深度学习视域下初中生化学学习迁移能力提升对策探究

吴桂兰

初中阶段是学生接触和学习化学的重要时期,也是建立科学思维和解决实际问题能力的关键时期。然而,部分学生在化学学习中存在迁移能力不足的问题,即不能将所学的知识和技能应用于实际问题中。这不仅会影响学生的学习兴趣和动力,还会限制他们在未来的学习和职业发展中的表现。因此,提高初中生的化学学习迁移能力具有重要意义。

一、 概念界定

(一)深度学习

深度学习是一种机器学习的方法,旨在模拟人类大脑神经网络的工作方式。基于人工神经网络的概念,通过构建多层次的神经网络模型来进行复杂的数据处理和学习任务。深度学习的核心思想是使用多个层次的非线性变换来提取数据的高级特征,并将这些特征用于模式识别、分类、预测等任务。与传统的机器学习算法相比,深度学习具有以下几个显著的特点。

首先,深度学习模型能够自动学习输入数据的特征表示,无须手动设计特征提取器。这使得深度学习在处理复杂、高维数据时具有优势。其次,深度学习模型通过堆叠多个隐藏层实现对数据的逐层抽象表示。每一层都可以学习到数据的不同层次的特征表示,从而实现更加精确的模式识别和分类。最后深度学习模型通常需要大量的计算资源进行训练,同时也可以利用现代图形处理器(GPU)等硬件平台的并行计算能力来加速训练过程。

(二)学习迁移能力

学习迁移能力是指个体在面对新的学习任务时,能够将之前学习到的知识、技能、经验等转移到新任务中并加以应用的能力。简而言之,学习迁移能力是在不同学习情境下将已掌握的知识和技能进行灵活运用的能力。学习迁移能力是一个重要的认知能力,有助于个体快速适应新的学习环境,并提升学习效果。学习迁移能力可以表现为以下几个方面:

首先,能够将已学习的知识应用于新的学习任务中,利用先前掌握的概念、原理、规律等来理解和解决新问题。其次,能够将已掌握的技能运用到新任务中,通过调整和变化策略、方法和操作过程来适应新的情境和要求。再次,能够发现和利用不同学习任务之间的共性和相似之处,从而推广和应用已有的规律和模式到新的学习任务中。最后,能够适应不同的学习环境和背景,灵活应对环境变化对学习的影响,并在新情境中成功完成学习任务。

二、 影响学生化学学习迁移能力的因素

(一)学生因素

1. 操作定势

初中化学学习期间,学生个人操作定势对学生化学学习迁移能力有着重要的影响。个人操作定势是指学生在学习过程中形成的固定的思维方式、学习习惯和行为模式。这种定势会影响学生对新知识的接受和理解以及将所学的知识应用于实际问题的能力。总的来说,个人操作定势对学生化学学习迁移能力的影响主要体现在以下几个方面。

首先,个人操作定势可能使学生对化学学习产生负面的态度或偏见。如果学生持有消极的学习态度,可能会缺乏对新知识的兴趣和动力,从而影响其学习迁移能力的发展。

其次,个人操作定势可能导致学生只依赖特定的学习策略或方法。如果学生习惯于机械地记忆和背诵知识,缺乏深入理解和应用的能力,那么他们在面对新的学习任务时可能很难进行灵活的思考和运用已有知识。

最后,个人操作定势可能限制学生在解决问题时的思维方式和方法。如果学生习惯于固定的解决问题方式,他们可能会缺乏灵活性和创造性,在面对新的问题时无法进行有效的迁移。

2. 学生原有认知结构

初中化学学习期间,学生原有的认知结构对学生的化学学习迁移能力有着重要影响。学生的认知结构是指他们关于某一领域的知识、概念和思维模式的组织方式和理解框架。这种认知结构会影响学生对新知识的接受、理解和应用能力,从而影响其化学学习迁移能力的发展。学生原有的认知结构可能会影响他们对新知识的接受和理解,如果学生的认知结构缺乏与新知识相关的基础概念和连接,那么他们在学习和迁移新知识时可能会遇到困难。另外,学生原有的认知结构会影响其对化学概念的理解和运用。如果学生对某些概念存在误解或混淆,他们可能会在新的学习任务中将错误的概念应用于问题解决,从而影响学习迁移能力的发展。同时,学生原有的认知结构可能会导致他们倾向于使用特定的解决问题的策略和方法。如果学生习惯于机械地记忆和应用公式、规则等,而缺乏灵活性和创造性的思维,那么他们在面对新的学习任务时可能无法进行有效的迁移。

3. 实验态度

学生积极参与实验活动可以增强他们对化学知识的理解和应用能力,通过亲自操作、观察和记录实验过程,学生可以深入地认识和理解化学原理和现象,从而提高将实验知识迁移到新的学习任务和实际问题解决中的能力。另外,学生在实验中遇到困难或错误时的态度和处理方式也会影响其学习迁移能力。如果学生对错误抱有消极的态度或避免错误的心理,那么他们可能会错过纠正错误、改进方法的机会,从而影响学习的迁移和进步。同时,学生实验态度还会影响他们的实验思维能力。积极的实验态度可以促使学生在实验中主动提出问题、探索规律、分析数据,培养其科学思维和解决问题的能力,有利于将实验所获得的知识与新的学习任务相联系和迁移。

(二)教师因素

1. 教学策略

教师采用激发学生学习兴趣和动机的教学策略,如提供有趣的实例、引发思考的问题等,可以增强学生的学习投入和积极性,促进他们将所学知识迁移到新的学习任务中。教师注重将所学知识与实际问题结合,引导学生进行实践探究和应用活动,可以培养学生将所学知识运用于实际问题解决的能力,促进学习迁移。教师通过设计启发性问题和情境,激发学生的思考和探索,在解决问题的过程中培养其分析、推理和创造能力,提高学习迁移能力。教师倡导合作学习和交流的教学策略,鼓励学生进行团队合作、讨论和分享,并引导他们在合作中共同构建知识体系和解决问题,增强学习迁移的能力。

2. 师生关系

初中化学学习期间,师生关系对学生的化学学习迁移能力有着重要的影响。师生关系是指教师和学生之间的互动、沟通和合作方式,包括教师的角色塑造、学生的参与程度以及教师对学生个体差异的关注程度等方面。这种关系会影响学生的学习态度、自信心和学习动力,从而影响他们将所学知识应用于实际问题解决的能力。积极、支持和关怀的师生关系可以增强学生的学习动机和兴趣,当学生感受到教师的鼓励和支持时,他们更加愿意积极参与化学学习,提高学习迁移能力。良好的师生关系可以提高学生的自信心和学习态度,当学生感受到教师对他们的认可和尊重时,他们更加有信心面对学习困难并尝试将所学知识迁移到新的学习任务中。积极互动的师生关系可以激发学生的思考和创造力,当教师鼓励学生提出问题、进行讨论和探索,能够培养学生的批判性思维和解决问题的能力,促进学习迁移能力的发展。

三、 深度学习视域下化学学习迁移能力提升策略

(一)创设嵌入式化学实验情境

1. 架构背景知识

首先,明确实验的目标和所要达到的学习要点。这有助于确定需要引入的背景知识以及其与实验的关系。根据实验情境和目标,引入相关的化学概念、原理和模型,以便学生能够理解实验的基本原理和背后的科学原理。可以通过讲解、演示、图表、视频等方式呈现相关概念和原理。对于复杂的实验情境,教师可以追溯和回顾之前学过的相关知识,帮助学生将新学到的知识与之前的学习内容进行联系和整合。这样做可以巩固之前的学习,并提供一个连贯的知识框架。其次,为了帮助学生理解背景知识的实际应用,教师可以提供一些具体的实例或示例,展示背景知识在实际问题中的运用。这有助于加强学生对知识的认识,并促进其将所学知识迁移到实验情境中的能力。在引入背景知识的过程中,始终强调实验与理论之间的联系和互动。解释实验情境的原理时,鼓励学生思考和讨论实验结果与所学理论之间的关系,从而加深他们对实验和理论的理解。

2. 融入生活经验

在初中化学教学期间,创设嵌入式化学教学情境时,融入生活经验是一种有效的教学策略。通过将化学知识与学生日常生活中的实际经验和情境连接,可以增强学生的学习兴趣和参与度,促进他们将所学知识应用于实际问题解决的能力。首先,让学生回顾日常生活中与氧气相关的经验。例如,呼吸时感受到的空气、燃烧时火焰的明亮等,引发学生学习氧气相关性质的好奇心。介绍氧气在现实生活中的应用场景,如医疗领域的氧气供给、潜水器中的氧气瓶、航空航天中的火箭推进剂等。在学生掌握了基本知识之后,教师可以引导学生的思维进行发散,从而让学生的化学知识与生活实际结合。又如,教师需要让学生思考,为什么锅中着火之后盖上锅盖就可以快速灭火?是因为温度?还是因为氧气?在学生提出一些自己的猜想之后,教师再为学生讲解其中的原理。其次,教师可以积极引导学生在课堂上开展实验。例如,教师可以让学生在玻璃杯当中点燃一张纸,随后盖上杯盖,可以发现纸张在玻璃杯当中快速熄灭。在学生学习了氧气的基本知识之后,很快就可以联想到是因为玻璃杯当中的氧气由于燃烧而消耗殆尽,所以才会因此而快速熄灭,这对学生了解氧气的性质具有重要意义和关键价值。

通过将氧气与学生的日常生活经验融合,教师可以激发学生的学习兴趣和参与度。同时,通过实验、问题探究和环境保护的讨论,帮助学生深入理解氧气的性质、应用和重要性,促进学生将所学知识迁移到实际问题解决中。

3. 开展交互式沟通交流

将学生分成小组,让他们就特定的化学主题展开讨论。教师可以提出问题或情景,并引导学生进行交流和探讨。这样的交互式讨论可以激发学生的思考、分享观点、提出问题和解决问题。给予学生不同的角色,让他们在特定的化学情境中扮演相应的角色。例如,在模拟实验室环境中,让学生扮演化学家、实验员或观察者的角色。通过角色扮演,学生可以深入地理解化学知识的应用和实际情境。组织科学辩论活动,让学生就某一化学问题展开辩论。教师可以一个有争议性的话题为基础,鼓励学生提出不同的观点并进行辩论。这种交互式的辩论可以锻炼学生的逻辑思维、表达能力和合作精神。给学生提供一个实际的化学问题,并鼓励他们在小组或全班合作解决。教师可以引导学生分析问题、收集信息、制订解决方案,并就不同的观点进行讨论和比较。这样的活动可以培养学生的批判性思维和解决问题的能力。最后,鼓励学生通过展示自己的成果来分享和交流。学生可以准备口头报告、海报展示、实验演示等形式,向同伴展示他们在特定化学情境中的学习成果和应用能力。这样的展示活动可以增强学生的自信心和表达能力。

(二)开展自主式化学实验方案设计

1. 重视化学实验方案设计的主体性

首先,鼓励学生积极参与化学实验方案的规划过程。教师可以引导学生讨论并确定他们感兴趣的实验主题或问题以及探索的目标和方法。其次,教师可以为学生提供必要的背景知识,以帮助他们了解相关的化学概念、原理和安全注意事项。需要注意的是,在保障学生实验安全的基础上,教师需要尽量避免过度干预,以确保学生可以充分自由地探索实验。再次,教师可以通过提出问题、向学生提供相关资源和文献资料等方式,引导学生进行实验设计。同时,教师可以就实验的可行性、合理性和安全性给予必要的建议。随后,鼓励学生根据实验目标和方法自主选择实验步骤和材料,有助于提高学生的决策能力和实验设计的独立性。接下来,教师在学生进行实验方案设计过程中,可以定期提供反馈和指导。这些反馈应着重于促进学生的思考、改善实验设计和解决可能出现的问题。最后,教师可以根据一定的评价标准对学生的实验方案进行评估。这有助于学生了解他们的设计是否符合实验目标,并从中获得反馈,及时改进。

2. 保持实验路线多元化

为学生提供不同的实验目标和问题,以激发其兴趣和动机。其中可以有多条实验路线,每条路线都针对不同的目标或问题,让学生根据自己的兴趣和研究方向选择适合的实验路线。鼓励学生尝试不同的实验方法和技术,以实现实验路线的多元化。其中包括传统的实验方法、模拟实验、计算机模拟等不同形式的实验,让学生有更多的选择和尝试。同时,确保学生可以使用多种不同的实验材料和设备进行实验设计,包括基本的实验器材、特殊化学品、计算机软件或模型等。通过多样化的实验材料和设备,学生可以选择适合自己实验路线的工具。鼓励学生根据自己的兴趣、特长和研究方向,进行个性化的实验设计。教师可以提供一定的框架和指导,但同时应给予学生足够的自由度来发展和探索他们独特的实验路线。最后,鼓励学生在实验设计过程中分享和交流彼此的想法和经验。这有助于学生之间相互启发、借鉴和汲取灵感,进一步拓宽实验路线的多元性。

通过保持实验路线的多元化,学生能够在自主式化学实验方案设计中体验到丰富的实验内容和方法。这样一来,促进了学生的创造力和批判性思维的发展,同时也激发了他们对化学科学的兴趣和探索精神。教师应起到引导者的角色,提供适当的支持和反馈,确保学生在多元化的实验路线中获得积极的学习体验。

3. 设计过程中的容错性

鼓励学生采用不同的思考方式和途径来进行实验设计,每个学生可能有不同的创意和想法。教师应尊重和接受这种多样性,并提供支持和指导。让学生明白实验设计是一个试错的过程,鼓励他们勇于尝试和犯错误。当学生遇到困难或失败时,教师应鼓励他们继续努力,并提供帮助和建议,引导其改进设计。在学生进行实验设计过程中,教师可以定期提供反馈和指导,帮助学生识别问题、找出解决方案,并提供改进的建议。在评价学生的实验设计时,教师应注重关注学生的思考过程和努力,而不仅仅看重最终结果。这有助于减轻学生对失败或不完美结果的焦虑,鼓励他们从中学习和成长。为了保持学生设计过程中的容错性,教师可以提供必要的资源和支持。其中包括提供实验器材、文献资料、计算机模拟软件以及与学生进行讨论和指导的机会。组织学生进行小组合作,在实验设计过程中互相学习和支持。团队合作可以提供更多的反馈机会和资源共享,增强学生之间的合作精神和容错性。

例如,在完成酸碱盐的学习之后,教师可以对学生进行鼓励,引导学生在实验期间积极了解酸碱中和反应以及实际化学性质。如果教师对学生的容错性并未进行关注,那么势必会致使学生的学习能力受到阻碍,并且对学习的知识产生浅显的认知与了解。在这一过程中,教师可以先提供给学生三瓶无色溶液,其中包括酸、碱、盐。随后,教师引导学生进行简单甄别,在这一过程中不同的学生将会给出不同的方案与策略,教师需要积极鼓励,让学生探索出更多的想法,这对学生学习这方面知识也有重要意义。

(三)组织DIY式化学实验活动

1. 引导学生动手操作实验

在进行DIY式化学实验活动之前,教师应首先向学生提供必要的安全指导。其中包括实验室安全规则、正确使用实验器材和化学品的方法以及急救措施等,确保学生了解并遵守安全操作的要求。选择简单而基础的化学实验,以确保学生能够成功地进行自主操作。这样可以增加学生的自信心,并激发他们的学习兴趣。为学生提供清晰明了的步骤说明,以便他们按照顺序进行实验操作。教师可以将步骤写成简明的指南或制作视频演示,以帮助学生更好地理解实验操作的过程。同时,鼓励学生在操作实验的过程中进行自主思考和探索。例如,在实验中提出问题,让学生猜测结果并进行实验验证。这样可以促进学生的批判性思维和探究精神,并增强他们对化学知识的理解。另外,为学生提供所需的实验材料和器材,确保他们能够充分参与实验操作。教师可以提前准备并组织好所需材料,以便学生可以直接使用。最后,在学生进行DIY式化学实验活动时,教师应持续监督和指导,及时解答学生的疑问,纠正错误操作,并提供必要的反馈和评价。

2. 引导学生解决挑战性问题

首先,教师可以提出一个或一系列挑战性问题,与学生分享并使其思考。这些问题可以涉及化学知识、实验设计、实验结果的解释等方面,确保问题具有一定的难度和挑战性,以激发学生的思考和探索欲望。其次,鼓励学生根据挑战性问题进行实验设计。给予学生一定的自由度和创造空间,让他们根据自己的理解和想法设计实验方案。教师可以提供一些指导,但不应限制学生的思考和创意。在学生进行实验设计和操作过程中,教师应起到引导和支持的角色。提供必要的背景知识和实验技巧,帮助学生理解问题和解决方案,并给予适时的指导和反馈。随后,鼓励学生运用科学方法来解决挑战性问题。教师可以提醒学生合理地制订假设、设计实验、收集数据、分析结果和得出结论等步骤,并帮助他们进行思考和反思。组织学生之间的合作和交流,让他们相互分享想法、经验和解决方案。学生可以通过小组讨论、展示报告、展览等形式来交流彼此的成果和思考过程。最后,鼓励学生在实验设计和解决问题过程中进行创新和改进。教师可以激发学生提出新的想法或方法,并尝试改进实验设计或解决方案。

(四)实施科学探究活动

1. 引导学生提出猜想与假设

在初中化学教学期间,引导学生提出猜想与假设是提升学生学习迁移能力的重要策略。通过培养学生主动思考和探索的能力,他们可以更好地将所学知识应用于新的情境中。教师可以通过提出启发性问题来引导学生提出猜想与假设。例如,在学习酸性溶液与碱性溶液这一章节的过程中,教师可以引导学生观察酸性溶液和碱性溶液的一些特征现象,如颜色变化、气味、导电性等。通过观察现象,激发学生对现象背后原因的好奇心。此外,设计一些简单的实验,让学生自行操作并观察结果。例如,让学生将酸性物质和碱性物质与指示剂进行反应,观察颜色的变化。通过实验结果,引导学生提出可能的解释和猜想。另外,还需要鼓励学生提出关于酸性溶液和碱性溶液的问题。例如,什么是酸性溶液?为什么酸性溶液可以腐蚀金属?通过问题的提问,促使学生思考和探索。最后,引导学生基于已有知识进行推理和解释。例如,学生可以根据观察到的现象和实验结果,推断酸性溶液和碱性溶液之间的差异,并提出可能的原因和解释。

2. 实验之后作好反思与评价

鼓励学生对实验过程进行自我反思,包括实验设计、操作步骤、观察结果等方面。学生可以思考实验中遇到的困难、成功的地方以及改进的可能性。组织学生之间的讨论和分享,让他们交流彼此的实验经验和观察结果。教师可以引导学生就实验中遇到的问题、解释的困惑或新发现进行讨论。另外,鼓励学生将实验结果与所学的化学概念进行连接。学生可以思考实验结果是否与预期相符,并尝试解释背后的科学原理。这有助于加深学生对化学知识的理解和应用。教师可以提出问题,引导学生思考实验结果的原因和影响。例如,为什么在某个条件下产生了特定的观察结果?学生可以从中推断和解释相关的化学原理。最后,教师可以与学生一起评估实验结果的可靠性和准确性。这包括实验的重复性、数据收集的正确性以及实验中可能存在的误差来源。学生可以思考如何改进实验设计和操作,以提高实验的可靠性和结果的准确性。鼓励学生总结实验的重要发现和关键观察结果,并将其归纳为化学原理或概念。学生可以制作实验报告、海报或简短的总结,以记录他们的学习成果。

四、 结论

综上所述,深度学习视域下的初中生化学学习迁移能力提升是一个复杂而多样的过程。通过嵌入式化学教学情境、交互式沟通交流、DIY式化学实验活动等策略,以及培养学生的批判性思维和问题解决能力,可以有效地提升学生的学习迁移能力。同时,教师在这一过程中扮演着重要的角色,应提供必要的指导和支持,营造积极的学习环境,让学生成为学习的主体。