基于深度学习理论教学“光的传播”

深度学习理论认为，学习是建立在理解的基础上，以知识整合为内容，构建从现象到本质的认知过程和迁移运用新知的应用过程。这个过程是循序渐进的，需要教师在教学过程中科学安排学习进阶，引导学生着眼于知识的意义建构和深度处理。[1]

在执教“光的传播”内容时，教师提出探究问题“光能以直线的方式一直传播下去吗”，引导学生推测光照射到透明度不同物体时光传播路径的变化，并根据实验结果解释自然现象和解决实际问题。在实践中教师会发现，学生在进行光照射透明度不同的物体的实验时，往往只停留在对表层现象的观察，对客观事物的本质没有具体的认识。为了促进学生深度探究，教师基于高阶思维发展和模型建构规律，引导他们用图表记录整理信息和推理探究结论，实现对科学概念的深度理解，从而提升其核心素养。

一、问题导向，引发深度思考

深度学习是将新知识与已有知识经验建立联系，并对原有的知识结构进行整合、概念转变的过程。[2]因此，在科学教学中，教师应从学生的生活经验入手，获取必要的基础信息，再对信息进行全面的加工，以便促进学生的思维拓展。这个过程中，教师可以通过问题串的方式，启发学生思考的积极性，由浅入深地驱动他们从事物的结构、功能等角度思考。

1.创设问题情境

师：老师家里要换新窗帘，请你帮老师看看，选择哪种窗帘比较合适？你的判断标准是什么？

生：我建议选择厚窗帘，外面的人看不见里面的情况，隐蔽性比较好。

生：我觉得薄窗帘和厚窗帘都可以选。选择薄窗帘，是因为不仅外面看不清里面，还能确保室内的采光。选择厚窗帘，是因为夜晚的光污染不会影响我安心睡觉。

问题是思维的起点。教师借助生活化的问题将学生带入真实情境中，使他们建立教材内容与生活经验的联系，发现生活中的科学，激发他们的内在学习动机，并在思考问题的过程中碰撞出思维的火花。

2.问题驱动探究

教师根据教学内容和学生的实际情况，可以设计一些问题驱动探究。

（教师出示玻璃片、黑色塑料、透明塑料瓶、薄纱布、木板、铁片、瓦楞纸。）

问题一：哪些物品能阻碍光的直线传播？

问题二：这些物品阻碍光的直线传播情况是如何的？

①哪些物品具有同样的阻碍效果？

②它们具有什么共同点？

③这种阻碍效果在实际生活中有什么例子？

④你还想知道哪些问题？

问题三：按照以上的讨论，你能提出什么研究问题？

问题一的设计着重拓宽学生的思维广度，培养他们的观察与分析能力。学生在这个环节会充分调动自己的生活经验对问题进行解释。有些学生能够在比较中快速识别出不同物体的结构差别，但还有部分学生仅停留在对单个物体的观察上，这就需要教师提出问题二，为他们搭建思维的脚手架。问题二的设计分为若干个子问题，注重问题的联结性和进阶性。子问题①②要求学生分析与比较不同物体的异同点，提炼出“透明度”这个关键特征。子问题③帮助学生建立光的传播与阻碍与日常生活的联系，初步认识跨学科概念“结构与功能”。子问题④从主动学习视角出发鼓励学生学会质疑和创新。问题三引导学生获得对物体透明度与阻碍光传播能力的关系的初步感知，产生对光受阻碍程度的疑问，进而提出具备可探究性的问题：光在传播过程中被阻碍的程度是否与遮挡物的透明度有关？

二、设计求证，进行深度探究

实验教学的深度探究需要教师强调实验设计的具体规范要求，提醒学生关注现象，引导他们获取有效的信息。在该探究活动中，学生能直观地看到光传播到不同透明度的遮挡物的穿透情况。但是学生还需要学会抓住事物的本质特征，理解事物的结构，并建立证据与观点之间的联系。因此，在该实验中，教师提示学生进行更细致的观察，为后期的深度探究作铺垫。

师：这个实验我们应该如何设计？哪个实验条件要改变？

生：我们选择透明、半透明和不透明的卡纸，将透明度作为唯一改变的条件。

师：哪些实验条件要保持相同？

生：保证光照强度、光照距离等其他条件一致，观察光能否穿过透明度不同的物体。

师：怎样判断光的穿透情况的强弱？

生：观察光能够照亮遮挡物，让我们看清楚遮挡物上的细节。

认识控制变量是对比实验的核心，能够帮助学生理解科学实验设计的原则，要求他们在实验中保持逻辑一致性，有助于提高他们的逻辑推理能力，从而更加清晰地理解和解释实验结果。

师：你有哪些证据可以证明你的观点？你还在实验中发现了哪些可以判断光受阻碍情况的证据？

生：不同透明度的遮挡物表面出现了不一样的光斑，透明的遮挡物上光斑弱，不透明的遮挡物上光斑强。

生：不同透明度的遮挡物表面反射光的强弱不同，透明的反射光弱，不透明的反射光强。

生：遮挡物上有深浅不同的黑色影子。

师：请讨论这些证据的合理性。

（课件出示：判断证据存在的真实性、证据与待证事实之间的一致性、证据在不同条件下的可重复性等。）

生：我认为光斑的强弱可以作为评价光的穿透程度的标准，因为我们在实验中看到了不同遮挡物上的光斑不同，这个证据与事实之间有关联性。

生：我认为遮挡物表面反射的光不能作为证据。例如，黑卡纸反射的光弱，但它是不透明的，所以这个证据不具备可重复性。

生：我认为影子的深浅可以作为评价依据。我们能否看清遮挡物上的细节就取决于影子覆盖细节的程度。这个证据与其他的证据解释有一致性。

受固有经验的影响，学生在设计实验时不一定能够考虑到所有可观察的现象与可记录的信息。因此，教师可以在学习任务单中增加开放性的问题，如你还发现了哪些可以解释光受阻碍情况的证据，提醒学生进行更细致的证据搜集和精准的信息处理。在讨论与交流环节，学生分析与判断更多证据与结论之间的关联性，进而发展推理思维，理解科学探究的复杂性和不确定性。

三、模型建构，促进深度研讨

模型建构是科学思维的重要组成部分，要求个体运用观察、描述、解释和推理等方法对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型。在该课中，教师采用“光照射牛奶”的实验，通过控制牛奶的加入量可以实现水槽呈现出透明度不同的三种状态，让学生更好地发现科学规律。

1.激发建模意识

师：光穿过不同透明度的卡纸时经历了什么？被阻碍的光到哪里去了？

生：光会在卡纸表面聚集形成光斑。

师：为什么会出现这种情况？光穿过不同透明度的遮挡物时，遮挡物的内部发生了什么？

生：可能是厚卡纸内部的纤维比较紧密，光被完全挡住了。而透明卡纸的组成成分也是透明的，所以光能穿过。

师：卡纸太薄了，我们无法看清内部发生的情况。我们就用立体的透明水槽来代替卡纸。

深度学习就是触及事物本质、深入知识内核的学习。学生理解现象及其本质是将外在的、符号化的客观知识转化为个体的个性化知识的过程。教师可以借助模型建构，把难以观察的现象显性化，让学生更容易建立对事物的认识，加深对概念的理解。

2.建构观察模型

（教师出示三个装满清水的水槽，第二个水槽里加几滴牛奶，第三个水槽里倒入大量牛奶。）

师：这三个水槽的透明度分别是怎样的？

生：只装清水的水槽是透明的，滴加了几滴牛奶的水槽是半透明的，有大量牛奶的水槽是不透明的。

师：让我们将水槽中的牛奶小颗粒放大到足够大，直到我们看清为止（用小圆点来表示）。请你在任务单中不同的水槽中画出小圆点。

生：第一个水槽里没有牛奶，所以不需要画小圆点；第二个水槽里牛奶较少，所以小圆点的数量比较少；第三个水槽里牛奶很多，所以小圆点是密密麻麻的。

师：打开激光笔照射第一个水槽，观察一下有什么现象。

生：我们观察到，第一个水槽内部没有明显的变化，但是水槽左右两边的外壳上留下了激光笔的光斑。

师：这种现象说明了什么？

生：说明了激光笔的光穿过了透明的水，中间没有被其他颗粒遮挡。

师：结合我们建构的微观模型，推测第二个、第三个水槽中可能发生什么现象，它们内部的小颗粒可能起到什么作用。

生：小颗粒可能会阻碍一部分光的传播。

师：光照到小颗粒上会出现什么现象？

生：小颗粒面朝光的一面会被照亮。

师：第二个、第三个水槽内部的小颗粒数量和排列有什么不同？

生：第二个水槽内部的小颗粒数量较少，它们之间的空隙较大，排列松散；第三个水槽内部的小颗粒数量较多，它们之间的空隙较小，排列紧密。

师：现在打开激光笔照射第二个、第三个水槽，观察一下有什么现象。

生：第二个水槽中有明显的光路，第三个水槽的前端有明亮的光斑。

师：请在“任务单”中用亮色笔标记出激光笔照亮的部分，完善科学模型。

生：第一个水槽内部没有牛奶小颗粒阻碍光的传播；第二个水槽内，光部分穿过并沿路照亮牛奶中的部分小颗粒，形成光路；第三个水槽内部的小颗粒太多，导致光不能穿过。

模型建构把看不见的现象显性化，通过内在探究与推理形成科学微观模型，根据更丰富的现象改进和修正模型，并引导学生利用模型解释、预测科学现象。同时，促进学生思考：为什么科学需要进行模型建构？模型建构需要经历哪些过程，收集哪些数据？这能让他们深入了解科学探究的方法，培养其系统思考和解决问题的能力。

四、创新挑战，践行深度应用

促进学生深度学习的学习方式在操作上可以有两种形式：一是课题式研究学习，二是项目式创作。[3]

课题式研究是指学生针对某一现象进行实验探究的一般过程，并从中发现科学原理和规律等价值信息，强调学生经历像科学家一样的探索与研究历程，主动构建有意义的学习。例如，教师可以改变课堂上直接教授的方式，组织学生开展课题式研究“探究日食和月食是如何发生的”。学生先推测“哪些因素会影响日食和月食的出现”，再通过模拟实验推理“哪些条件必须满足才能发生日食或月食”，并尝试调整某些因素来模拟不同类型的日食和月食。在这个过程中，学生需要进行评估信息、提出假设、设计实验、实施探究、得出结论与表达反思，调动多项科学知识，化被动接受知识为主动探究，他们不仅能够深入理解日食和月食的成因及发生过程，也锻炼了将知识应用于实际观察和拓展研究中的能力，更激发了自我导向学习和自我监测能力。

项目式创作强调学生动手实践和改进创作，包括设计方案、制作产品、创编剧本、组织活动等。例如，学生可以改进“皮影戏”的创作方法，即用透明度不同的卡纸剪制拼贴，使其能够投影出不同的形象和更细致的造型（如图1），实现科学与艺术的跨学科融合。

（作者单位：广东省珠海市香洲区翠微小学）

参考文献

[1]郭元祥.论深度教学：源起、基础与理念[J].教育研究与实验，2017（03）.

[2]郑葳，刘月霞.深度学习：基于核心素养的教学改进[J].教育研究，2018（11）.

[3]李松林，贺慧，张燕.深度学习究竟是什么样的学习[J].教育科学研究，2018（10）.