如何开展深度学习和深度教学（思维与实践深度融合的探究性学习如何开展）

如何开展深度学习和深度教学（思维与实践深度融合的探究性学习如何开展）具体而言，这种内化需要学生从自己的感知、知识、经验出发，提炼概括成为基本的思维模式，例如形象思维、抽象思维、直觉思维等；再通过进一步提升，于思维层面形成批判性思维、创造性思维，于应用层面形成工程思维、计算思维等高阶思维能力。若要把学生一开始接触的知识以及原有的知识变成一种处理问题的能力，则需要经过大脑处理，将其进一步内化为一种能力。教育是为了培养具有良好人格品性、较强行动能力、较好思维品质和较深创造潜能的人才。我个人认为，教育的本质是培养学生的思维和解决问题的能力。教师不应直接将知识灌输给学生，要让学生自己在探索中发现问题、提出问题、解决问题。探究性学习就是让学生在学习活动中勤于思考、学会思考、发展思维的模式。我认为在这个过程中，思维很重要。思维是人脑对客观事物的间接的、概括的和能动的反映，人们通过思维，可以实现对客观事物的本质属性、内在规律及事物之间相互关系的认识。在探究活动中，教师应注

在培养核心素养，深化教育改革的背景下，拒绝单纯的知识灌输已经成为了大多数教育者赞同的观点。但在教学实践中，拒绝了灌输式的教学方法之后，我们应该培养学生的思维和解决问题的能力？清华大学航天航空学院教授高云峰强调注重思维，加强实践，用两个精彩的案例解答了如何在探究活动中将思维培养与实践相结合，启发引导学生的问题。

本文整理自高云峰在第三届全国思维型教学大会上的主题分享

本文共5265字，仔细阅读需13分钟

清华大学航天航空学院教授高云峰

教育是为了培养具有良好人格品性、较强行动能力、较好思维品质和较深创造潜能的人才。我个人认为，教育的本质是培养学生的思维和解决问题的能力。教师不应直接将知识灌输给学生，要让学生自己在探索中发现问题、提出问题、解决问题。

探究性学习就是让学生在学习活动中勤于思考、学会思考、发展思维的模式。

探究活动，需要思维与实践的碰撞

我认为在这个过程中，思维很重要。思维是人脑对客观事物的间接的、概括的和能动的反映，人们通过思维，可以实现对客观事物的本质属性、内在规律及事物之间相互关系的认识。在探究活动中，教师应注重把思维模式融入其中，提倡科学精神。

若要把学生一开始接触的知识以及原有的知识变成一种处理问题的能力，则需要经过大脑处理，将其进一步内化为一种能力。

具体而言，这种内化需要学生从自己的感知、知识、经验出发，提炼概括成为基本的思维模式，例如形象思维、抽象思维、直觉思维等；再通过进一步提升，于思维层面形成批判性思维、创造性思维，于应用层面形成工程思维、计算思维等高阶思维能力。

同时，思维能够指导行动，而行动所得的或正面或负面的结果也会对思维产生影响。

那么我们为何重视实践？

传统学习活动主要涉及知识，以传授知识为主，较少涉及能力，更少涉及到人格、心理和环境因素。这些传统学习活动缺乏的内容正是未来教育强调的。而实践活动会自然地涉及到上述所有因素，适合对学生的全面培养，因此实践值得重视。

在实践中，探究是一种重要的形式，它是求索知识或信息的活动，是搜寻、研究、调查、检验的活动，是提问和质疑的活动，是学生以模拟或类似科学家研究的方式所进行的学习。

当然，科学家和学生的探究活动是有差异的。学生的探究活动是一个典型化、简约化的科学探究活动，但两者在本质上具有一致性——都是从未知到已知的探索、发现过程。所以我们要注重给学生设计不知道答案的问题，尽管不是每一个活动都要如此，但这样的活动是必不可少的。

在我看来，科学不仅是一个知识体系，更是一个探索过程。因此，我们在教学过程中不仅要重视知识，还要重视科学精神、方法的融合。

动物爬绳：如何在探究活动中体现综合思维？

前几年，我给学生上科学探究课程，强调思维方法和实践体验，着重提升学生处理问题的能力。在我的课上，学生或蹲或站或躺，很少有坐在位置上上课的，因为当孩子的兴趣提起来后，他们就会情不自禁地站起来。

高云峰教授指导学生开展探究活动

在名为“动物爬绳”的课程里，教学的目的是把科学精神的内容融入其中，解决“如何探究、如何观察、如何归纳、如何怀疑一些东西”的问题。其实在课程中会渗透着不同的思维方法，但是上课的时候我往往不说，而是让学生从活动和课堂中感悟。

“动物爬绳”这节课一开始，我和学生说：我们来做一个玩具，由此引起学生的兴趣。然后先做一个辅助性的实验，把原理演示给学生，接着再进行比赛、探究等活动。

是什么实验呢？

先准备一根长度固定的棍子以及一根比棍子粗的管子，因此当管子套到棍子上时，管子就会掉下来。我们第一个实验的目的就是寻找不让管子从棍子上落下的办法。

将管子套在棍子上

科学实验需要在一次次的实验活动中不断改变参数，以找到正确的结果。因此第二次实验，我们可以改变管子的长度，用一根较短的管子套在棍子上，对比结果。而当管子再次从棍子上掉落，我就会鼓励学生：在历史上，科学家做实验也经常面临失败，因此我们要有一种坚韧性。

改变管子的长度

于是我们又回到第一个实验，但是这次改变的参数是重量。我们会发现，当管子加上配重，它还是会从棍子上掉落。这时候，我会和孩子们分享爱迪生发明电灯的故事，强调在科学实验中我们或许会遇到很多挫折，但我们还是需要坚持下去。

给管子增加重量

再一次回到第一个实验，我们在管子上增加配重，但是换一种配重方式——不改变配重的重量，改变其重心。于是，当我们再次把管子套到棍子上时，我们会发现管子并没有从棍子上掉落。

加大倾斜角度，改变管子配重的重心

经过了四次实践，我们发现只有在第四次实验中，管子没有从棍子上滑落。让学生观察四次实验，他们可以发现第四次实验其实是特殊的，再引导学生进行观察思考，归纳总结。

其实第四个实验能说明物体倾斜角度越大越容易被卡住。教师可以在学生归纳总结的过程中发挥引导作用：最重的是第三个实验，最轻的是第二个实验，那么第四个实验的特点是倾斜的角度，由此发现物体倾斜角度越大越容易被卡住的道理。

基于这样的科学实验，教师再进一步引导学生提出疑问，培养批判思维。例如：有限次实验归纳出的结论是否可靠？

其实，人的认知是一个过程。在历史上，很少有科学家在发现某一种现象后，就能直接得到科学的理论。他们往往是先发现现象，总结出一般规律，过了一段时间后，科学家自己或其他科学家才得出相关的科学原理。

元素周期表

例如，门捷列夫当年发现了元素周期表，预测了新元素，但他无法解释元素的周期性问题，因此当时元素的周期性仍然属于有限的归纳，是一种猜测。直到科学家理解原子外围电子的排列方式之后，才从理论上证明元素周期表是正确的。

我们能由此给予学生某些启发——如果我们的实验结论也像元素周期表一样能预测某一些现象，那我们的结论很有可能是正确的。

在之前的实验中，我们了解了物体倾斜角度越大越容易被卡住，那么老师则继续引导学生用批判思维进行预测，例如联想到家里的老式抽屉，提问：宽而短的抽屉与窄而长的抽屉相比，哪个更容易被拉出？

实际上，抽屉和柜子之间肯定有缝隙。当缝隙相同时，抽屉越长，倾斜角度越小；抽屉越宽，倾斜角度越大。因此，窄抽屉容易被拉出，而宽抽屉却容易被卡住。

接下来，展开逆向思维，进行思维跳跃：我们已经验证了物体倾斜角度越大越容易被卡住，前面的实验中，物体都是向下落，那么是否有可能做一个装置，让它既基于上面的结论，又是向上爬？

在解决这个问题之前，我们要引导学生用直觉思维先思考一件事情：摩擦力能否让物体上升？

在生活中，汽车前进和人走路前进都是和摩擦力相关，因此可以进行相似联想：摩擦力能使物体上升。

于是，结合摩擦力与“物体倾斜角度越大越容易被卡住”，我们可以用铁丝尝试做一个能往上爬的装置。

第一次演示时，我故意失败；而第二次则演示成功，目的是让学生仔细观察，再结合之前的实验结论与观察所得思考原因：在这个装置中，铁丝做的梯形为什么能向上爬？

基于“物体倾斜角度越大越容易被卡住”这个结论，如果梯形一侧的上下两个圆环与绳子之间能卡住，而另一侧的上下两个圆环与绳子之间没有倾斜角度，那么倾斜角度大的绳子总能卡住铁丝，带着铁丝上升。

之后，就可以让学生自己动手制作装置，在实践中去探索倾斜角度大小等一系列问题，并用自己制作的装置进行比赛。比赛之后，再进行小结。

例如，在多次实验过程中掌握参数控制、观察等多种科学方法；在归纳出结论的环节了解科学知识；在预测及验证阶段培养对适用范围的怀疑、预测等科学精神……如此，就在“动物爬绳”一课中融入了多种思维方法，展示了科学探究的历程。

学生进行“动物爬绳”的比赛

寻找四叶草：如何探究活动中培养创造性思维？

随着社会的不断发展变化，我们需要用新的方法和手段去处理新的问题和挑战，通过发明创造把梦想变为现实。例如在中美贸易战中，我们能看到自主知识产权的重要性，有些难以买到的技术，需要我们掌握在自己手中……这些情况要求我们重视创新，重视创造性思维的培养。

创造力包含创造性思维和创造性倾向。创造性倾向是指心理层面的冒险性、好奇心、想象力、挑战性；在思维层面是指思维的流畅性、变通性和独特性。

创造性思维是能产生新颖性思维结果的思维，新颖性、灵活性和综合性是创造性思维的本质特点。创造性思维与实践能力结合，就能更好处理实际中的问题，做出更多发明创造。

对于我们而言，关键是怎么才能让学生有一些创造性的思维？

第一步就是不要让学生思维固化。

我曾经指导学生做了一个游戏：把手机改造成启动机，把手机电池的动力放大10万倍，从而吊起重达60公斤的冰箱。整个过程使用了杠杆原理，但是实验里没有杠杆的出现，而是利用齿轮将动力放大。

在这里，我想强调一定要突破思维定势。特别是在中文里，很多字和词都带有某些程度上的引导，例如“地球”暗示了它就是一个球，但是中国古代并没有“地球”这个概念，因为我们不知道它是一个球。类似的，当我们提及放大力的时候，往往会想到杠杆原理，但实际上这只是其中的一种方式而已。

此外，我也会设计一些奇特的、与众不同的现象让学生研究。例如，自动行走的小鸭。我会制作一些半成品，让学生组合成一个类似不倒翁的鸭子，但想让小鸭走起来，还需要学生自主探究去增减配重、改变鸭子腿的长短。在游戏中融入探究过程，最关键是让学生有兴趣。

自动行走的小鸭

我还和学生开展过“寻找四叶草”——关于四叶玫瑰线方程的活动。

孩子们之前已经接触过了四叶玫瑰线方程，我首先以寻找幸运草的故事引入——传说找到四叶草就能得到幸福。但是四叶草在现实生活中很难被寻找到，因此，我们可以设计一种简单的装置，画出四片花瓣，自己去追求幸福。

接着，根据四叶玫瑰线方程提出问题： 类似圆规能画出标准的圆，能否尝试制作一个能画出标准四叶玫瑰线的简单装置？

这里就涉及到了明确问题。而且这里的问题与一般方程问题不同，我们没有办法直接带入参数得出结果，我们甚至不知道这样的装置是否存在。所以，我们要先做第一步判断——这样的装置是否存在。

四叶玫瑰线

实际上，这个等待判断的问题涉及到了发散思维和逆向思维，是超出了绝大多数学生的认知范围的。所以我让孩子先通过发散思维、联想、对比去猜测装置的大致样子，再通过分析和综合的思维方法找到具体的样子。这个过程本身就极具创新性。

而由于这个过程中缺乏参数，所以我们需要让学生运用已学内容，加以尝试。例如数学分析。四叶玫瑰线的公式为r=acos2θ，由此进行变换，能得到上式在直角坐标中的呈现，以及利用三角公式所呈现的样子。

但很多时候，学生并不清楚数学分析的意义，所以我们不仅要让学生知道如何进行数学变换，还要让他们找到其背后的物理解释。因为装置是有物理含义的，如果能跨越学科，把物理和数学画上钩，那这个问题基本上能够解决了。

在物理中，如果一个点作圆周运动，那么就会自然地出现成对的sin与cos。反过来说，满足上述运动的点就在作圆周运动。结合数学方程，这说明四叶玫瑰线是两个圆周运动的合成结果——装置的存在问题就迎刃而解。

进一步将式子与物理知识相关联，我们会发现式子中的正负号、倍数关系都能解释，例如，角度的倍数表示转的快慢，正负号表示顺转或是反转。

再展开联想，我们可以想到一种曲线板玩具，按住外面的板子，把笔放在内部小圆轮的某个孔中，当小圆在大圆中滚动时，就可以画出漂亮的曲线。虽然这些玩具画出的曲线不是我们要的结果，但是给了我们信心，开始进行分析综合，尝试制作装置。

可以画出曲线的曲线板玩具

但是在实践体验环节，我们会发现虽然学生已经学了很多知识，但是在实践中画出的曲线并非令人满意的结果。不过在一次次的尝试之后，学生能够用简单装置画出标准的四叶草。

而我也会带领他们进行总结，聊一聊其中的教育意义：在故事中，寻找幸福并不容易，在生活中，寻找幸福同样不容易——尽管学了很多知识，但是在实践中仍可能面临挑战。可是当我们完成任务后回头审视这个历程，会发现其中蕴含的都是我们学过的内容。所以，创造性不在于知识的多少，而是善于把各种知识进行关联。

在这些课程背后，我借用学生的反馈来进行概括总结：第一，要重视思维，把不同的思维融入活动中；第二，要让学生知道处理问题的基本方法；第三，要让学生在探究中自己学到知识和道理。

我想，如果能把这样的模式在适当的时候引入中小学，将会给他们带来很多收获。

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