深度学习视域下小学科学课堂问题串的设计研究

深度学习视域下小学科学课堂问题串的设计研究

王小萌

江苏省常州市薛家实验小学  213125

摘要：在互联网快速发展的时代背景下，快速高效的学习方式成为提高竞争力的有效方法。因此，本研究旨在探讨深度学习在小学科学课堂中的应用，以提供学生一种快速深入学习知识的方式。深度学习为学生在教师的指引下，全身心投入对知识的学习与理解过程，包括掌握课程知识中的重难点以及不同内容的学习方式。研究结果表明，深度学习可以显著提高学生在科学学习中的体验感和趣味性，同时还能增强他们的自主性。因此，深度学习在小学科学课堂问题串的设计中具有积极的潜力，可以有效提高学生的学习效果。

关键词：深度学习；小学科学；问题串设计

引言：

随着信息时代的到来和科技的快速发展，教育领域面临着新的挑战和机遇。科学教育作为培养学生综合素质和创新能力的重要环节，如何利用先进技术提升教学效果成为了教育研究的重要议题之一。深度学习作为人工智能领域的重要分支，以其在数据处理和模式识别方面的强大能力备受关注。

一、深度学习在小学科学教学中的潜力

深度学习作为一种强大的机器学习方法，具有广泛的应用前景，可以为小学科学教育带来创新和改进。

（一）深度学习的基本原理和特点

深度学习是一种基于人工神经网络的机器学习方法，其核心是通过构建多层次的神经网络来提取和学习数据的复杂特征。它具有以下几个特点：第一，高度自适应性。深度学习能够根据不同学生的学习特点和需求进行个性化的问题串设计，提供更加贴近学生的学习体验。第二，强大的模式识别能力。深度学习可以通过分析学生的学习表现和反馈信息，识别学生的学习难点和问题，从而提供个性化的学习引导和支持。第三，自动化处理和智能化辅助。深度学习可以自动处理大量的学生数据和教学资源，实现智能辅助教学，提高教学效果和效率。

（二）深度学习在小学科学教学中的应用前景

深度学习它能够为学生提供个性化、互动性的学习体验，从而提升学生对科学知识的认知和应用能力。首先，深度学习能够针对不同个体的学习需要，给个体选择不同的学习路径。由于每一个学生的学习特征、学习能力都不一样，采用的方法很难适应每一个学生的需要，而深度学习则是基于学生的学习状况及反馈信息，智能地调整并推荐学生，采用个体化的教学方式，可以使教学更加符合学生的实际情况，有利于提高教学效果。其次，深度学习能够为我们提供更多的教学资源和教学方法。利用深度学习技术，可以开发交互式的学习应用和虚拟实验工具，让学生在自己的实践和探索中，对科学原理和现象有更深层次的理解。同时，利用深度学习技术可以对海量的教学资源进行整合、分析，为学生提供多元化、趣味化的教学内容，从而激发他们的学习兴趣。同时，借助深度学习技术，实现对学生的评价与反馈。传统的考试方法侧重于学生的记忆力和应试能力，很难对学生进行全面的考核，而深度学习则能利用解析、模拟等手段，对已有的研究成果做出更为详细、全面的评价。与此同时，深度学习还能够对学生展开实时的反馈与引导，发现并纠正他们的错误，提升他们的独立学习与思维能力。

二、问题串的相关概述

（一）问题串的定义

问题串最早是由教育学家杜威（John Dewey）提出，并在教育领域得到广泛应用。它是一种教学策略，通过一系列有机连接的问题来引导学生思考、探索和理解知识。问题串的设计通常以一个核心问题为起点，然后逐步引导学生提出相关问题，这些问题紧密联系，构成了一个有机整体，逐渐增加难度，以引导学生从基础知识逐步深入到更高层次的认知。问题串的设计需要考虑教学目标、学生的年龄和认知水平，以确保问题的连贯性和渐进性。通过问题串，学生可以积极参与知识的探索，培养批判性思维和问题解决能力，同时增强了他们的学科兴趣。因此，问题串在深度学习的框架下，为小学科学教育提供了一种强大的教学工具，有助于提高学生的学习效果和科学素养。

（二）问题串的特点

1.渐进性

问题应该按照难易程度逐步递进，从简单到复杂、由浅入深，使学生能够逐步理解和掌握知识。通过渐进性的设计，学生可以建立知识之间的联系，形成完整的学习过程。

2.探索性

问题应该鼓励学生主动进行探索和实践，而不仅仅是简单的答题。这样的问题能够激发学生的好奇心和求知欲，培养他们主动学习和解决问题的能力。

3.开放性

问题应该有多种可能的答案和解决方法，鼓励学生进行多样化的思考和探索。开放性的问题能够培养学生的批判性思维和创造力，激发他们的创新意识和解决问题的能力。

4.个性化

问题应该与学生的生活经验和兴趣相联系，具有一定的个性化特点。这样的问题能够增加学生的参与度和学习动力，使学习更加有趣和有效。

三、问题串教学方法在科学深度学习中的作用

（一）促进学生的探究精神

通过问题串教学，学生被引导思考、提出问题、并积极参与科学探究过程。这种主动性的学习方法激发了学生的好奇心和求知欲，使他们更加投入到科学学习中。在问题串教学中，学生通常会首先被引入一个基本问题，然后随着学习的深入，会提出更多相关问题，以探索问题的多个方面。这过程中，学生不仅仅是被动接受知识，更是积极主动地参与讨论、实验和研究。他们学会提问、思考、寻找答案，以满足自己的好奇心和求知欲。促进学生的探究精神有助于他们培养自主学习的能力，不再局限于传统的知识灌输模式。他们开始明白科学是一个不断提出问题、寻找答案的过程，从而建立起更坚实的科学思维基础。这种主动学习的精神在科学深度学习中起到了关键的作用，使学生更好地理解和运用科学知识，培养出对科学的浓厚兴趣，为未来的科学学习和职业发展打下坚实基础。

（二）提升了学生问题解决能力

通过不断提出问题、寻找答案、并解释其科学原理，学生积极参与问题串的过程，培养了他们的批判性思维和问题解决技能。在问题串教学中，学生不仅被要求回答问题，还需要理解问题的背后原理和机制。他们必须运用所学的科学知识，分析和解释问题，从而深入理解科学概念。这种深层次的思考和解决问题的过程有助于培养学生的批判性思维，使他们能够独立思考、分析和评估信息，而不仅仅是被动地接受。此外，问题串教学鼓励学生在小组或全班中分享他们的问题解决方法和答案，这种合作性质的学习过程促使学生学会从不同角度看待问题，借鉴他人的思考方法，扩展自己的解决问题的能力，以此培养学生的合作技能，使他们能够更好地与他人合作解决复杂问题。

（三）加深了学生的记忆与理解

通过提出问题、讨论问题和总结问题的过程，学生更容易理解和记忆科学概念。在问题串教学中，学生不仅仅是被动接受信息，更是积极参与了问题的提出和探讨，他们通过自己的思考和探究，逐渐建立起对问题和相关科学知识的理解。这种深入的思考过程帮助学生建立更为牢固的记忆，因为他们将知识与问题解决过程联系在一起，形成了更有意义的学习。此外，问题串教学要求学生不仅回答问题，还解释其答案的科学原理。这进一步强调了对知识的理解，而不仅仅是死记硬背。学生被鼓励深入探讨问题的背后原理和机制，这有助于提高他们的概念理解，而不仅仅是表面记忆。

四、小学科学课堂问题串设计研究

（一）设计目标和原则

1.提高学生问题提出能力的目标

问题串的设计旨在培养学生的问题提出能力。通过有机连接的问题序列，激发学生的好奇心和思考欲望，引导他们主动思考和提出深入的问题。

2.设计问题串的原则和要求

（1）渐进难度

问题串应该根据小学生的能力水平渐进地增加难度。初始问题应较简单，以帮助小学生建立基础知识和理解能力，然后逐步增加问题的复杂性和深度，引导小学生进行更深入的思考与应用。

（2）多样性

问题串应该涵盖不同类型的问题，包括选择题、填空题、解答题等，以促进小学生全面掌握知识。此外，问题还应涉及不同的概念、场景和应用情境，帮助小学生将知识应用于实际问题中。

（3）实用性

问题应该与实际生活或工作紧密相关，以提高小学生对知识的兴趣和主动性。通过设计与小学生实际经验和需求密切相关的问题，可以激发小学生的学习兴趣，并增强知识的应用能力。

（4）提升思维能力

问题串的设计应该注重培养小学生的思维能力和解决问题的能力。可以设计启发式问题、案例分析等，引导小学生进行逻辑推理、问题解构和解决方案的设计，培养小学生的创新思维和批判性思维。

（5）解析详尽

问题串的答案解析应该提供详细的解释和推理过程，帮助小学生全面理解解题方法和思路。解析还可以包括相关的背景知识和扩展阅读材料，以及类似问题的变形和延伸，帮助小学生更深入地掌握知识。

（6）个性化定制

问题串的设计应考虑小学生的个性特点和学习需求，尽量满足不同小学生的差异化学习需求。可以根据小学生的兴趣、学习风格和学习目标，设计个性化的问题串，提升学习效果和学习动力。

（二）问题串设计方法

1.基于深度学习的问题串设计流程

第一，数据收集和预处理。收集和整理相关领域的问题和答案数据，对问题和答案进行预处理和标注，构建问题串设计所需的数据集。第二，模型训练。使用深度学习模型对数据集进行训练，学习问题和答案之间的关联规律和特征表示，从而生成有效的问题串设计模型。第三，问题串生成。基于训练好的模型，输入初始问题，通过模型生成一系列有机连接的问题，形成问题串。第四，问题串评估和优化。对生成的问题串进行评估和调整，不断优化问题串的质量和适应性。

2.深度学习模型在问题串设计中的应用

深度学习模型因其对数据的高效处理与模式识别等优点，已被广泛用于求解问题串，该方法可以在学习大量数据集上的规律和规律的基础上，实现特征的自动抽取和新问题的生成，进而加深小学生对知识的理解和运用。首先，利用深度学习方法，可以在问题序列中产生不同类型的问题。在传统的问题组设计中，往往要求手工完成问题组，但是这种方式耗费了大量的时间和精力。然而，在深度学习模型的支持下，我们可以对海量数据进行训练，并从中学习到问题的语言表达方式、问题类型以及之间的逻辑关系，从而实现对问题的自动生成。这种方式不但可以节约大量的时间，而且还可以为学生带来更多的灵活性和多样性。其次，通过对学生反馈信息的分析，实现深度学习模型的智能调节与优化。在此基础上，利用深度学习模型对问题的难度、解释力的细节进行调节，并对小学生进行个性化的引导与反馈。通过这种方式，可以使学生更好地适应他们的需要，从而提高他们的学习效果，与此同时，利用深度学习方法，将问题序列与NLP等相关技术相结合，实现问题序列的自动评价与扩充，我们将利用深度学习的方法，对学生的答疑过程中所包含的关键信息、思维和逻辑进行分析与理解，并对学生的答疑过程进行评价与反馈。此外，该深度学习模型还可以对问题串进行扩充，并基于回答结果产生更深层次、更广层次的问题，有助于小学生对所学知识的理解与掌握。最后，将该方法用于问题串设计还面临着一定的挑战与局限。在数据的制备与质量方面，深度神经网络的建模与建模需要海量、高质量的数据，然而如何获得并标注海量的数据，是一个极具挑战的课题。与此同时，模型的可解释性与可控性，现有的深度学习模型多为“黑箱”模式，很难对决策过程与问题成因进行合理的描述。

（三）设计案例及效果评估

1.设计典型问题串案例

设计问题串时可以根据不同的主题和知识点进行设计。例如，在生态环境主题中，问题串可以从以下几个问题开始：（1）什么是生态系统？（2）生态系统由哪些组成部分构成？（3）为什么要保护生态系统？（4）如何保护生态系统？通过这样逐步深入的问题串设计，可以引导学生逐渐理解生态系统的概念、组成和保护方法。

2.通过实验和调查评估问题串设计的效果

为了评估问题串设计的效果，可以进行实验和调查。例如，可以进行小组实验，比较接受问题串教学的学生和传统教学的学生在问题提出能力、知识理解程度等方面的差异。同时，可以通过问卷调查收集学生对问题串教学的反馈意见，了解他们对问题串教学的认可度和学习体验。

结束语：

综上所述，本研究基于深度学习视域，通过设计和实施问题串教学，取得了一系列重要成果。本研究为小学科学课堂的教学改革提供了有力支持和实践经验。通过问题串教学，教师可以更好地引导学生主动参与、深度思考，培养他们的终身学习能力，这不仅有助于学科知识的传递，还有助于培养学生的创新精神和问题解决能力，为未来的继续学习和职业发展奠定了坚实的基础。

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