基于“深度學習”的高中化學課堂教學實踐初探

裴友鳳

一、問題的提出

基于對學生學習過程的實驗研究，美國學者Ference Marton 和Roger Saljo 于1976年最早提出了兩個相對應的學習概念：深度學習和淺層學習。我國對深度學習的研究起步較晚，黎加厚教授（2005年）對深度學習進行了界定：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，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學習。也有學者提出深度學習注重批判理解、強調信息整合、促進知識建構、著意遷移運用、面向問題解決等五個基本特征。

目前筆者所在校高中化學課堂中普遍存在一些令人不太滿意的現象：以知識為主，學生學習的主動性和興趣不高，被動聽講;課堂上學生的活動較少，科學探究活動流于形式，師生間、學生間真正的互動交流很少。學生仍是機械記憶、碎片化的學習，對化學知識形不成系統化、結構化的體系。教師教學就事論事，對學科課堂整體理解不夠，關注教學技能較多，關注學科思想方法較少。高中化學教學更多的是應試導向，復習課、習題演練偏多，過多關注學生的解題技巧訓練，較少關注學生核心素養的發展。教學中存在的這些問題，導致學生獲得更多的是事實性知識，對知識的淺顯理解，運用知識解決新問題的能力偏弱，學習動力不足，學習過程中思維深度不夠。為此，教學需要關注學生已有知識，從學生熟知的真實情境中提供感性材料，與課本相關知識有機關聯，通過連續性問題以及對問題結論的追問，制造認知沖突，引發學生深入思考，促進學生經歷從實驗探究到理論分析，從宏觀辨識與微觀本質分析的學習體驗，有助于提高學生研究問題的深度，促進學生化學核心素養的發展。

二、 研究的意義

學生在課堂中“深度學習”的表現：全身心投入、充滿好奇的專注、困惑時不折不撓地鉆研，學生既有獨立性、批判性又有合作性。這樣的課堂是教育工作者的共同追求，也是本課題迫切需要研究的。

1.促進學生學習方式的轉變，利于學生對知識的實踐和體驗

在信息化時代，學生可以很容易地從各種途徑獲得知識，但對知識缺少理解、實踐和內化。課堂教學應該給學生提供機會對知識進行實踐和體驗;教師在學生學習過程中的作用，不能僅僅是傳授知識，更應該引導學生解決問題，幫助學生建立化學學科的思想方法。 以“真實情境”為驅動，把深度學習融入問題的分析與解決過程之中，可以為學生深入理解知識、發展思維技能、學會運用知識解決實際問題等提供有力支持。

2.利于教師專業素養的提高，為學生提供學習支架策略

在深度學習中，教師最重要的責任就是為學生提供支架，因為學生的認知結構尚不完整或不穩定，通過支架的作用可以促進學生將所學知識遷移到需要解決的問題中。這就需要教師對學科知識的再理解，對教學知識的更新，對教學行為的轉變，特別是從教學理念到教學行為的轉變。只有將學生引向“深度學習”的“深度教學”，才是基于核心素養的教學觀點。

3.發展學生核心素養的有效途徑，對新課程標準在實踐層面的推進具有重要的意義

我國課程標準要求培養學生的化學核心素養，通過中學化學課程的學習，幫助學生形成“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學精神與社會責任”5個方面的化學學科核心素養。為了培養學生的核心素養，需要開展原生態的教學，有高階思維的深度教學，才能實現知識教學的豐富價值，使學生知識學習與素養培養實現同步發展。

三、“真實情境促進高中化學課堂中深度學習”教學模式實踐初探

基于真實情境產生需要解決的問題，問題解決指向具體要完成的任務，通過問題求解的學習，培養學生的高階思維能力。情境的選取需要關注情境的真實性、關聯性、問題性、過程性等特征;問題的設計則要關注問題之間的邏輯關系、問題的思維水平以及如何利用課堂中生成的問題;整個教學內容的組織應關注是否使學習者在新舊知識、概念和經驗間建立聯系，是否要求學習者將他們的知識納入到相關的概念系統中（如圖1所示）。

本節課的教學打破了傳統思路，以“真實情境”構建教學內容主線，以連續性問題為驅動引發深入探究，選用了生活中的實際問題“腎結石的預防與治療”為情境素材，以“我的朋友得了腎結石，醫生建議多喝水（任務1：發現溶解平衡）——飲食建議（任務2：體驗溶解平衡）——過量食用草酸會怎樣、如何用藥物來治療腎結石（任務3：認識沉淀轉化）”為主線，以草酸鈣為例，將難溶電解質的溶解平衡相關知識融入其中。積極有效地情境創設顯然有助于學生對抽象知識的學習，教學不僅要重視“抽象知識情境化”，更要關注“情境知識抽象化”，二者兼顧方能讓學生在順利理解沉淀溶解平衡知識的基礎上，合理地把握知識的本質，理解知識是怎樣的以及為什么是這樣。本節課主要教學活動設計如下：

任務1 發現溶解平衡

【情境問題1】

你了解腎結石嗎？為預防腎結石，醫生為何建議多喝水？

【資料1】腎結石成分表（腎結石成分中90%為草酸鈣CaC2O4，還有少量碳酸鈣CaCO3、磷酸鈣Ca3（PO4）2和尿酸鹽）。

【問題1.1】草酸鈣能溶解嗎？

【實驗1】探究草酸鈣的溶解性

【演示實驗】在學生實驗的基礎上，教師引入鈣試劑，通過蒸餾水（不含鈣離子）、農夫山泉（含鈣離子）進行演示鈣試劑對鈣離子的顯色反應。

【問題1.2】草酸鈣的濁液中存在哪些微粒？它們之間存在著什么關系？

【追問】類比化學平衡的特征，描述難溶電解質溶解平衡的特征。

“腎結石”引入本課，腎結石與生活聯系較緊密，涉及每個人自身的預防或者治療，學生普遍表現出較高研究興趣。認知沖突的焦點將集中在草酸鈣的溶解性上。在這種認知沖突下，學生會主動思考解決方法，對草酸鈣的溶解性進行實驗探究。借助鈣試劑發現草酸鈣少量溶于水，引導學生從微觀角度思考草酸鈣的溶解過程，有助于揭示微觀本質。

運用之前所學的化學平衡知識為指導，認識溶解于水是一個動態平衡，幫助學生建立沉淀溶解平衡的模型。介紹溶度積常數為后續學習提供工具支持。在上述過程中，將新知識“難溶電解質的溶解平衡”納入學生已有知識“化學平衡”體系中，關注知識的聯系，有利于促進深度學習。

任務2：體驗平衡移動

【情境問題2】既然在腎結石患者體內存在這樣的溶解平衡，請給腎結石患者提出飲食方面的建議。

【問題2.1】你能從微觀的角度予以解釋嗎？

【問題2.2】預防腎結石要控制Ca2+和C2O2-4的濃度，Ksp就是腎結石患者體內的警戒線，針對以上飲食建議進行定量的分析嗎？

學生提出的上述飲食建議主要基于沉淀溶解平衡的定性分析，而在任務1中已經學習了溶度積Ksp，引導學生將Ksp遷移到定量分析飲食建議上，從定性和定量兩個角度加深對問題的理解。

任務3：CaCO3轉化為CaC2O4

【情境問題3】過量食用含C2O2-4的物質，會怎樣？

【問題3.1】如何從理論上予以證明：CaCO3的質量是否發生變化？

【問題3.2】我們從理論上證明了這一轉化：CaCO3沉淀可以變成CaC2O4沉淀，如何從實驗的角度驗證這一轉化？

【實驗2】探究沉淀的轉化：碳酸鈣轉化為草酸鈣。（鈣試劑作為現象的顯色劑）

認識沖突的焦點在于的質量是否改變，通過分析將兩個孤立的沉淀溶解平衡建立聯系，并從定性和定量兩個角度展開討論：平衡移動、Qc與Ksp的量化關系。在實驗2的驗證中，由于碳酸鈣和草酸鈣沉淀物均為白色，無法直接觀察到轉化現象，將環節1中的鈣試劑遷移到此，完成沉淀轉化的驗證。

任務4：學以致用

【情境問題4】為緩解病痛，如何用藥物治療腎結石？

【資料2】口服鎂制劑（氯化鎂溶液）可減緩結石患者的病痛。研究發現每日服用鎂，可減少90%的腎結石復發率。雖然鎂和鈣一樣，皆可與草酸根結合。但與草酸鈣不同的是，草酸鎂不會形成“令人疼痛”的結石，另外草酸鎂更易排出體外。

【問題4.1】口服鎂制劑（氯化鎂溶液）可減緩結石患者的病痛，你能從微觀的角度進行解釋嗎？如何表達？

在這種開放問題上，學生會自主運用沉淀溶解平衡知識進行深入研究，繼續加深對概念的理解與運用，將沉淀轉化的這部分知識進行學以致用。

四、教學反思與研究建議

由于沉淀溶解平衡知識在實際生活、工農業生產、科學研究中的應用十分廣泛，加之沉淀溶解平衡知識本身涉及的知識儲備較多，導致這一內容成為高中化學教學的中難點之一。

1.圍繞本節課的核心內容，教學中將生活中的實際問題情景與難溶電解質的溶解平衡相關知識有機關聯，通過連續性問題以及對問題結論的追問，制造認知沖突，引發學生深度思考，促進其深度學習。

2.合理發揮已有認知的積極作用，盡量消除不利影響。教學中，可以充分利用學生已有認知中“溶解度”“飽和溶液”“化學平衡”等概念，建立清晰而豐富的新舊概念聯系，準確把握沉淀溶解平衡的內涵與外延。

3.重視宏觀與微觀相結合的教學，重視學科理性思維與感性體驗的融合。要讓學生認識沉淀的溶解平衡，首先需要讓學生形成如下的概念，即沉淀不是完全不溶于水，在水中也能溶解，只是溶的較少。草酸鈣是難溶物，在水中是有少量溶解的。如何讓學生信服這一事實呢？在實驗1中，引入對鈣離子較為敏感的鈣試劑，通過鈣試劑的顯色反應，較為直觀地呈現了草酸鈣濁液中存在鈣離子，以此為證據通過進一步分析，可以說明草酸鈣加入水中形成的濁液是一個CaC2O4、Ca2+、C2O2-4共存的體系，是一個平衡體系。在討論沉淀的轉化方面，在實驗2、實驗3中，學生也自然想到借助鈣試劑指示溶液中鈣離子形態的變化，從而證明沉淀發生了變化。鈣試劑的引入，能將微觀鈣離子的變化轉化為顯性的、可視的實驗現象。通過宏微符的結合，有助于學生理解沉淀溶解平衡及其移動的微觀本質，豐富和發展學生對化學平衡的理解。

4.對學習評價，改變了以往單一的試題檢測方式，采取了多樣化的評價方式，評價學生學習過程中的認知過程、參與過程、合作過程，同時將所學知識與生產生活實際相結合進行了結果性評價。

評價一：過程性評價——活動記錄單。主要在于了解學生的認知過程、參與過程、合作過程（見表1）。

評價二：結果性評價——難溶電解質的溶解平衡相關知識評價。

教師僅僅教給學生應該知道的學科內容是遠遠不夠的，更重要的是要給學生提供思考、實踐與應用的機會，教會學生如何獲得知識。以“真實情境”為驅動，把深度學習融入問題的分析與解決過程之中，可以為學生深入理解知識、發展思維技能、學會運用知識解決問題等提供有力支持。讓學生在學科理性思維的發展中建構科學知識，在科學知識形成的體驗中習得認識世界的學科視角和解決具體問題的學科素養。要將“難溶電解質的溶解平衡”的深度學習模式廣泛應用到化學課堂中，還需要后續大量的研究與實踐。對教師而言，在整合教材、開發教材、團隊合作等反面的能力提出了更高的要求。

（收稿日期：2018-12-25）