科学是以实验为基础的一门学科，目前科学课堂中的实验已经基本走出了只讲不做、仅重视“知识结果”而忽略“过程”的状态。教师在课堂上开始更多地让学生“动手做”，这样的结果是：课堂生动了，学生的学习兴趣也增强了。但现实中的课堂，比较多见的仍然是“跟我学，跟我做”，具体表现为：教师示范，学生模仿；教师提供材料，学生按照步骤操作。这种“动手做”的实质，是让学生将记忆提取再现后转化为行动，这固然能加深学生对问题的认识，并体验实验过程，但仍然是“直接教授”的结果。换言之，学生记住了这些知识，但不理解为什么这么做，也不知道怎么做。如何在课堂中让学生不仅“动手做”还要“动脑想”，并进行更深层次的思维活动，让“知识在学生的头脑中保持得更持久，也能够将这些知识运用到更广泛的情境中”[1]，是教师必须思考的问题。
2011年底，我们学校科学教研组的全体教师按照“同一内容，不同教师连续跟进”的方法，以浙教版《科学》（八年级）第三册第四章第一节《电路图》的内容为载体，进行了专题教学研究。研究过程中，两位教师围绕实验材料，进行了不同的教学设计与实践；教研组其他教师依据经验观课，课后共同议课，并达成了对研究主题的共识：通过对实验材料投放的精心设计，在学生与材料的对话中促进学生动脑想，实现深度学习。
一、在任务指向下，通过支配不同材料发现意义
我们将教研组教师分成两个小组，分别参与两位教师（以下分别称张老师和董老师）的首次设计。在“感受短路现象”这一环节的观课中，我们发现：教师提供的材料不同，学生的直观感受也不同，且对问题的思考与理解也会表现不一。在这一环节中，两位教师都采用让学生动手体验的方法。张老师投放的材料是“有绝缘层的导线”：有些学生在实验中，由于没有完全把手指放在接线柱与导线裸露部分的接触处，且导线发热情况不明显，导致体验不充分。而董老师考虑到这一环节的重点是让学生体验到短路的危害（使导线发热），为减少因学生操作不到位而造成实验失去应有意义，她将一根带绝缘层的导线换成一根较粗的铜丝。学生在合作中体验到了“烫”，效果就完全不一样。
经过两位教师的初次授课，研究小组肯定了董老师的“短路实验”这一设计。我们深深认识到，虽然目的一致，但不同的材料往往会让学生体验不同，对问题的认识和思考也会不同。材料的有效性会直接影响实验效果。于是，我们又有了新的思考，提出了新的问题：原短路实验中，由于电源电压低，即使用导线直接把电源的正负极相连形成短路，造成的危害不是特别严重，小灯泡不亮了，用手触摸导线只有发热微烫的感觉，而且一节普通的“双鹿”干电池的短路电流不会超过3A，约一节课时间电池就没有电了。如何解决这一问题，让学生对短路的危害有更深刻的体验（如产生剧烈的火花）？教研组经过上网查资料，动手试验，集体研讨，提出了新的方案：用多股铜导线中的一股，其两端接在学生电源交流输出6～8 V的接线柱上，把鞭炮火药放在烧红的导线上。
董老师接受了大家的建议，又进行了第二次授课。在实验中，学生先看到导线变红，之后被烧断。而当变红的铜丝上放上火药时，火药燃烧，产生大量的“烟雾”。学生震惊，深刻体会到短路不仅能损坏电源，使导线发热，还能引起火灾。“电路短路能造成如此巨大的危害！”学生的学习兴趣便很好地被激发了。
人们对陌生的材料都会产生一种想去摸一摸、探索一下的愿望，想看看它到底能做什么？材料很容易引起期望。如果期望没有得到满足，意想不到的现象就会促进人们提出问题，产生一种要和旁边的人进行深入交流的愿望（尤其是对方也在进行同样的事情时）、一种同自己的伙伴分享发现的愿望。
教师抛出任务，选择每个学生需要用到的材料，听取学生谈论他们的发现，鼓励学生把自己的发现说出来，帮助他们就某几点得出一致的意见。听课中，我们感受到了学生的探究——发现了不同材料在不同情境下的不同表现，而他们平常并不进行这种真正的实验。
二、提供“有缺陷”的材料，有助于学生探求意义
课堂教学中，教师基本上都会为学生准备比较齐全的材料，以保证实验或者探究活动的顺利进行。事实上，这种做法背后隐含着这样的目的：让学生按照既定的步骤验证实验结果。
在《电路图》一课中，为了让学生了解电路“通路、开路和短路”三种状态，我们设计了一个要求学生合作完成的实验“让一个灯泡亮起来”。学生完成这个实验的基础是：小学阶段学习过的电路知识；日常生活的经验。与小学阶段相比，本实验安排在此的目的是：通过实验，使学生进一步了解什么是电路、电路的基本组成，并以此为铺垫，引出通路和开路，尝试探究电路故障的原因。
（一）提供“完整”材料，追求答案的正确与完整
第一节课，我们投放的材料是：干电池、电池座、小灯泡、灯座、开关和导线若干。
师 某处断开的电路，叫开路，也叫断路，即此时电路中没有电流通过（对照实物示意）。开关闭合，灯泡发光；开关断开，灯泡熄灭，即电路此时开路。那么，还有其他什么情况下，电路会出现开路呢？请小组讨论。
（学生讨论，教师巡视，3分钟后要求小组汇报）
生1 小灯泡接线不良，电线断开，还有电池没电了。
师 嗯，还有没有其他的情况啊？
生2 电灯的丝断掉了。
师 哦，电灯的钨丝断掉了。还有没有？
生3 开关坏了。
师 同学们，你们觉得这些猜测都可以吗？
生齐 可以。
师 （板书示意）如果在这个电路里面，灯丝断了，它还能构成闭合回路吗？
生齐 不能。
在这个教学环节中，学生不是深层次地、有意义地参与教学任务，而是以机械的、肤浅的方法解决问题来结束任务。导致这种结果的原因之一是教师通过“完整”的材料，间接地为学生提供了解决问题的程序，学生进行思维的机会减少了。
（二）提供“有缺陷”的材料，鼓励挑战性学习
第二节课，我们进行了改进，对投放的实验材料作了“处理”，即教师为一些小组提供接触不良的开关、已经毁坏的小灯泡、接线柱松动的灯座、消耗完的干电池……其主要意图是：通过学生不成功的体验，引发探究的需求，鼓励挑战性学习。 师 灯泡发光即电路通路的同学举手。（环顾四周）对灯泡不亮的组故作惊讶地问，你们为什么没有通路？
（未成功的学生着急地检查自己的连接）
师 我们来探究下为什么小灯泡不亮？ （投影其中一个开路的电路实物）
生1 可能电池没电了。
师 我可告诉大家电池是刚买来的。
生2 可能灯泡坏了，灯丝断了。
师 灯丝断了为什么就不能亮了？
生3 因为电流不能流通了。
师 嗯，好。那么灯泡坏了怎么办呢？
生4 换一个灯泡。
（教师请学生换上一个灯泡，结果灯还是不亮）
师 还是不亮，怎么办？还有哪些可能性？
生5 导线断了。（边说边检查）咦，导线是好的。
生6 可能导线松动了。
（师生一起检查整个电路的接线，发现灯座的螺丝松了，大家终于松了一口气）。
师 其实电灯不亮有很多的可能性，是不是可以一个个解决？接下来同学们互相帮助，帮助其他灯泡不亮的同学查找原因。
两种教学的共同目的是引导学生进行电路故障的简单分析，但处理方式完全不同。第一节课，教师先讲了开关断开是开路，再问学生还有哪些情况会引起开路。反复用假设灯不亮来追问，每一个答案似乎都是教师预先设计好的填空题。学生不仅没有直观感受且没有真正地像科学家那样去思考、去探究，学生的学习显得被动。第二节课，教师在给出实验材料时，故意设计了几组不会使灯泡亮起来的障碍性实验。这些“有缺陷”材料的运用，激发了学生的质疑精神，使学生自然产生了探究的欲望，引发了学生更深层次的思考，“探究”变得顺理成章，更具有方向性，也取得了预想的效果。
三、利用环境中的材料，促使学生知识的迁移
在研究中我们还发现，之前我们在考虑材料投放问题时均只是想到“实验器材”，即都是由教师准备的显性材料。但在对课堂的进一步观察中，我们发现：教师对身边的材料，或者说教室中已有的材料的关注与挖掘，能更好地引领学生的深度学习。这些隐藏在身边的材料即“隐性材料”，也是我们应该努力关注的焦点。
在董老师上《电路图》的课堂中，教室的日光灯是三盏一个开关，而且正好其中的某三盏中有一盏不亮了。董老师看到这一现象，提出了这样一个问题：“我们教室里这些灯的连接方式是串联还是并联？”学生虽已经知道串联和并联的区别，但涉及知识的生活化应用，却显得困难，但这正是实现知识的迁移和应用、催生学生深度学习的好机会，将成为教学中的闪光点。
师 我们教室里这些灯的连接方式是串联还是并联？
（学生有的说“串联”，有的说“并联”，回答“并联”的居多）
师 串联还是并联，你们是怎么判断的？
（学生自发讨论）
生1 每个灯都一样的呀，所以是串联。
师 哦，每个灯都一样的。
生1 一样亮。
师 一样亮的。好的。每个灯都一样亮的就是串联？刚才那个同学的并联电路中也是一样亮的啊。
生1 咦，是啊。
师 大家再想想看，小组讨论一下。
（学生小组开始激烈讨论）
生2 （指着教室中一个不亮的日光灯）因为这个灯不亮，所以应该是并联。
师 为什么呢？你们能用你桌上的电路和已学的知识解释吗？
有时候，教师费尽心思准备实验器材，而在课堂中却发现，器材多并不一定能真正解决预设的问题。能引发学生真正思考并动手做的不是表面的热闹，有时候身边的隐性材料更具有吸引力，更有待于我们去挖掘。
早在20世纪50年代中期，美国学者Ference Marton和Roger Saljoa就进行了学习的表层方式和深层方式的研究。许多研究者考察了不同学科领域的学习主体的学习深浅程度，他们对“深度”的分析体现了对深度学习的不同角度的理解。总的来说，科学实验中的表层学习是一种记忆型学习，是一种机械地复制型的学习，学生对待活动任务不积极、不投入；而深度学习是对知识的理解与批判性思考，是知识的联系与构建、迁移与应用，是一种学生积极主动参与的学习。在《电路图》的专题教学研究中，我们围绕“在学生与材料的对话中促进深度学习”这一主题，通过不同的材料设置与投放的比较发现：材料要精挑细选，能引起学生最真实、最深刻体验的材料才能真正引发他们思考；材料的投放要斟酌，能够引发学生自然产生进一步探究欲望的材料才能催生学生的深度思维。
参考文献：
[1][美]R.基思·索耶.徐晓东，等，译.剑桥学习科学手册[M]. 北京：教育科学出版社，2010：4.