以《氨》為例的深度學習模式研究與探討

韓麗麗

[摘要]從深度學習的概念出發，結合化學元素及其化合物的學科特點，以《氨》為例研究和探討深度學習模式在高中化學元素及其化合物教學中的應用，以提升高中化學理論教學的有效性。

[關鍵詞]深度學習；元素及其化合物；氨

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2018）05005602

一、背景

1976年，美國學者Ference Marton和Roger Saljo基于對學生學習過程的實驗研究，發表了《學習的本質區別：結果和過程》一文，最早提出了兩個相對應的學習概念：深度學習和淺層學習。

深度學習模式主張通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類別或特征，以發現數據的分布式特征表示。簡單地說，就是大腦對于事物和概念的記憶，不是存儲在某個單一的地點，而是像全息照片一樣，分布式地存在于一個巨大的神經元的網絡里。當你表達一個概念的時候，不是用單個神經元一對一地存儲定義，概念和神經元是多對多的關系：即一個概念可以用多個神經元共同定義表達，同時一個神經元也可以參與多個不同概念的表達。例如，氨氣是無色、有刺激性氣味、極易溶于水且形成堿性溶液的氣體。如果分布式地表達，即一個神經元代表無色，一個神經元代表氣味，一個神經元代表極易溶于水，一個神經元代表形成堿性溶液。只有四個神經元同時激活，才可以準確描述我們要表達的物質。

元素及其化合物是高中化學內容的重要組成部分，它對于學生認識化學、理解化學具有重大的意義。但是由于內容繁雜、瑣碎，相關知識網絡不易構建，所以元素及其化合物對于學生的學習有很大的難度。因此，研究和探討深度學習模式在元素及其化合物中的應用具有非常重大的意義。

二、教學案例

現以人教版必修1第四章第四節《氨》的教學為例，研究和探討深度學習模式在高中化學元素及其化合物教學中的應用。

[教學情分析]氨是氮的氫化物，作為非金屬元素知識體系的一部分，氨也有大多數非金屬元素的氫化物所具有的性質，同時它又是水溶液呈堿性的唯一氣體。氨是重要的基本化工產品，有必要認識它在工農業生產和國防中的重要用途。學生已在上一章學過典型金屬及其化合物的知識，具備掌握物質及其性質的一般方法和經驗。氨作為教材中唯一一個非金屬氫化物的典型代表，它的性質既具有普遍性又具有獨特性，易激發學生的學習興趣。

[教學目標]認識氮循環對生態平衡的重要作用；了解氨的主要性質；通過實驗進一步訓練學生的操作技能，體現實驗對認識和研究物質性質的重要作用；培養學生關注社會的意識和責任感。

[教學重難點]氨的化學性質和制取。

[教學過程]

【問題1】每年的10月16日是世界糧食日，觀察歷年世界人口與谷物產量的增長情況統計表可以看出，糧食產量增長趕不上人口增長。請從化學的角度，談一談如何解決這一問題。

【學生回答】合理使用化肥，如鉀肥、磷肥、氮肥等，增加糧食產量。

【追問1】常見的氮肥有哪些？如何生產這些氮肥？

【學生回答】銨鹽、尿素、氨水等。（關于如何生產氮肥，學生回答不出來）

【教師活動1】展示圖片

【化學史料】百年內與氨有關的三次諾貝爾化學獎的主要成就：1918年哈伯發明了N2和H2直接合成氨的方法；1931年博施改進了反應條件，實現氨的規模化工業生產；2007年埃特爾發現了合成氨的反應機理。

【問題2】通過一則工廠氨氣泄漏事件，思考為什么在液氨泄漏時工廠里會寒氣逼人？如何吸收彌漫在空氣中的大量氨氣？被圍困在污染區的群眾怎樣做才能保避免吸入氨氣？

【學生活動1】通過小組內討論和交流，小結出氨氣的物理性質：無色、有刺激性氣味、密度比空氣小、易液化且極易溶于水。

【學生活動2】分組實驗——噴泉實驗，探究氨氣典型的物理性質和化學性質。

【學生活動3】自主描述現象，得出結論。①現象：水進入燒瓶，形成噴泉；結論：氨氣極易溶于水。②現象：燒瓶內溶液為紅色；結論：其水溶液顯堿性。

【深度學習1】利用噴泉實驗的原理——燒瓶內外形成較大的氣體壓強差，結合已學物質，設計其他的噴泉實驗。

【學生回答】HCl+H2O、HCl+NaOH、Cl2+NaOH、CO2+NaOH等。

【深度學習2】噴泉實驗若失敗，原因可能有哪些？

【學生回答】裝置氣密性不好；氣體不純；收集氣體時燒瓶不干燥等。

【深度學習3】通過氨氣與水的反應探討氨水中存在的微粒。

【學生回答】根據反應NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH-可知，氨水中的分子有：H2O、NH3和NH3·H2O；氨水中的離子有：NH+4、H+和OH-。

【追問2】氨水能做化肥嗎？

【學生回答】可以吧。（因缺乏實踐經驗，學生的回答充滿了不確定性）

【教師活動2】氨水可以做化肥。但有缺陷：因易揮發，肥效降低，污染環境；

呈堿性，易燒傷植物，堿化土壤；液態，不易保存與運輸；等等。

【追問3】怎樣改進氨水做化肥的缺陷呢？

【學生回答】制成銨鹽。

【深度學習4】氨水與濃鹽酸反應的改進實驗：

現象：在C點出現一個白色的圓環。為什么會出現這種現象？

【學生回答】濃氨水揮發出氨氣，濃鹽酸揮發出氯化氫，兩者擴散接觸后生成白色固體氯化銨。白環出現在C點，說明氨氣擴散速度比氯化氫的擴散速度快。

【追問4】將濃鹽酸改成濃硫酸或濃硝酸能否有上述現象？

【學生回答】濃硫酸不會，濃硝酸會。在這套裝置中，濃氨水與揮發性的酸才會發生該現象。

【學生活動4】初中已接觸過幾種常見的銨鹽，如碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、硝酸銨，請自主歸納銨鹽常見的化學性質，如受熱易分解、能與堿反應等。

【深度學習5】請用思維導圖對本節課進行小結。

【主題升華】中國以占世界7%的耕地，養活了占世界21%的人口，卻用了占世界35%的化肥，合理施用氮肥，保護我們的環境是我們每一個人應具備的公民素質。

三、反思

這節課的教學設計符合深度學習模式的核心思想，即自下而上、層層構建，模仿大腦神經元之間傳遞和處理信息的模式。具體表現在以下三點：

1.深度學習關注生活，聯系實際，尋找化學有機課堂的出發點

本課教學結合學習內容聯系自然、生產、生活和社會熱點問題，引導學生面對并能夠解決實際問題，提高學生運用化學知識看待、處理化學問題的能力，幫助學生形成用化學的視角認識物質世界的基本習慣，摒棄只關注解決考試問題所需的公式和外在線索的淺層學習。本節課從世界糧食危機的情境切入，引起學生共鳴，激發學生對于氨及銨鹽性質的深層次學習的緊迫感，找到化學有機課堂的出發點。

2.深度學習注重實驗，體現學科特色，構建化學有機課堂的立足點

化學是一門以實驗為基礎的學科。而深度學習要求學生對物質性質及其變化過程中的基本現象、基本規律深入研究，并在微觀粒子運動層面上進行判斷和理解，逐步形成化學基本觀念。只有這樣，才可以在相似物質及其變化情境中“舉一反三”，在新情境中分析、判斷差異，并對化學基本觀念進行遷移運用。這一切都離不開化學實驗。本節課的重難點包括氨氣的性質、氨水成分的分析和銨鹽的性質。通過化學實驗，由下而上，層層推進，使學生在積極主動應用中進一步發現新現象、新問題，感悟新知識，領悟化學知識“生長”的意義，提高學生化學知識實踐應用能力，從而構建化學有機課堂的立足點。

3.深度學習強調提升學生學科素養，到達化學有機課堂的最高點

化學核心素養是具有化學學科特質的關鍵能力和品格。基于深入思考、深入探究的深度學習是建構觀念、培養思維、提高探究能力的有效途徑，而碎片化、快餐式的淺層學習則與核心素養的培養無緣。化學是人類認識和改造世界的主要方法和手段之一。學生在接受化學知識教育的過程中常常會受到某種思想的啟迪、熏陶，或受到某位科學家探索事跡的感染與激勵，從而對心靈的成長起到激發、感召的作用，愿意將化學知識和思想運用于生活中，最終到達化學有機課堂的最高點。

總之，深度學習理論具有較強的理論研究價值，是高中學生進行化學學習的一種有效學習方式。如何更好地促進學生的深度學習，針對不同的化學內容呈現方式，應用不同的深度學習策略和方法，值得廣大化學教師進一步研究、實踐和探索。

[參考文獻]

[1]孫志軍，薛磊，許陽明，等.深度學習研究綜述[J].計算機應用研究，2012（8）.

[2]吳孫富，秦麗，張圣濤，等.例談深度學習與深度教學的關系[J].化學教學，2016（5）.

（責任編輯羅艷）