巧設問題與探究，促進元素化合物知識的深度學習

楊婷

摘要：元素化合物知識是初中化學知識的基礎和骨架，是學生實現深度學習的重要載體。本文嘗試構建基于深度學習的元素化合物知識的基本教學模型：“情境導入→實驗探究→事實證據收集→物質性質總結→物質用途總結”。以CO2的教學為例，運用該模型進行深度學習的課堂教學實踐。

關鍵詞：深度學習;元素化合物;挑戰性問題;化學核心素養

文章編號：1008-0546（2022）10x-0061-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

一、教學思想與設計理念

胡久華等人將化學學科的深度學習界定為：在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從宏微結合、變化守恒的視角，運用證據推理與模型認知的思維方式，解決復雜問題，獲得結構化的化學核心知識，建立運用化學學科思想解決問題的思路方法，培養學生的創新精神和實踐能力，促進學生核心素養的發展。[1]基于深度學習的教學有利于促進理解學習，發展高階思維，發展學生學科核心素養。[2]因此作為基礎教育的實施者，我們在日常的教學實踐中，應當倡導基于深度學習的教學設計，培養學生的核心素養。

元素化合物知識在初中學化學教材中約占60%，是構成初中化學知識的基礎和骨架，是學生實現深度學習的重要載體。元素化合物知識大多屬于事實性知識或陳述性知識，知識龐雜、瑣碎，需要記憶的內容較多。筆者認為可以從以下方面進行基于深度學習的元素化合物知識的教學：基于已有認知結構，通過以化學實驗為主的多種探究活動從宏微結合的角度探索物質性質;基于事實證據和探究實驗進行分析推理等學習活動，再進行知識的歸納與整合、理解與應用。批判性地聯系新舊知識，接收和學習新知識，建構學習元素化合物知識的基本模型：“證據—性質—用途”;建立元素觀、變化觀和平衡觀等學科觀念，發展學生的科學態度和創新意識，深入高階思維層次的學習。

二、教學模型

基于以上教學思想與設計理念，筆者嘗試構建基于深度學習的元素化合物知識的教學模型（見圖1）。

下面以CO2的教學為例，談談利用該模型進行深度學習的課堂教學實踐與教學反思。

三、教學背景分析

1.教材分析

教材地位：本節位于人教版九年級化學第六單元第三節，是初中化學元素化合物知識的核心內容之一。起著承上啟下的作用。

知識結構分析：在學習氧氣后，學生知道認識物質的基本框架：“制取—性質—用途”。在上節課學習CO2的制取后，本節學習CO2的性質和用途。

2.學情分析

知識儲備：知道學習物質的基本框架，對CO2有一定的認識。

認知誤區：存在CO2對人體有害，是大氣污染物等片面認識。

技能儲備：有一定的實驗技能、探究能力。

四、教學目標

1.掌握CO2的物理性質、化學性質，知道CO2的用途，關注溫室效應。

2.通過實驗探究，尋找證據，歸納CO2的性質;從“證據—性質—用途”建立物質學習的模型;提高實驗操作能力;發展學生“宏微結合”“證據推理”等化學核心素養。

3.學會用微觀模型、化學用語表征化學反應，建立元素觀、變化觀和平衡觀等學科觀念。

4.知道 CO2一般不用排水集氣法收集的真正原因，培養學生敢于論證，勇于質疑的創新意識。

五、教學流程

教學流程如下（見圖2）。

六、教學過程

環節1：情境引入，聯系舊知

[教師]用干冰營造“仙境”。提問：此“冰”為何物？

[學生]觀看并討論，產生興趣。回答：是CO2。

[教師]本節課我們將一起來認識CO2。在之前的學習中我們已經認識O2，我們主要學習了O2的哪些知識？

[學生]回答：O2的性質（包括物理性質和化學性質）、用途、制取。

[教師追問]這個單元我們也將從這幾個方面來認識CO2，關于CO2大家已經知道哪些知識？

[學生]CO2的制取方法，CO2密度比空氣大且能溶于水，CO2能使澄清石灰水變渾濁，CO2能滅火……

設計意圖：“仙境”導入，激發學習興趣。建立新舊知識聯系（回顧氧氣的主要知識，類推要學習的CO2主要知識，歸納學生在生活中、學習中已經獲取的CO2的前知識），在學生已有知識的基礎上，建構新知。

環節2：小組合作，自主探究CO2的性質

[教師]展示實驗探究任務（見表1），組織實驗探究活動。

[學生]小組合作，完成實驗探究，展示實驗探究成果。

[教師追問]根據已經歸納出的CO2性質，你想到了CO2的哪些用途？

[學生]思考并回答。學生甲：滅火。學生乙：碳酸飲料。學生丙：……

設計意圖：學生通過小組合作完成兩個實驗探究活動。在體驗探究的過程既充分發揮學生主體作用，又夯實實驗操作能力，發展學生“科學探究”“證據推理”等化學核心素養。突破教學重點（得到了CO2密度比空氣大，不燃燒、不支持燃燒，能溶于水的性質），確立了“性質決定用途”的核心觀點。

環節3：師生合作，探究“酸”從何而來？

[教師]CO2溶于水可制取碳酸飲料，碳酸飲料中真的有“酸”嗎？

[展示資料]紫色石蕊試劑是一種色素，遇酸變紅。

[教師]演示：取少量實驗2中的液體，往其中加入石蕊試劑。

[學生]觀察并回答：液體由紫色→紅色，證明CO2溶液中確實含有酸。

[教師追問]液體中的“酸”從何而來？

[作出假設]教師引導學生進行假設。假設1：水;假設2：CO2;假設3：某未知物。

[制定實驗方案]師生共同討論，制定實驗方案（見表2）。

[實施實驗]師生合作，教師完成演示，學生觀察實驗并記錄現象。

[分析]教師引導學生分析：因為④號紙花“由紫變紅”，所以酸來自CO2與水反應生產的某新物質。原理：CO2+H2O==H2CO3。反應的微觀模型見圖3。

[教師]演示：用吹風機吹干紙花④。

[學生]觀察并描述現象：紙花由紅變回紫色。

[學生]碳酸不穩定，容易分解，原理為H2CO3==CO2↑+H2O。

[教師]如何檢驗CO2？

[學生]將氣體通入澄清石灰水中，若澄清石灰水變渾濁，證明氣體為CO2。

[教師追問]CO2通入石灰水后為什么澄清石灰水變渾濁？

[教師引導]Ca（OH）2+CO2==CaCO3↓+H2O，產生的碳酸鈣沉淀讓石灰水變渾濁。

[教師]通過以上一系列的探究活動，我們知道了CO2有哪些性質？這些性質又決定了它的哪些用途？

[總結]學生總結，老師板書（見圖4）。

[教師]提出深度問題：CO2可溶于水且與水發生反應，能用排水集氣法收集到CO2嗎？

[學生]不能。

[教師演示]用排水集氣法收集CO2。

[學生]觀察實驗，產生認知沖突，思考原因：排水集氣法其實也可以收集CO2，但因為CO2溶于水且與水反應，會造成浪費，故實驗室中一般不用排水集氣法收集CO2。

設計意圖：本環節教師首先提出具有挑戰性的問題“酸從何而來？”激發學生探究欲望。之后師生合作按照科學探究的步驟，探究“酸從何來”這一核心問題。在此次探究過程中再次發展了學生“科學探究”“證據推理”等化學核心素養。在用微觀模型、化學用語表征化學反應的過程中，幫助學生建立元素觀、變化觀和平衡觀等學科觀念。之后師生共同總結并以板書形式呈現，幫助學生建立物質學習的模型：“證據→性質→用途”。最后提出深度問題：“能用排水集氣法收集到CO2嗎？”引發論證，培養學生敢于論證、勇于質疑的創新意識。

環節4：自主閱讀，了解CO2的用途和影響

[教師]布置自學任務：自學課本119-120頁，思考三個問題：（1）CO2有哪些用途？（2）太多的CO2會對環境產生什么影響？（3）什么是溫室效應？如何減緩溫室效應？

[學生]自學、合作、分享。

設計意圖：教師給出自學任務，讓學生通過自主閱讀尋找問題的答案，培養學生文本閱讀能力。學生在歸納了CO2的用途后，與前面總結的CO2的性質對應起來，發展了“性質決定用途”的化學核心觀點。此外，學生了解“溫室效應”產生的原因及其影響，可提高環保意識。

環節5：知識梳理、當堂測驗

[教師]請同學們結合今天認識CO2的過程，總結認識物質的基本模型。

[學生]通過實驗尋找證據，推理出物質的性質，再根據性質推導物質用途，即“證據→性質→用途”。

[教師]組織當堂測驗。

設計意圖：在本節課的最后引導學生進行梳理認識物質的模型，使知識結構化;也為以后學習其他物質提供了一個很好的范本。當堂測驗，學以致用，及時反饋學情。

七、總結反思

1.挑戰性問題引發探究論證，發展學生核心素養。

挑戰性問題的設計需要系統思考，既要考慮問題是否符合學生的認知發展規律，也要考慮到探究論證問題的過程是否具有可操作性，同時還要考慮能否把問題論證過程作為主線，把知識的落實和化學核心素養的發展作為暗線。本節課設計了系列挑戰性問題，來促進學生的深度學習和化學核心素養的發展。例如：學生圍繞“溶液中的酸從何來？”開展一系列的探究論證，在探究論證中落實“CO2與水反應生成碳酸”這一核心知識，發展學生“科學探究”“科學態度”“宏觀辨識”“證據推理”等化學核心素養。“CO2能否用排水集氣法收集？”這一問題的提出引發學生認知沖突，激發探究欲望，在實驗論證過程中學生找到答案，既讓學生知道了CO2一般不用排水法集氣收集的本質真正原因，也培養了學生敢于論證、勇于質疑的創新意識，發展了學生化學核心素養。

2.對化學反應進行三重表征，形成多重聯系，促進學生深度學習。

多重聯系策略是指在化學學習過程中，有意識地將某一化學知識的宏觀表征和微觀表征具體化、形象化、可視化，并把三者精煉濃縮成抽象圖形或化學符號，這些符號表征就賦予了特殊的意義，而不是將它當作孤立的符號去機械記憶，從而實現宏觀表征、微觀表征、符號表征的多重聯系。[3]對同一化學反應進行三重表征能很好地幫助學生形成多重聯系。深度學習關注知識的建構，強調知識的整合、遷移與應用，因此多重聯系的形成將促進深度學習的完成。本節課中學生嘗試對“CO2與水反應”進行三重表征，建立起多重聯系;從本質上認識該化學反應，從而突破“CO2使石蕊溶液變紅”的認知誤區;也為以后學習其他反應提供了一個很好的范本，學生可以做到舉一反三、遷移應用，從而促進深度學習的發生。

總之，深度學習注重知識理解與批判、聯系與構建、遷移與應用。若能在進行元素化合物知識教學的過程中，設計有效的挑戰性問題，引發探究論證，利用三重表征建立多重聯系，并按照“情境導入→實驗探究→事實證據收集→物質性質總結→物質用途總結”的教學模型完成教學，就能有效促進深度學習的發生，發展學生的關鍵能力并落實核心素養的培養。

參考文獻

[1]胡久華，羅濱，陳穎.指向“深度學習”的化學教學實踐改進[J].課程·教材·教法，2017（3）：90-96.

[2]王云生.基于深度學習的中學化學教學設計芻議[J].化學教學，2018（7）：3-7.

[3]鄒正.新課程高中教師手冊（化學）[M].南京：南京大學出版社，2012.