基于深度学习的初中生物理自主学习能力培养

2023-09-12张银惠

物理教学探讨 2023年8期

张银惠

摘要：自主学习能力是学生自主发展的关键能力，是“学会学习”的必然要求，是深度学习的应然体现。初中科学课程中以“自主探疑—情境引疑—合作论疑—反思迁移—自主复习”为主要流程的学教模式，为学生提供合适的自主学习载体，引导学生有计划地开展自主学习，让学生带着自主学习成果走进课堂，在真实情境的激发下，以合作小组为单元进行组内和全班的自学成果展示、评议和知识建构，大大提高了课堂教学的针对性和有效性；培养了学生对物理持续深入的学习兴趣，促进自主学习能力和创新实践能力的提高。

关键词：深度学习；初中科学；自主学习

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2023）8-0016-5

当下社会信息井喷，人工智能等发展迅速，个人凭借脑容量大小所存储的知识多少不再有竞争价值，以自主学习为核心的知识获取机制将成为教育变革时代的未来秩序，也会是学习型社会个人终身学习所必须掌握的技能［１］。自主学习能力是学生自主发展的关键能力。《义务教育科学课程标准（２０２２年版）》将自主学习能力纳入“探究实践”这一核心素养目标之中，要求学生能自主确定学习目标、选择学习策略、监控学习过程、反思学习过程与结果［２］。

深度学习基于认知与情感整合的视角，指向学生的主动参与学习，对接学生核心素养体系中的学会学习，以培养学生高阶思维与问题解决为主，强调学习的情感投入与知识建构［３］。学生的自主学习是能学、想学、会学和坚持学能力的展现［４］。如果说学生能学和会学离不开教师对学生学习方法策略、元认知监控等“术”层面的教学，而让学生想学和坚持学，则离不开教师对学生学习兴趣动机、元认知体验等“情”层面的激励。因此，笔者设疑引学，构建了以“自主探疑—情境引疑—合作论疑—反思迁移—自主复习”为主要流程的教学模式（图１）。帮助学生在学习中自我认知、规划和管理，让学生带着自主学习的成果（经验和困惑）走进课堂。重构课堂教学，促使学生在真实情境中开展“活动与体验”，生发“联想与结构”，建构新知，并在“迁移与反思”［５］中走向运用，促使学生持续展开高效的自主学习，获得元认知体验和策略，提升自主学习能力。

１自主探疑：确立学习目标，选择学习策略

课前自主探疑是培养学生物理自主学习能力不可或缺的、体现学生学习自主性和能动性的重要环节。在本环节中，学生需要对自己学什么（学习内容）、怎么学（学习策略）、能学到什么程度（学习目标）有一个清晰的认识和自我调节、自我监控。

一般地说，引导学生以“读、划、写、做”四环节展开自主探疑。读，通读教材内容，初步领会学习内容，然后再细读，边读边思；划，划出重点、细节，划出自己恍然大悟之处；写，把自己的体会、注释和问题简单地写在教材空白处；做，做几个基础练习，检验自己自主学习的成果。这些环节都可以外化表现出来，因此，它们是可以交流、检查和落实的，而像“思考”等要素，内隐并贯穿在整个自主学习活动之中。“读、划、写、做”的过程中，持续培养学生运用联系、归纳、推断、比较、总结等学习策略。在此基础上，针对学科特色，要求学生课前展开科学探究实践，明确学习目标，选择学习策略，进行自主探疑，对学习内容形成初步的观点。

“活动与体验”是深度学习的核心特征，以学生为主体的主动活动和学生在活动中生发的内心体验是学生深度学习运行的机制。探究实践是科学的重要学习方法和学习内容。初中科学中许多概念、原理规律等都可以引导学生通过探究实践获得。但是，有许多科学教师认为，新课、特别是以探究为主的课，没有必要课前自主学习。他们认为，探究活动最大的特色就是新奇和疑问，如果自主学习后知晓了结论，课堂的探究就失去了意义。然而，笔者认为，若学生没有学习的目标和充足的自主学习体验，只是为了新奇而开展盲目的探究，则学生的探究体验将会比较肤浅，难以形成真正的理性思考。探究活动一般都有清晰的问题指向，是学生自主学习的好载体。学生在自主探疑的过程中，需要确立探究学习的目标，自我监控学习过程，关注探究活动的目标是否达成，能有效培养学生的自主学习态度，训练学生的自主学习能力。

如图２所示，笔者通过“明确问题、确立目标”—“阅读活动材料”—“利用微实验材料自主探究”—“完成预探究单或作品”等环节，引导学生开展自主探究，促使学生对探究活动的目标、内容和隐含的科学方法等有更深入的思考和体验，从而引發真正的深度学习。

【案例】 “平面镜成像规律”的课前“自主探疑”。布置任务给学生：寻找平面镜所成的像，探究平面镜成像的规律。发给学生一块玻璃板和平面镜，要求学生选择并利用自己身边的其他物体，参考教材中的探究活动内容，从不同方位观察平面镜所成的像，探寻玻璃板后所成的像的位置、大小等特征，获得平面镜成像规律。

学生接收任务，明确探究的目标后，通过阅读教材内容，初步了解实验的内容步骤和方法。平面镜成像是学生生活中熟悉的现象。当学生拿到玻璃板，就会对比反思它和普通镜子的异同，思考为什么要用玻璃板而不是普通的镜子。当学生在玻璃板或普通镜子前放一物体，尝试在不同的方位观察像，体会到只有在玻璃板前面（镜前）才能看到像，而在镜后则不能观察到像。他们在选择器材尝试与镜后的像重叠的过程中，体验到玻璃板才能方便地找到像在镜后的位置，并在不断尝试中发现像与物体大小相等，像与物体相对平面镜具有对称性；而当玻璃板不小心倾斜放置时，感受到像的位置发生了变化等。学生在活动过程中，自主性被不断激发。他们在向着“探究平面镜成像规律”这一目标前进的过程中，不断进行智慧策略的选择和行动，丰富了对平面镜成像的感性认识，为理解平面镜成像的原理和规律等理性认识储备丰富的直观表象；又激发了学习兴趣，提升了自主学习能力。

2 情境引疑：体验真实情境，激发学习动机

如果将自主探疑环节比作观看电影的预告片，那么课堂就是那精彩的电影。只要“电影”情节设计得有吸引力，预告片（自主探疑）只会引发人们的关注，而不会打消人们的观看欲。深度学习的过程就是学习者思维逐渐深入、认知结构受到认知失衡的影响而产生改变的过程［６］。情境是思维的土壤，是学习的载体，学生的学习因情境而激发。好的情境是不断激励学生学习的动力和源泉，是学生在课堂探求科学知识和发展思维能力的前提，是培养学生核心素养的起点。因此在课堂上，通过实物、多媒体、实验、游戏等，有效利用学生生活中的资源，创设丰富多彩的情境，以真实情境导入新知，让学生感受浓厚的学科特色和生活化体验，可以很好地引发学生学习新课的好奇心和求知欲，同时促进学生对教材知识的理解。在学生尝试解决真实情境中蕴含的科学问题的过程中，不断调用自己已有的知识经验，包括在自主探疑环节中所获取的新知能，有效活化了自主探疑成果，驱动自主学习更深入地开展。

【案例】 “平面镜成像规律”的“情境引疑”。请学生关注黑板屏幕，用手机投屏“烤肉串！”：教师将手指放在火焰（虚像）上方，屏幕上看到教师手指被烧烤的影像（为了制造惊奇的效果，将实验器材放在学生不能直接观察到的位置进行操作）。提出问题：老师是怎么做到的？手指疼不疼？如果你来尝试，你会怎么做？

案例中让手机在玻璃板前一个巧妙的角度拍摄出教师的手指在火焰上烧烤的视频，并投放到黑板屏幕上。这一奇特而反常的情境，有效激发了学生的思考，唤起学生的兴趣，激发出学生的好奇心和跃跃欲试的急迫心情。在尝试揭晓答案的过程中，将课前自主探究平面镜成像规律的成果和困惑引入课堂，促使学生监控学习行为，反思学习过程和结果。吸引学生积极参与课堂教学活动，保持积极主动的学习态度，以最佳状态投入到学习之中。

3 合作论疑：交流评价学习成果，建构新知

从独学到群学，学习中的社会交互深化了人与人、人与事物之间的联系，不仅有利于学习者了解学习内容并在空间中进行定向，更有利于更深层次知识的生成，进而建立连接并形成网络［７］。学生以小组为单位开展交流和评价，在尝试解决真实情境中所包含问题的过程中，学生展示自己的自主学习成果，表达自己通过自主学习获得的知识和产生的疑问。在小组交流的基础上开展全班展评，请学生展示小组成员共同获得的成果和存在的問题，引导学生在展示中自主疏理新课的知识内容，并提出关键疑难问题加以深入辨析，从而真正建构起新概念，理解新知识的来龙去脉。在本环节，通过小组内和组间的师生合作交流，学生采用复述策略，强化巩固了基础知识，并获得疑难问题的解决策略；学生在组内或全班展示自己的学习成果，满足了学习的自我效能感，丰富了元认知体验，从而促进自主学习持续深入；交流展示的同时，开展自我评价和同学间的点评、互评，并在教师的评价和指导下，不断调整自己的学习进程和规划，保持学习积极性，监控和反思自己的学习过程、方法和效果，提升自主学习能力。

【案例】 “平面镜成像规律”的“合作论疑”环节。在解答情境中教师提出问题的过程中，合作小组对“我会怎么做”进行深度演绎，复现课堂引入时教师“烤肉串”的实验操作和现象，进而展示自主探疑学习的过程和获得的结论。组内交流之后，选择有代表性的小组上台展示。然后进一步提出问题：为了探究像与物体等大，你在器材选择上有什么要求？你在探究像的位置与物体位置关系时，采用了什么操作？有没有多次重复实验？让学生带着问题继续利用玻璃板和蜡烛开展小组合作探究，以科学严谨的方法进一步得出成像规律。

以上“合作论疑”环节中，学生在教师的组织和引导下，以合作小组的形式从组内到全班，进行“自主探疑”成果的展示。在这个过程中，学生或是“质疑”“探究”，或是“归纳”“演绎”，或是“情境体验”［５］，对学习内容进行深度加工，把握其本质，去除非本质属性的干扰、分辨本质与非本质属性的区别。

“合作论疑”促进了学生的自主学习，他们积极思考，尝试解决问题，以展示更好的自己；它会提高学生学习的满足感和成就感，能促使学生以更积极主动的精神状态投入到学习中去。合作小组中课前自主探疑成果的展示能充分反映出学生已建构的知识观念和遇到的问题，从而使教学更好地落在学生的“最近发展区”；使新课从问题出发，展开核心内容的学习探究，让新课的教学着生在学生自主学习的成果上，从而驱动学生高效学习，提高课堂教学效率。小组合作学习的方式，使每个学生的自主学习过程和结果都有时间和空间进行交流展示，并在互相评价的过程中及时获得个性化的同伴指导，促进学生对自主学习的自我反思和自我监控。

4 反思迁移：拓展提升，反思学习过程

学习结果与教师对教学内容的处理和组织有比较大的关系。最关键的是教师对教学中相同点与不同点、变与不变的内容的呈现和处理。反思是自主发展中的重要组成部分，反思迁移的目的，就是让学生将新知识运用在新情境中，对比新情境与知识建构时情境的异同，把握其本质特征。

在合作论疑后，马上又给出该知识的典型性、可迁移性的习题或问题情境，达到变式迁移的目的。让学生在新的情境中独立运用新学的知识，又掀起一轮新的思维高潮，促使学生自主学习能力持续发展。深度学习基本特征主要表现为学习理解有高度、学科活动有体验、结构拓展有层次［８］。“反思迁移”解决的是间接经验直接化的问题，即将所学知识转化为学生综合能力的问题，它需要学生从生活情境、与人交流以及和世界接触中获得亲身经验，并逐步提升不同学科的整体认识，形成创新精神与实践能力［９］。

【案例】 “平面镜成像规律”中的“反思迁移”环节。出示新的情境，一张自己真实拍摄的照片。在雾气迷蒙的富春江上，江面上有一轮若隐若现的太阳，抬头望天，却找不到天上的太阳。提出疑问，为什么水中有太阳，天上却没有太阳？江面上的太阳是怎么形成的？它离江面的距离有多少？你能通过作图找到它吗？

案例中复杂的情境再一次引发学生的头脑风暴。天上看不到太阳，水中怎么会有太阳呢？这一奇特现象促使学生反思已学知识，对比当前情境与以前学习情境的异同，通过反思、对比和迁移，明白“天上没有太阳”是由于云层遮挡，“水中有太阳”是由于部分光照到水面进行了反射，反射光进入了人眼而引起的。这个真实情境中蕴含了光的直线传播和光的反射成像两种光现象，将新学知识（平面镜成像）嵌入到原有的光的传播知识体系中，并以云层部分遮挡使情境复杂化。

以上案例中模拟真实的自然情境，帮助学生将所学知识转化为综合实践能力。反思迁移需要学生具有综合的能力、创新的意识，同时，“反思迁移”也正是有目的地培养学生综合能力、创新意识的活动。它要求学生具有对自己的学习状态进行审视的意识和习惯，善于总结经验（勤于反思）；有实证精神和严谨的求知态度（理性思维），能多角度、辩证地分析问题（批判质疑）；有坚持不懈的探索精神，能大胆尝试（勇于探究）；能够根据不同情境和自身实际，选择或调整学习策略和方法等［１０］。不仅能促进学生理清知识的内在结构和逻辑、更好地把握学科思想方法，并且批判性的自我反思也是提升高阶思维能力和思维品质的有效途径［１１］，使学生能自发地监控自己的学习，发展自主学习的意识，锻炼自主学习的能力。

5 自主复习：建构知识网络，提升学习能力

个体认知网络的建构体现了学生作为独立的个体具有自主性，是促进学生自主发展的深度学习心理机制［１２］。学生对复习课兴趣不足，广泛存在“一听就懂，一做就错”的现象，这说明他们脑海中知识的网络化和可具体化水平较低。因此，在每节课后及单元小结时，学生面对一节课或整个单元（主题）的众多知识，需要通过自主复习，回顾反思学习的过程和结果。

如图3所示，笔者引导学生通过“情景回放”—“重温知识”—“建构网络”—“突破疑难”等环节，引导开展自主复习。

“情景回放”意在让学生有意识地在脑海中重现自己在自主探疑、课堂情境引疑及师生合作论疑的过程中的精彩瞬间，让知识（观点）的产生和发展根植于具体的情境之中。这样，学生所掌握的知识就不是冷冰冰的、抽象无味的，而是具体的、鲜活的，也是印象深刻的。在“情景回放”后打开课本，重温知识，比对和反思自己所学与教材内容之间的差距，强化自己的薄弱之处。在此基础上，总结知识树和疏理疑难问题来开展有效自主学习。知识树的内容简明扼要，可以图代文，体现出各个知识点之间的联系，并注重知识的完整性和条理性。知识树的建构需要教师在教学中有目的地进行指导与训练，如在课堂板书中呈现单项导图、气泡图、树状图、鱼骨图、组织架构图等思维可视化工具。从课内到课外，逐漸让学生从最基础的科学概念入手，找出概念延伸出来的公式和规律，以及最后到这些公式和规律应用连接，使用知识树将知识有层次、有结构、有体系地联系在一起。梳理疑难问题可以从温顾知识时反思对比获得的薄弱点和相应内容的错题整理入手，找准自己的难点和弱点。

【案例】 “平面镜成像规律”课后“自主复习”。引导学生回顾学习情景，根据教材内容概要反思和对比自己所学知识，回顾复习的基础上，寻找知识之间的相互联系，建构起知识之间的网络地图，并进一步整理错题。建构知识树的活动，促使学生自主开展深度学习，将零散的知识联系起来，以简洁明了的图示将重点知识联系在一起，既起到了巩固知识点的作用，又将整块知识结构化。

这种唤醒或改造以往经验的活动，可被称为“联想”，而以往经验融入当下教学并得以提升、结构化的过程，可被称为“结构”。结构和联想，是深度学习的重要特征，因此自主复习建构知识树可以促进学生深度学习。学生总结、归纳知识树的能力不是一朝一夕就能练成的。需要教师在日常的教学中逐渐渗透，不断以结构化的知识呈现给学生，并逐步引导学生学习自主梳理知识脉络。当学生掌握一定的总结技能时，可以布置学生在课前总结知识树，课堂展示知识树，然后在课后弥补知识树。

自主复习的过程，是学生对学习过程和内容进行自我监控的活动，是自主学习、自我教育、自我管理的过程，在这一过程中人的自主性、独立性、能动性和自由的个性得到了充分的体现。通过新课的学习，学生已基本具备相应的知识和技能，储备了一种或多种问题解决的智慧策略。自主复习的主要任务是通过有效梳理、整合和甄别，使已习得的知识强化巩固，使学生能顺利地将科学原理迁移应用到实际情境中，解决真实的问题。自主复习过程中，需要学生不断反思自己的学习过程和结果，并不断自我反馈、总结，促进自主学习能力的提高。

总之，引导学生自主高效地开展“探疑、引疑、论疑、迁移和复习”，使学生的学习在课内和课外联合融通，形成闭环。有效搭建起学生原有生活经验和知识与新的学习内容之间的联系，促使学生投入到有准备、有目的、有反思的深度学习中，大大提高了学生的元认知体验和自主学习能力，形成自主学习策略，促使他们真正实现“学会学习”。

参考文献：

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［１１］任虎虎．指向深度学习的高中物理思维型课堂构建的研究［Ｊ］．物理教师，２０１９，４０（７）：２８－３１．