所謂「深度學習」是指「在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，並將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯繫，並能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習」。深度學習的核心特徵是：「理解與批判、聯繫與構建、遷移與應用。」在《上海市初中科學課程標準（試行稿）》中明確指出：「科學探究是科學的核心，科學探究能力與方法的培養是全面發展科學素養的關鍵。」如何將科學探究活動落到實處，促進學生深度學習呢？首先，分析探究活動的基本組成要素。
如圖1可見，無論探究過程中將涉及哪方面的內容，探究活動都以「提出問題」為起點。而且，整個探究活動都是圍繞著解決這個核心問題而逐步推進展開的。因此，要提升科學探究活動的教學品質，首要任務應當是提出能夠圍繞其進行深入研究並從中習得知識的「核心問題」。只有以「提出問題」為導向，以「分析問題」為線索，以「解決問題」為驅動，才能將「基於問題的學習」貫穿於探究活動教學的始終，引發學生的深入思考，提高解決問題的能力。對此，筆者根據一線教學實踐總結歸納出四大問題式教學策略。
傳統課堂教學過分強調課堂效率，大多採用「開門見山」或「複習導入」的引入方式。貌似為後面的教師講授新知識節約了時間，但實際效果卻恰恰相反。課堂觀察採集的數據顯示，學生們在課堂的前15分鐘裡，注意力是相對最集中的。從師生互相問好後，班級中95%以上的學生都會自覺地將目光投向教師。因此，課堂引入環節尤為重要，甚至成為一節課成敗的先決條件。教師的首要任務就是給學生創設一個能夠產生「認知衝突」的情境，令他們產生疑問，引發深度思考，帶著疑問去探索，從中實現新知識的建構。
初中科學（牛津上海版）六年級第一學期第四章「物質的粒子模型」中有一節內容是「氣體的壓強」。教材內容是通過分析「給足球打氣現象」來認識氣體粒子產生氣壓。對於學生而言，這是一個司空見慣了的生活現象，無法激發學生探究欲望。對此，筆者巧妙設計一個「小魔術」讓學生嘗試揭秘，從而引入對新知識的學習。
教師找到一名身材高大的男同學和一名身材嬌小的女同學到講臺前。拿出兩個同樣大小的空飲料瓶，將兩個氣球分別裝進飲料瓶中，並把氣球進氣口套在瓶口上。老師請同學們預測，哪名同學會最先把氣球吹起來。大家都認為男同學會勝出。經過比試，結果卻出乎意料，嬌小的女同學只吹了兩下，氣球就在瓶子裡鼓起來了；而高大的男同學無論怎麼用力吹，氣球都無法在瓶子中脹起來。頓時，全班同學都驚呆了，議論紛紛，迫不及待想知道其中的奧秘。
儘管花費了一定的時間做前期鋪墊，卻巧妙地用一個有趣的「小魔術」激發了學生們的探究欲。正因為學生們無法用原有的知識來解決問題，從而產生了強烈的「認知衝突」，形成了問題意識。接著，學生們圍繞著這個真實問題，開展探究活動。他們通過對比觀察兩個瓶子，嘗試體驗感知，發現其中的不同之處，從而提出各種假設，並嘗試著尋找證據來解釋現象。教師則在引導學生探尋揭秘的過程中，適時引導學生嘗試用「粒子模型」理論來解釋現象。這樣就打破了刻板的以知識內容為主線的傳統教學模式，取而代之的是以「解決問題」為驅動的自主探究教學方式。學生們在探究中得出「小魔術」的原理：在瓶子底部戳一個小孔，瓶子裡原有的氣體會隨氣球脹大而跑掉。沒有小孔的瓶子則由於瓶子裡原有的氣體粒子所產生的氣壓阻礙氣球脹大。這樣，學生們便會積極主動調用已有知識或嘗試合作交流相互探討，努力嘗試著解釋現象，從而引發深入思考，挖掘事物的本質特徵，實現深度學習。
並不是所有的教學內容都適合創設出一個問題情境來。因此，問題的提出方式需要更加多樣化。在課堂教學中，學生佔「主體」地位，教師是「引導者」，即：學生要在教師的引導下開展自主探究活動。實際教學過程中，往往是由教師提出一個又一個問題來引起學生的思考。然而，提什麼問題、何時提問題、提哪類問題等等，都是需要教師深思熟慮的。否則，問題的指向性不明確，學生的思考就沒有方向，簡單回答「是不是」「對不對」之類的問題沒有實際價值，而開放性過大的問題又容易導致學生的思路偏離教學主題。因此，教師需要以學生為本，以學生的視角來審視教學內容，從學生的認知水平出發，提出恰當合適的「真問題」。這樣，師生之間才會產生共鳴，才能將教師提出的問題變成學生心中所想的問題。下面列舉一個反例，來闡述教師如何將自己的提問變成學生所提出的問題。
初中科學（牛津上海版）六年級第二學期第六章「水與人類」中有一節內容為「水的三態變化」。執教老師設計了如下主要的教學活動：
教師布置學生進行測量水沸騰和冰融化時的溫度實驗前，拋出了這樣的問題：「為什麼水沸騰時、冰融化時，水的溫度不變？」然後，教師就讓學生們帶著這個疑問進行小組合作實驗。學生們實驗結束後，發現當水溫達到100攝氏度時，溫度就不再上升了。同樣，冰融化成水時，溫度也保持在0攝氏度不變。接著，教師又拋出問題：「大家能不能用我們學過的粒子模型理論來解釋一下現象呢？」學生們的反應非常沉悶。
剖析現象看本質，之所以課堂上會出現沉悶的氣氛，究其原因學生們始終在被教師「牽著鼻子走」，教師拋出的問題沒有成為學生自己的問題。所以學生不能理解教師為什麼在做實驗前就讓大家思考「溫度不變的原因」。在實驗結束後，又非常突兀地要用「粒子模型」理論來解釋現象。這樣的探究活動是在「做表面功夫」，沒有將探究活動的精髓挖掘出來，更無法激發學生的問題意識。由於活動之間沒有內在的邏輯關聯，教學過程則顯得非常的「程式化」。實際上，教師應該在授課前，對教材內容進行細緻分析，搞清楚各個活動之間的內在聯繫，對提出什麼樣的問題才能貫穿整個探究活動的始終進行透徹的分析。就本節課的教學內容而言，其中有一條主線貫穿始終，即：水從固態到液態再到氣態的過程中都需要吸收熱量，如圖2所示。
那麼，教師就應該牢牢抓住「吸熱」這一線索。先讓學生們觀察並記錄冰融化成水、水沸騰形成水蒸氣的過程中水的溫度變化。然後，教師再引導學生們分析實驗數據，根據已有認知解釋現象。以水沸騰現象為例，學生們的認知基礎是：「水吸熱會導致溫度升高」。但根據數據形成的折線圖發現，當水溫達到100攝氏度時，溫度不再上升，如圖3所示。
但此時，酒精燈仍然在給水加熱。於是，學生們便自然會產生疑問：「水沸騰時，仍然吸熱，但為什麼溫度卻沒有升高呢？」這便是學生頭腦中所產生的「認知衝突」，是「真問題」。而先前教師所提出的「水沸騰時為什麼溫度不變？」這個問題就是一個「假問題」。因為，學生們在沒有進行實驗前，無法關注到水沸騰時會保持溫度不變這一現象。教師所提出的問題沒有基於學生的觀察和體驗，是無本之木、無源之水，不能成為學生們所認同的「真問題」，就無法觸發他們進行深入思考。那麼，究竟為什麼水明明在吸熱，溫度卻沒有升高呢？這部分熱量到哪裡去了呢？這時，就必須要從「宏觀現象」過渡到「微觀世界」，利用「粒子模型」理論進行分析才能揭示其中的本質原因。此時，教師應該引導學生分析水沸騰有什麼現象發生？學生們會指出，有大量的氣泡冒出來。那麼，這些氣泡是什麼呢？學生會回答「水蒸氣」。也就是說：水粒子從液態變成氣態跑到空氣中來，它們需要獲得能量才能掙脫彼此之間的束縛。這時，學生們就會恍然大悟：「原來水所吸收的熱量被水粒子用來掙脫束縛，它們獲得了能量，產生劇烈的運動。」因此，只有促使學生們提出「真問題」，才能在師生之間產生共鳴，從而引發學生們探尋本質的深入思考。
一節課的教學內容有很多零星分散的知識點，它們之間通常會存在某種內在的聯繫。教師需要分析這些知識點之間的關聯性，形成一個具有內在邏輯性的「問題鏈」。探究活動的起點是「核心問題」，但解決了這個問題後，還會引發新的問題。只有從一個問題引申到另一個問題，才能不斷推進教學縱深發展，促進學生的深度學習。如果一堂課的目的僅僅是為了「解決一個問題」，就還只停留在淺表學習層面。必須要能夠不斷地拓展、延伸、誘發新的問題才能將學生引向高階思維的發展階段。
初中科學（牛津上海版）七年級第一學期第九章「電力與電信」中有一節內容為「電流的磁效應」。教學流程如下：
教師巧妙創設了一個探究「炒豆之謎」的引入情境。即：教師演示小魔術把多個「紅豆」和「綠豆」在一瞬間就分開成兩堆，讓學生們嘗試揭秘。從而引發學生的深入思考，根據生活經驗學生提出可能是盤子下藏有磁鐵，吸引了「鐵質的綠豆」。教師展示盤子底部，發現沒有磁鐵而是一些「通電小裝置」（電磁鐵），從而引發學生探究判斷「通電小裝置」是否有磁性的活動。最終，學生通過尋找證據得出結論：「通電小裝置有磁性，吸引了鐵質的綠豆。」
至此，核心問題已經解決。但就教學內容而言，其中的本質原理還未揭示出來。因此，教師必須要設計出能夠引發學生探尋內在本質的問題，才能促使學生進一步深入思考，實現深度學習。此時，教師又拋出一個問題：「如果把『通電小裝置』（電磁鐵）的導線拆下來，直接給導線通電，還有磁性嗎？」學生們異口同聲回答：「沒有磁性了。」這一回答是學生們的認知特點所決定的。他們想當然地認為：通電小裝置（電磁鐵）是一個完整的不可分割的整體，如果缺少其中的某一部分（即鐵芯），就不會有磁性了。教師緊緊抓住學生認知的這個「誤區」，引導學生通過實驗來驗證並得出結論：「通電導線有磁性」。糾正錯誤認識往往比講授正確知識給學生們留下的印象更加深刻。也正是教師拋出的這個問題，引發起學生們更加深入的思考，揭示本質原因。接著，教師又提出一系列問題，一步步引導學生進行知識的建構和運用。
從圖4可見，問題與問題之間具有內在的邏輯關係，從而形成了一條具有關聯性的「問題鏈」。正是這條貫穿始終的「問題鏈」，將各個活動以及其中所蘊含的知識點有機融合在一起，成為推動教學活動不斷深化的線索，不僅實現了活動之間的無痕過渡，更實現了知識的不斷建構，促進了學生的深入思考。
學習知識的最終目的是要「學以致用」。否則，單純的機械記憶無法實現知識的內在價值。深度學習理論特別強調對知識的理解，以及最終將知識進行變式應用，實現知識遷移，以解決新情境下的真實問題。以探究活動為基本教學方式的初中科學課程，更關注科學方法的習得和科學思維的發展。讓學生們體驗科學家進行科學研究和發現的過程，目的在於啟迪智慧，發展思維，提高發現和解決問題的能力。因此，在開展探究活動教學過程中教師所提出的問題需要有一定的層次性，由淺入深，從一般到特殊，逐層遞進，提升思維品質。這不僅僅體現在問題本身的開放性上，更應該關注問題所能促使思維的發散性。
初中科學（牛津上海版）六年級第一學期第一章「科學入門」中有一節內容為「刻度尺和長度」。在強調規範操作要求基礎之上，需要進行必要的拓展延伸。提出一些「有挑戰性的難題」來發展學生們的發散性思維。例如：
1.只有一把磨損掉「0」刻度的尺子，你還能用它來測量物體嗎？
2.如果給你一把量程小於被測物體的尺子，你怎樣測量？
3.給你一枚硬幣，你如何用刻度尺測量出它的周長？
4.給你一根彎曲的線段，你如何來測量它的長度？
分析上述四個問題，可以發現它們之間是有梯度的。前兩個問題目的在於打破傳統，倡導運用靈活方法解決生活中的問題。後兩個問題關注突破常規，倡導採取多種方法解決實際問題。測量硬幣的周長方法並不唯一，可以通過測量其直徑再計算出周長，也可以直接在刻度尺上滾動測量。而對於如何測量曲線的長度，學生則往往將思維局限於「將一根繩子與曲線重合，再測量繩子長度」這一種方法。此時，如果教師鼓勵學生嘗試設想出其他方法，學生們將帶著疑問積極主動進行深入思考。在彼此交流討論的過程中，大大提升思維品質。有的學生想到「將曲線分割成多個小段，用刻度尺測量每個小段後再加起來」的方法。還有的學生從測量硬幣的周長中獲得啟示，採用「將硬幣在曲線上滾動，記錄滾動了幾周，再將硬幣在刻度尺上滾動同樣周數從而得出長度」的方法。可見，教師的進一步追問打破了學生的思維局限，大大拓寬了思維的廣度和深度。學生們不僅僅滿足於找到一種解決問題的方法，而是建立了多角度思考問題、尋找多樣化解決問題方法的意識。尤其是，學生實現了知識的「正遷移」——從前一個問題的解決方法中獲得啟發，用於解決後面的問題。這無疑給學生提供了一種問題解決的思路，即：嘗試著將一個事物與另一個事物做類比，將一個問題解決方法移植到另一個問題的解決過程中。
將「問題」貫穿於科學探究活動的始終，將大大提升課堂教學的有效性。在實施基於問題的教學模式過程中，教師只有巧妙創設情境才能激發學生的問題意識，只有建立在對教材內容深入分析的基礎上才能提出有價值的問題，只有把握住活動之間的內在聯繫才能構建出系統的「問題鏈」，只有從揭示本質到變式應用才能實現知識的遷移。最終，才能將探究活動教學落到實處，促進學生的深度學習，真正實現學科育人價值。