基于深度学习的初中科学学业水平考试复习策略——以《生态系统》为例

黄鹏飞|浙江省温州市教育教学研究院

义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，其相应的学业水平考试，是对学生学完本课程后课程目标达成度的有效检测。《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称“《课程标准》”）要求初中学业水平考试注重考试命题的素养立意，全面考查学生的科学观念、科学思维、探究实践和态度责任，命制出具有情境性、开放性、综合性、探究性、表现性的试题，引导教师积极探索基于情境、问题导向、深度思维、高度参与的教学模式。2023年11月浙江省教育厅发布《关于实施初中学业水平考试全省统一命题的通知》，也提出“命题要引导学生自主、合作、探究学习，试题既注重考查基础知识、基本技能，又注重考查思维过程、创新意识和分析问题、解决问题的能力”等要求。可见，通过设计多样化的情境性问题，基于学生的问题解决考查学生的核心素养，是初中学业水平考试命题的新要求。

深度学习是指在教师的引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。它要求教师、学生、知识要紧密联系在一起，以共同实现学生的全面发展。它既是培育核心素养的重要途径，也是应对命题新要求而进行复习的重要理论基础。其主要特征有联想与结构、活动与体验、迁移与应用、价值与评价等［1］。下面，笔者以浙教版义务教育教科书《科学》中《生态系统》一节的复习为例，阐述如何充分利用深度学习的相关特征，结合初中学业水平考试的要求，系统地设计复习教学。

一、联想与结构：把握学情，使概念结构化，建构科学观念

学习是以学习者的经验为基础而进行的建构过程。学习的有效与否与学情密切相关。深度学习强调的联想与结构，即如何有效唤醒学生的原有经验，并结合教学使之得以提升、结构化，成为能被准确理解的有意义的知识。

科学观念以众多科学概念的学习为基础，并经过结构化而形成。它是科学核心素养的重要组成，是学生解决初中学业水平考试中各类问题的重要前提与基础。开展科学复习时，教师应细致分析学生对主要概念的认识状况，然后以实物、模型、实验、事例等为载体，创设两类易理解的情境性问题：一类指向主要概念，另一类指向概念之间的关联。教师要充分呈现学生对概念的原有认识，并通过对问题的分析、探究等，引导学生准确理解各主要概念，并厘清各概念之间的关系，进而织线成网，促进概念的结构化，逐步建构科学观念。下面以具体案例说明。

【案例1】《生态系统》复习教学片段之“认识生态球”

情境：呈现生态球实物（内有水、水草、小鱼等）。说明：如果护理得当，该生态球中的小鱼可存活一年之久。

问题：（1）什么是生态系统？生态系统的主要特点有哪些？（2）如果将生态球看作一个生态系统，那么它的成分有哪些？各成分有何功能？（3）生态球中小鱼所需的营养与氧气从何而来？为什么可以长时间获得？（4）生态球中生态系统的结构有哪些特点？结构与其成分之间有何关联？（前两个问题指向概念，后两个问题指向概念间的联系）

设计意图：在这节复习课之前，学生已分别学习了生态系统、生态系统成分、结构与功能、食物链与食物网等主要概念。所以在复习时引导学生观察生态球，思考、解决两类指向性问题，以此呈现学生对已学概念的认识及对概念层级关系的理解。

笔者后续通过织线成网的方式引导学生呈现这种关系，促使其将主要概念结构化，逐步建构科学观念。学生形成的结构化结果如图1所示。

图1 生态系统部分主要概念之间的结构化

二、活动与体验：任务导向，合作探索，提升探究实践能力

学生是学习的主体，皮亚杰认为儿童能够在行动中获得动力以进行学习，而佛勒内把“实验探索”作为教育法的主要原则之一，即认为学生只有通过活动才能学习［2］。深度学习关注活动与体验，即倡导创设活动引导学生主动参与，并提升学生对相关活动的真实体验，以促进学生真正建构知识，实现有效学习。

《义务教育课程方案（2022 年版）》提出“变革育人方式、突出实践”，倡导“做中学”“用中学”“创中学”。《课程标准》也提出把探究实践作为主要教学方式的教学建议。这都反映出活动与体验对于科学学习的重要性。

复习时，教师应结合主要概念创设实践探究性学习任务，引导学生合作探索，并基于任务的完成提升学生对概念的体验与理解，促进学生“评价与设计探究”“解释数据与证据”“工程设计与物化”等探究实践能力的提升，进而帮助学生为解决初中学业水平考试中的探究性、表现性问题积累经验。下面以具体案例说明。

【案例2】《生态系统》复习教学片段之“设计和改良生态球”

情境：给每小组分发学生制作的生态球（内有小鱼、水草、池水）。要求小组合作，结合探究实践，解决问题。

问题：（1）生态球中应放置哪些生物与非生物？它们之间具备怎样的数量关系才能持久生存？（2）如何判断一个生态球内的生物（特别是动物）能否持久生存？（3）如何判断一个生态球是否密封？（4）如何改良小组分发到的生态球？如何获取证据以证明生态球得到了改良？

设计意图：制作生态球这一任务具有开放性与探究性，可以充分激发学生的探究兴趣。由此，学生可积极主动地投身实践，并结合小组讨论和动手实践活动以改良生态球。在这一过程中，学生不仅能体验到稳定的生态系统中各种成分之间必须具备一定的数量关系，从而对各成分的作用有更深刻的认识，丰富对生态系统这一概念的理解，而且能针对实物的观察、改进设计与操作，增加活动体验，提升观察、实验设计和获取证据等探究实践的能力。

三、迁移与应用：把握本质，综合应用，发展科学思维

学校教育的一个主要目标是为学生能够灵活地适应新问题和新情境作准备，迁移与应用则是学生学会学习的一个重要标志。但要学会迁移与应用，其重要前提之一是要把握知识的本质属性及其变式，厘清某一知识与其他知识的内在联系。研究表明，在多样化情境中比在单一情境中学到的知识更利于迁移［3］。因为，多样化的情境可以展示出知识的各个侧面，便于学生从各个角度进行认识、理解，从而能够区别知识的本质属性及其变式，形成对知识的全面理解。

科学概念的学习，不仅能促使学生理解科学知识、形成科学知识体系，也是引导学生发展科学思维、提升科学素养的重要途径和方式［4］。复习时，教师可创设多样化的情境并设计相关问题，引导学生通过比较、分析所用概念的本质属性与其变式的区别，帮助学生从事实性知识的认知过渡到更高层次的概念性理解上［5］。为提高学生的迁移与应用能力，教师还可进一步使情境复杂多样，使问题更综合更具挑战性，并给学生提供支架，引导学生分析情境获取信息，综合应用更多类型的科学概念，从而以更科学、更系统的表达去创造性地解决问题。这种体现“深度思维”的复习，可有效提升学生解决初中学业水平考试中综合性、开放性试题的能力。下面以具体案例说明。

【案例3】《生态系统》复习教学片段之“对热带雨林生态系统物种最为丰富现象的解释”

情境：气候、栖息地以及食物等是影响生物生存与进化的重要因素。地球陆地上存在着不同类型的生态系统，其中热带雨林生态系统的物种非常丰富。为什么热带雨林的物种如此丰富？兴趣小组收集到以下资料。

资料一：科学家认为，距今几千万年前，地球经历了几次冰川期，导致大量生物灭绝。而热带雨林位于赤道附近，受冰川期的影响相对较小。

资料二：热带雨林的部分特征

特征1：热带雨林的平均气温、年降水量与其他类型的生态系统存在差异（图略）。

特征2：热带雨林具有分层结构（图略），且树木四季常青，各种生物生命活动旺盛。

问题：（1）热带雨林生态系统同生态球相比，其组成成分、结构与功能有何相似或不同？（2）结合上述信息，运用所学知识，对热带雨林物种非常丰富的原因作出解释。

设计意图：解决第一个问题，学生需要通过对两类情境的比较，明晰不同生态系统的生物类型、食物链的复杂程度、自动调节能力等可能不同，但其组成成分、物质循环与能量流动的规律、动态平衡的特点等是相似的。而这些相似点正是生态系统特征的本质体现，由此可促进学生把握概念的本质。第二个问题考查学生解释现象的能力，具体涉及阅读并获取信息的能力、高阶思维能力、对学科概念的理解能力、书面表达能力等，具有较高的综合性与开放性。其中，获取信息是解释的基础，对学科概念的理解以及分析、推理等能力是解释的关键［6］。要解答此题，学生必须迁移应用多个科学概念（如生态系统、遗传与变异、生物的进化等），并结合模型建构、推理论证等科学方法，方可对现象作出科学的解释。因此，在此题的解答过程中，学生可提升对相关知识的迁移与应用能力，进而发展科学思维。

四、价值与评价：融合教育，反思领悟，培育态度与责任

学生的核心素养是学生通过课程学习逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力。“教学是培养人的社会活动，要以人的成长为旨归。”［7］因此，教学不仅要促使学生掌握知识与方法以及发展能力等，还要促使学生形成正确的价值观。这便是深度学习倡导的价值与评价，但价值观的形成需要一个长期的过程，而且是一个以体验为基础的内化过程。

复习时，教师可将价值观教育与科学知识教学融合，通过精心设计的问题，引导学生对问题本身与问题解决过程进行反思，探寻问题的成因，体验问题解决过程中的各种探究与实践，从而领悟科学的价值，明晰作为一名公民应有的态度与责任。通过持续、系统、自然的融合式教育，可达到润物细无声的效果，从而更好地促进学生形成正确的价值观。下面以具体案例说明。

【案例4】《生态系统》复习教学片段之“对‘生物圈2号’实验的反思”

情境：“生物圈2号”是一个模拟地球生态环境的全封闭实验场。1993 年1 月，8 名科学家进入“生物圈2 号”。原计划在其中生活两年，靠吃自己生产的粮食，呼吸植物释放的氧气，饮用自然净化的水生存。但一年多以后，氧气含量从21%迅速下降到14%，而二氧化碳的含量直线上升。所有传粉类昆虫都死亡，脊椎动物也死亡。降雨失控，人造沙漠变成了丛林和草地。科学家被迫提前撤出，“生物圈2号”实验以失败告终。

问题：（1）“生物圈2 号”内的氧气含量下降、二氧化碳含量直线上升、传粉昆虫死亡等现象，分别会对里面的生物产生什么影响？（2）“生物圈2号”是当今最发达国家利用最好的技术耗费巨资建造的，这一实验的失败对人类有何启示？

设计意图：这一教学设计可帮助学生了解人类在创建生态系统方面的努力，认识相关生态因素对生物的影响，领悟保护环境的重要性。“生物圈2号”是人类建造大型人工生态系统的一次重要探索，其建造所依据的原理包括“生态系统”的相关知识。从这一情境出发，可设计出对学生有较强吸引力与启发性的系列问题。第一个问题指向生物、非生物等环境因素对生态系统中各种生物的影响，问题的解决过程需要学生运用科学思维与相关科学概念。第二个问题指向态度与责任，即再好的技术都可能存在安全风险，以此促使学生认识到“破坏生态系统容易，但重建生态系统非常困难”。在此基础上，学生能更好地领悟“人类只有一个地球，保护地球家园就是保护自身”，从而培育珍爱地球、保护环境的态度与责任。同时，由情境引出的这两个问题适切、自然，且关联密切，较好地体现了态度与责任教育与科学知识教学融合进行的特点。

综上，在进行基于深度学习的初中科学学业水平考试复习教学时，教师需要明确课程目标与初中学业水平考试的命题导向，把握学情，以学生对知识或概念的原有认知为基础，设计能促进知识或概念结构化的情境与问题，引导学生以任务为导向，合作探索，从而掌握知识或概念的本质，并能够迁移应用，提升探究实践能力，发展科学思维。教师还要掌握价值观培育与评价的正确方法，开展融合式教育。只有这样，初中科学复习才能更好地体现基于核心素养的“教—学—评”一体化，引导更多的学生深度参与复习，提升复习效率，有效发展学生的核心素养，为学业水平考试做好准备。