认识，也能够明白这种发现不是偶然得来的。而对于超前学习的学生来说，一方面能开阔他们的视野，增强他们对科学的兴趣，更重要的是丰富了他们学习的方法。书本上的知识不是突发奇想凭空得来的，也不是靠死记硬背，多追寻一下其中的来源，不仅仅只是浮于表面的了解和记忆。

三、拓展学习方式，提升学习兴趣

1.开放实验，从实践得真知

在学习浙教版科学八年级下“电动机”一课之前，我先带领我们班学生进行了开放实验探究。一般教师教学可能是先从传授知识入手，再带学生进行实验，对教学进行补充。而我们的实验很简单也很有难度，如何把一些零零散散的器件组装成一个电动机，对于那些超前学习的学生来说，这个任务也是一个挑战，他们已经了解了电动机的原理，但没有进行系统的学习。虽然有难度，大家兴致还是很高，边讨论边实验，15分钟后仅仅凭借一张草图，就有学生成功让自制电动机旋转起来。但不是所有学生的实验都一帆风顺，有些学生在实验过程中怎么检查电路都没有问题，后来发现只要把线圈拨一下，就可以持续转动。关于这个现象学生也提出了不同的猜想，有的说是启动时静摩擦力过大，有的说可能是这个位置正好不能让它转动。马上有学生反驳，要是这样，为什么线圈还能持续转动呢？这时有提前学过的学生给出解释是由于惯性，整个课堂气氛十分活跃。对于这个实验教师需要准备得很多，由于是开放实验，可能会出现各种各样的问题。教师不仅要准备这些“突发状况”的答案，还要去精心设计引导整个教学过程，工具都在学生自己手中，能否引导学生通过自己的实践来解决自己发现的问题才是关键。超前学习的学生在整个活动中起点并没有比其他学生高很多，面对前所未有的问题一样会遇到困难，有一些学生学习能力很强但动手能力不足，甚至连螺丝都不会固定。这些问题会激发他们的兴趣，并且增强他们的各方面能力，使他们“纸上得来”的知识更加巩固。

2.小组合作，以先富带后富

小组合作的机制作为增强学生参与度和加强师生互动的一种高效方法，在基于自主发展和社会参与的核心素养大框架中，已被广泛使用。但是我在实践的过程中也遇到许多问题，特别是面对超前学习的学生，如何让这些学生发挥他们最大的学习效率值得我们思考，对此我总结了以下几点方法。①建立竞争机制，在课堂上各个小组之间有直观比较，以此激励学生前进。②为了公平竞争，各组之间人员分布应均匀，不仅是数量上的均匀，在水平层次上也均匀。对于超前学习的学生，也尽可能每一组都能有，能在组内起到引导作用。③分工明确，有小组长、实验员、记录员、发表人等，每个人明确自己的职责，做到人人参与小组活动。超前学习的学生作为组长，小组成员可以更容易把握教师下达的指令，达到更高效学习的目标。④有长远的目标，可以将小组合作模式从一节课转换成长期的学习形式，在平常的作业、课堂中建立竞争机制，使学生有持续的动力学习。

3.翻转课堂，还课堂给学生

生物学家曾做过一个实验，把一只原来能跳一米多高的跳蚤放在半米高的箱子内，一段时间后撤去箱子，跳蚤也只能跳半米高，并且在他一生中都只能如此。学生在学习的过程中，如果只是一味地学习教师授予的知识，那他的成就也只能低于教师。在核心素养的大概念下，作为深度学习的一种体现形式，以学生作为主体的翻转课堂模式成为热门的话题。学生在教学过程中起主导作用，教师作为知识的载体，营造平等、活跃、轻松的课堂氛围。提前学过知识的学生可充当教师的助手，引领小组或者班级成员更好地理解知识点，亦可作为传授新知识的“小老师”，将自身内化的知识传授给大家。在这里举一例我应用翻转课堂理念的事例。

八年级上第二章“天气与气候”记忆性知识较多，为了激发大家学习兴趣，我在每节课前加入了一个新的模块——请两位学生作为天气预报员为我们预报明日的天气状况。在人员的选择上，最初几天我选择科学素养较好的几位学生起带头示范作用，之后再选择能力较弱的学生，同时我给他们提了一个要求，提到的信息必须比前一天的学生多至少一条。这样，从最初的只有阴晴和气温，到半个月后涵盖湿度、风、气象灾害等，超出我们整一章所学的内容。这项活动每天占用课堂时间很少，但是每一位学生课后的准备都是相当充分，不管是听的学生还是说的学生都收获颇丰。

四、实验结果

初一分班进来近三个月左右时间，我在自己教的两个班中每个班抽取了有五年超前学习习惯且点对点科学成绩相近的15位学生进行对比实验。一个班的15位学生按照我的策略進行超前学习，另一个班的15位同学按照他们自己原有的方法学习。到现在为止有一年又九个月的时间，实验班的学生不仅没有因为受到打击失去对科学的兴趣，反而从多样的课堂教学活动中收获成就感。其实经过差不多半年时间，实验班的15位学生的科学平均分已经比对照班的15位学生科学平均分要高出2分左右，且随着时间的推移，差距还在不断扩大，这更加坚定了我的想法，也说明我的策略正在让超前学习成为学生学习科学的助力器。

五、小结

让每一位学生都参与课堂不难，难的是如何将学生放置在合适的位置，接受合适的教育。对于超前学习的学生，他们需要的是挑战性的学习方式。在设计这些挑战性学习主题的时候，要基于初中科学核心素养，以学生为主体进行深度学习。当然这也需要教师有较多时间的准备和积累，把知识钻透，学生才能从中受益。

参考文献：

[1]余文森，王永.福建省中学数学三项教改实验评介[J].教育研究，1996（9）：57-64.

[2]阎乃胜.深度学习视野下的课堂情境[J].教育发展研究，2013（12）：82-85.

[3]徐秀雯.高中生地理前认知水平的理论与实践研究[D].武汉：华中师范大学，2013.

[4]王菲菲.新型网络教学模式下如何培养学生课后自主学习能力[J].时代教育，2013（15）：47.

[5]杨立行.不要给孩子自我设限：跳蚤效应[J].家长，2014.