“問題—探究”模式下的深度學習
——以硝酸的性質教學為例

張金偉 吳 飛

(浙江省衢州第三中學)

深度學習是師生在教學過程中的靈魂碰撞,是一趟智慧之旅,它以培養學生核心素養為根本追求,以落實立德樹人、培養全面發展的人才為出發點和落腳點。深度學習是學生在教師的幫助和指導下,圍繞著具有較高挑戰性的學習主題進行全面的學習,是思維、感知、情感、意志和價值觀充分參與的活動,也是學生形成核心素養的基本途徑。新課程改革倡導學生主動參與、勤于動手、樂于探究,培養獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力及交流與合作的能力,某種意義上講就是提倡深度學習。問題是思維的起點,沒有問題便沒有思考的欲望,以問題為導向,引導和激發學生自主探究即“問題—探究”模式是深度學習發生的有效教學模式。

1.深度學習培養學生高階思維,促進學生自我價值的實現

深度學習是指在有意義的教學過程中,學生在素養導向學習目標的引領下,聚焦引領性學習主題、展開有挑戰性的學習任務與活動。深度學習注重主動的理解、聯系和結構的建立、基本原理的追求、相關證據的權衡、批判思維和應用等高階思維培養的同時以立德樹人為根本目的,使學生成為既有扎實學識基礎又有獨立思考能力,善于合作、有社會責任感、具備創新精神和實踐能力、能夠創造美好未來的社會實踐的主人。深度學習的特征見圖1。指向核心素養的深度學習模型包含六要素:素養導向的學習目標、挑戰性學習任務、引導性學習主題、持續性學習評價、開放性學習環境、反思性學習改進。圖2反映了六要素在時間和空間上的相對位置,開放性學習環境圍繞著素養導向的學習目標,挑戰性學習任務,引導性學習主題,持續性學習評價四要素,反思性學習改進在學習活動進行之后開展。

圖1 深度學習的特征

圖2 深度學習模型六要素

深度學習立意高遠,從促進學生的全面發展的角度來談學習,強調教為主導、學為中心、素養為本。隨著課程改革的不斷推進及核心素養的提出,高中化學教學要求學生學會主動學習、學會思考問題、學會遷移和應用,這都需要學生將淺層次的學習轉變成深度學習。相較于淺層學習而言,深度學習最為明顯的特征便是更加重視學生的實際學習過程以及高階思維的培養,加深學生對知識的理解程度。浙江省特級教師任學寶老師曾提出:如何讓“深度學習”發生,其主要觀點可以用圖3表示:

圖3 深度學習的發生

2.“問題—探究”模式有效促進深度學習的發生

傳統的教學模式下,教師與學生一問一答,一問集體答,問題間沒有關聯和系統性,學生對問題的處理容易隨意和主觀,這種模式下,教師容易變成機械式的知識“傾灌”者,學生容易成為麻木的知識接受者,學習停留在淺層次。《普通高中化學課程標準》(2017年版2020年修訂)(以下簡稱化學新課標)明確指出要在高中化學教學中培養學生的化學核心素養,其中培養學生應用知識解決實際問題的能力,培養學生的探究精神,更需要教師在教學時引導學生進行探究。高中階段的學生認知水平已經足夠支撐學生進行互動探討活動,通過不同的觀點來激發學生的探索欲望,從而實現良好的教學效果。化學課堂教學過程應該是不斷發現問題、解決問題的思維過程,在中學化學課堂教學中教師創設恰當的情境,通過問題引發學生認知的沖突,引導學生積極主動地在“起疑—合作—探究”過程中發現問題、解決問題,習得知識和提高能力,在這種緊張而又熱烈的螺旋式遞進氛圍中交流、探究,達到認知的建構,從而提高學科素養,培養思維品質,由此我們提出了“問題—探究”教學模式,該模式促進深度學習的發生。“問題—探究”模式下的深度學習的一般環節和教學流程圖如圖4:

圖4 “問題—探究”教學模式的一般環節和流程圖

(1)創設情境 提出問題

(2)小組合作 探究討論

(3)問題驅動 促進引導

(4)成果展示 互評自評

(5)總結歸納 反思升華

3.“問題—探究”教學模式實踐——以硝酸的性質教學為例

3.1 教學過程設計

硝酸強氧化性的理解是本課的重難點,本課的目標在于能從物質類別、元素價態的角度,依據復分解反應和氧化還原反應原理,分析預測硝酸的化學性質和變化,通過設計實驗進行探究驗證,并能分析、解釋有關實驗現象。通過設計驅動問題串,激發學生自主分析探究,教師再給予恰當的引導和評價,讓硝酸強氧化性的性質的認知得以構建,培養學生的化學核心素養,圖5為硝酸性質的教學設計流程。

圖5 硝酸性質的教學設計流程

3.2 “問題—探究”教學模式實踐

【驅動問題1】硝酸是一種重要的化工原料,也是一種重要的化學試劑。安徽華爾泰有限公司硝酸產能居全國前茅,此公司工作人員在用某種型號的不銹鋼儲存稀硝酸時,發現硝酸變綠而儲存濃硝酸卻不會,參考學過的濃硫酸性質,以及價態規律預測以上問題與硝酸的什么性質有關?

【PPT】不銹鋼,是不銹耐酸鋼的簡稱,它是含有多種元素的鐵基合金,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼,耐化學腐蝕介質(酸、堿、鹽等)腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。不銹鋼中的主要合金元素是Cr(鉻),當Cr含量在一定范圍增加時,鋼材耐蝕性增強。因此,不銹鋼一般Cr(鉻)含量至少為10.5%。不銹鋼中還含有C、Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。

【學生分析】用不銹鋼儲存稀硝酸,稀硝酸發綠,可能是稀硝酸與金屬(Cr,Ni或者Fe)發生反應,而濃硝酸也具有酸性卻沒有變質,可能是發生了類似于濃硫酸的鈍化。

【設計意圖】創設情境,引發認知沖突,把核心知識內容改編為可供學生探究的問題,提出驅動問題,使核心內容有了邏輯起點,激發學生探求知識的欲望。

【驅動問題2】鈍化的本質是什么呢?

【學生分析】強氧化性

【驅動問題3】濃硝酸具有強氧化性?稀硝酸是不是就和稀硫酸一樣一定沒有強氧化性呢?請設計實驗驗證硝酸的強氧化性?

【學生分析】參照濃硫酸有強氧化性能與不活潑金屬反應,設計硝酸與銅的反應,硝酸與銅反應沒有氫氣產生,硝酸中+5價氮降價。

【教師】考慮到低價氮的化合物可能會污染環境,用試管做實驗時應該怎么處理呢?

【學生】用蘸有NaOH溶液的棉花堵住管口。

圖6 銅與濃硝酸反應

圖7 銅與稀硝酸反應(右圖為反應約1 min)

【實驗探究】銅與稀硝酸反應緩慢,產生無色氣體,無色氣體遇空氣后變成紅棕色;銅與濃硝酸反應更劇烈、銅片溶解、生成大量的紅棕色氣體。

【教師】根據現象寫出相關方程式。

【學生分析】依據實驗結果說明稀硝酸和濃硝酸都能與銅反應,在反應過程中+5價氮降價,表現氧化性,稀硝酸和濃硝酸都能把單質銅氧化為+2價,在兩個反應中硝酸既有酸性也有氧化性。

【設計意圖】通過驅動問題2和3的設置,激發學生分析問題,自主探究。學生在興趣的驅動下,能夠利用教材內容,自主去探索、去體驗、去發現,主動參與獲得知識的過程,在探究學習中,學生經歷獨立思考,遇到阻礙與疑惑時,用自己的大腦思考問題、設計方案,用自己的雙手去感知,培養學生證據推理與模型認知,科學探究與創新意識等學科核心素養。

【驅動問題4】稀硝酸和濃硝酸氧化性哪個更強?

【學生分析】可以比較濃硝酸和稀硝酸的還原產物的化合價,濃HNO3中的氮從+5價降為+4價,而稀HNO3中的氮從+5價降為+2價,從化合價變化可以判斷稀硝酸的氧化性比濃硝酸強。

【教師】那么我們比較等物質的量的鈉和鎂與足量氯氣反應,鈉和鎂哪個失去的電子數多呢?

【學生】鎂多些。

【追問】那是否可以說鎂的還原性比鈉強呢?

【學生】(思索后)好像不能。

【教師】對,在反應中氧化性強弱與得電子多少無直接對應關系,而是由得電子難易決定,稀硝酸比濃硝酸降價更多,也就是在反應中的稀硝酸比濃硝酸得電子數更多,不能作為判斷氧化性強弱的依據。在實驗中我們能看到銅與濃硝酸反應現象劇烈而銅與稀硝酸反應緩慢,說明濃硝酸得電子能力更強,氧化性更強,事實上,硝酸濃度越大氧化性越強。我們也再次體會到物質的濃度發生改變時性質也會發生改變,這也是哲學中所說的量變引起質變。

【教師】常溫下,鐵、鋁遇濃硝酸會在表面生成致密的氧化膜而發生鈍化,所以可以用鐵質或鋁質容器盛放冷的濃硝酸。

圖8 鐵與濃硝酸(常溫)

圖9 鐵與稀硝酸(常溫)

【教師】請分析鐵與稀硝酸的反應情況,寫出相關化學方程式。

【教師】我們回過頭來看安徽華爾泰有限公司工作人員在用某種型號不銹鋼儲存硝酸時遇到的問題。

【學生】用不銹鋼儲存稀硝酸,稀硝酸發綠,濃硝酸不變質都是強氧化性導致的。

【設計意圖】驅動問題4是對核心知識深度理解的一個抽象的理論問題,教師與學生圍繞此核心問題,進行對話交流探討。此探究過程在教師的適時引導及與同伴的交流、討論、合作下,學生們共同思考、解決問題,并且學生將新獲得的知識慢慢地同化到舊知識的體系中,與已有的知識進行有效融合。在新知與舊知的不斷沖擊下,在問題解決的過程中學習,實現知識的建構。

【驅動問題5】硝酸氧化性具體是哪個微粒體現的呢?

【教師】請驗證你的預測。

【實驗探究】在硝酸鈉中加入銅粉,觀察到無明顯現象。

【教師】請驗證你的預測。

【實驗探究】在硝酸鈉中加入銅粉,再滴入適量硫酸或鹽酸。

【設計意圖】驅動問題5讓學生再次體驗“預測,驗證,結論,再調整預測,再次驗證直到得出科學結論”的探究物質性質的一般方法,該環節不僅讓學生從宏觀的角度探究硝酸的強氧化性,也從微觀角度探析了硝酸氧化性本質,培養學生證據推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養。

4.教學反思

在教學實踐過程中,我們發現“問題—探究”教學模式不僅可以提高學生學習化學的興趣,有效提升學生的問題意識,培養學生的探究能力,也有利于學生成績的提高,同時對教師也提出了更高的要求。教學之后,我們也陷入了深深的反思。

4.1 對“問題”的反思

創設什么樣的問題情境或者提出什么樣的問題才能激發學生的求知欲望呢?該模式是以“問題”作為先行組織者,以“探究”為核心,以“解決”為落腳點的教學過程。“問題”是學生自主探究的動力,那么問題的來源和種類教師該如何把握呢?是以學生提出問題還是教師提出問題為宜呢?實踐中也發現教師提出了問題,但對學生而言卻有些突然,他們不明白為什么要提出這樣的問題。因此什么時候提出問題、提出什么樣的問題、怎么提出問題,對教師而言也是一種挑戰和提升。

4.2 對自身的反思

讀懂學生、尊重學生,這是我們在實踐中最大的反思。站在學生的立場上思考問題,從學的角度理解如何教,是我們教師亟需修煉的內功。問題引不起學生的興趣,探究激不起學生的欲望,說明教師在備課時脫離了實際。時代在變,學生的成長環境在變,教師唯有俯下身來,與學生平等交流,了解其所需,才能設計出符合學生需要的學習任務。

教師設計具有挑戰性的學習任務,引領學生進行深度水平的探究。在師生深度互動中實踐、討論、質疑、反思,達到解決陌生問題、發展學科核心素養的目的。雖然在實踐過程中會出現這樣或那樣的問題,但“問題—探究”教學模式還是促進深度學習的有效策略。本文是在化學新課標的引領下,教師對教學的一次有益嘗試和創新,希望對各位同仁有所啟發。教無定法,學無止境,對于教師來說,學習一直在路上。