談化學教學中“深度學習”的內涵及實施策略

張發新

(江蘇省南京市江寧高級中學，江蘇 南京 211100)

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談化學教學中“深度學習”的內涵及實施策略

張發新

(江蘇省南京市江寧高級中學，江蘇 南京 211100)

摘要：文章在分析國內部分學者提出的深度學習概念的基礎上，闡述了化學教學中深入理解學科基本思想、學科基本思維及其結構的學習;深刻領會并掌握學科知識的符號意義、邏輯意義的學習；以及促進學生深化認識知識價值意義的學習等深度學習含義。分析了深度學習的三個主要內涵：深度學習是化學基本觀念形成與建構的學習、“深度學習”是“宏觀·微觀·符號”三重表征有機融合的學習、“深度學習”是應用批判性思維深刻理解化學知識價值意義的學習。同時，也提出了促進學生深度學習的構建課堂學習共同體、創設真實有效的問題情境以及持續、即時地反饋學生的學習情況等有效策略。

關鍵詞：深度學習；內涵；實施策略

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(Deep Learning)和淺層學習(Surface Learning)。[1]近年來，深度學習已成為這一時代背景下一種重要而有效的學習方式和學習理念，引起教師和教學研究群體的普遍關注和學生個體的高度重視， “深度學習”業已成為與時俱進的學習理念，不少一線教師將研究成果積極轉化為教學實踐行動。筆者認為研究和實踐化學教學中的“深度學習”，首先要厘清基于化學教學的“深度學習”的內涵，而后在此基礎上開展深度教學。國內不少學者對“深度學習”作過研究。閻乃勝認為，“淺層學習”是指那種碎片化、快餐化、微型化的學習方式?！吧疃葘W習”相應地是指“對信息予以深度加工，深刻理解和掌握復雜概念的內在涵義，建構起個人情境化的知識體系，以知識遷移推進現實任務的完成”。[2]張浩等認為，“深度學習是一種主動的、批判性的學習方式，也是實現有意義學習的有效方式”，“要求學習者進行理解性的學習、批判性的高階思維、主動的知識建構、有效的知識遷移及真實問題的解決”。[3]伍遠岳闡述了基于“深度學習”的深度教學，“深度教學是指超越表層的符號教學, 由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統一,教師要引導學生超越表層的符號知識學習, 進入知識的邏輯形式和意義領域, 將符號學習提升為深層意義的獲得, 使學生學會思考，學會做人。深度教學在知識符號教學的基礎上, 注重彰顯教學的情感熏陶、思想交流、價值引導等功能, 使學生知識學習真正達到意義標準”。[4]郭元祥從知識的“符號”、“邏輯”、“意義”三方面論述了基于“深度學習”的深度教學，“有效教學必須超越表層的符號教學, 由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統一，把這種統一稱為深度教學”。[5]綜合以上學者觀點，筆者認為“深度學習”是指：一是深入理解學科基本思想、學科基本思維及其結構的學習；二是深刻領會并掌握學科知識的符號意義、邏輯意義的學習；三是促進學生深化認識知識價值意義的學習。

二、化學教學中“深度學習”的內涵分析

1.“深度學習”是化學基本觀念形成與建構的學習

“深度學習”關注學生對化學基本觀念的深層次建構與理解，在已有的化學知識經驗基礎上形成由化學基本觀念統領的知識結構，創新或建構屬于自己認識，并長期保持及遷移應用，使學習更有意義。筆者認為化學學科中包含微粒觀、元素觀、能量觀三個處于核心地位的基本觀念，其他基本觀念(如變化觀、結構觀等)應該是它們的衍生。在化學物質性質及其變化的學習中，通過微粒觀引導學生深刻領悟物質都是由微粒構成的，不同的性質、不同的變化是因為微粒的結構不同和作用方式不同；通過元素觀引導學生深入理解 “元素是組成物質的基本單元，元素的有限性決定了無限、多樣性物質的有序性元素以分子、原子、離子等微粒構成物質，微粒種類和構成方式的差異決定了物質性質的差異，物質發生化學變化是元素原子間的重新組合，物質轉化過程遵循化學變化基本規律”[6]；在學習掌握化學物質性質及其變化本質中，引導學生深度體驗化學能量觀的內涵。這樣整體形成并建構了自然學科中“物質”、“變化”和“能量”三個基本觀念，更重要的是讓學生形成從化學基本觀念角度深度認識物質性質及其變化的思想方法。

在 “鈉的性質”教學中，在理解鈉的原子結構基礎上，引導學生分析鈉在與水的反應中原子結構發生的變化，以及水中氫、氧元素的化合價，推斷出鈉和水反應時鈉是還原劑，水是氧化劑，生成氫氣而不會生成氧氣；啟發學生將觀察的現象與鈉的物理、化學性質、能量變化聯系起來，并思考“鈉在自然界的含量遠高于鐵、銅等金屬元素，可為什么鈉發現時間比鐵、銅要晚得多？”、“鈉為什么要保存在煤油中？”、“鈉為什么能保存在煤油中？”和以及“固體物質液封應該具備什么條件？”等問題，學生在解決問題過程中，既可以將已有的金屬單質性質知識遷移到“鈉的性質”新情境中，又可以與元素觀、微粒觀、能量觀三個化學基本觀念進行聯系，還可以形成把化學基本觀念作為決策和解決問題出發點的基本思想，更豐富或重構了原有的對金屬單質性質的認知結構。因此，“深度學習”是一種應用化學基本觀念建構知識意義的學習，是學習者獲得更為靈活的知識、更為深刻的一種學習方式。

2.“深度學習”是“宏觀·微觀·符號”三重表征有機融合的學習

宏觀、微觀和符號表征分別應用于化學反應學習的不同方面，學生對化學反應的認識是從宏觀現象發展到微觀本質和符號表達。對物質性質及其變化進行三重表征的構建以及三者之間聯系的建立是化學學科獨特的思維方式，運用三重表征思維方式學習化學, 能增進學生對化學知識的理解, 提高學生分析和解決化學問題的能力，這種思維方式對促進學生“深度學習”，具有重要的作用。

由于直觀的宏觀信息易被學生接受和吸收，在遇到問題時，學生能夠較快地從頭腦中提取出來，而微觀和符號信息由于具有抽象性和復雜性，使學生難以理解和消化。淺層學習將信息看成是孤立的、無聯系的單元來接受和記憶，不能促進對信息和知識的理解和長期保持。在淺層學習狀態下，學生關注的三種表征大都集中于靜態、較低層次的信息和表象，對物質性質及其變化的“宏觀·微觀·符號”三重表征的理解比較狹窄，這樣會導致學生不能用開闊的眼界去理解化學反應，也使學生只關注靜態的表面現象，而輕視動態的更深層次的其他信息，導致學生不能全面地從微觀本質上理解化學反應，不能揭示化學符號的豐富內涵，從而阻礙了學生從“宏觀·微觀·符號”三重表征水平上完備地理解物質性質及其變化，也難以形成物質性質及其變化較為深刻的微觀、符號表征。

“深度學習處于高級的認知水平， 面向高級認知技能的獲得，涉及高階思維活動?！盵7]深度學習意味著聯系與構建， “宏觀·微觀·符號”三重表征不再是孤立的, 它們與物質性質及其變化有著緊密的聯系,深度學習把物質性質及其變化與“宏觀·微觀·符號”三重表征整合到一起，通過符號的橋梁作用理解物質性質及其變化的宏觀現象和微觀本質。

如“電離” 教學過程中，針對“NaCl=Na++Cl-”提出問題：(1)Na+和Na, Cl-和Cl的不同之處有哪些？(存在狀態、能量、電性、穩定性、結構、物理性質、化學性質)(2)可以將許多的鈉集合起來形成金屬鈉塊，能否將許多的鈉離子集合起來？為什么？(3)有什么辦法證明Na+仍是鈉元素？(4)實現“Na+Na”的轉化哪個方向更容易？為什么？(5)有哪些辦法能實現“NaCl=Na++Cl-”的變化？學生通過運用、分析、評價及創造等深度學習形式，解決以上問題，引導學生在將“宏觀·微觀·符號”與電離過程、離子結構等學習內容進行深度聯系的同時，獲得了精神的感染、熏陶與激勵，也深刻地把握住了“宏觀·微觀·符號”三重表征的內在聯系，從整體上理解和掌握“電離”的相關知識。

3.“深度學習”是應用批判性思維深刻理解化學知識價值意義的學習

早在2002 年，畢華林和亓英麗依據學習心理學的有關研究成果，將化學課程知識的價值界定為 “遷移價值、認知價值和情意價值”等三個方面。[8]從哲學上說，價值是客體能夠滿足主體需要的一種屬性。知識價值是知識作為客體能夠滿足其主體需要的屬性與功能，也可以說，知識價值所表示的是作為客體的知識與其主體之間的一種意義關系。為此，亓英麗和畢華林于2012年又指出，應該“從社會視角、文化視角以及學生視角來審視和理解科學教育中科學知識的價值”，他們“依據科學知識價值認識的多維視角構建了科學知識價值分析模型，提出科學知識具有信息價值、應用價值、探究價值、認識價值和情意價值等多重價值”。[9]

“深度學習”要求學生通過對自身思維方式、學習方式、問題解決等方面的批判、反思來理解學習活動，它要求引導學生不斷地反思知識與自身、與自然、與人類社會的關系。因此，筆者認為，基于“深度學習”的化學課程知識價值包括三方面內容：一是促進學生認識水平的發展；二是教育學生認識到“人與自然和諧統一”；三是引導學生體悟到“人類社會的發展與化學科學的發展是互相促進、互相統一的”。例如，鈉的化合物性質教學過程中，引導學生應用批判性思維深刻理解化學知識價值意義主要有三方面：

其一，通過“Na2O2水溶液跟酚酞顯色與褪色的原因是什么”的思考，挖掘知識在認知過程方面的價值；通過“Na2O2水溶液存在的微粒：Na+、OH-、H2O2、HO2-、O22-，誰使酚酞褪色”的分析，揭示蘊涵在知識學習中豐富的認知加工過程；通過實驗強化學生對知識的探究與建構：在盛有少量水的三只試管中，各加入3-4滴酚酞試液，在第一只試管中滴加稀NaOH溶液，只變紅不褪色，若加固體NaOH或濃NaOH溶液紅色慢慢褪去。在第二只試管中加入幾滴NaOH溶液，溶液顯紅色，再加入H2O2之后，紅色很快褪去。在第三只試管中先加入幾滴H2O2，再加入NaOH溶液，溶液沒有出現紅色。

其二，通過鈉及其化合物的用途介紹，使學生在獲得化學知識的同時, 學會不斷地運用唯物辯證觀去審視化學學科發展, 學會公正、客觀、無私利地去對待化學的學科價值，進而引導學生弘揚化學精神，建立起良好的社會責任感, 為人類社會的發展造福。

其三，通過制堿法的介紹，激發學生責任感和自主意識：1791年制堿法用硫酸鹽碳制堿，缺點在于既耗能又產生污染物。1862年索爾維創造出氨堿法，同時生產出氯化銨既可作為化工原料，又可以作為化肥，缺點是它除了生成碳酸鈉還生成了沒有用的氯化鈣，原料的利用率也低。1942年侯德榜索爾維制堿法和合成氨法結合起來，大大地提高食鹽的利用率，把對污染環境的廢物氯化鈣轉化成對農作物有用的化肥——氯化銨，還可以減少1/3設備，所以它的優越性大大超過了索爾維制堿法，從而開創了世界制堿工業的新紀元。

學生從探究活動中或從化學發展歷史中既感悟到反思意識的重要性，形成較強的反思能力，也學會了對學習過程和結果的監控、調節、補救和提高，進而促進了對知識的理解、應用及遷移，最終達到深度學習的層次。

三、化學教學中“深度學習”的實施策略

教學中，教師布置了較多沒有思維張力的學習任務，學生取得的成績沒有即時、充分地給予肯定和稱贊,過量呈現認識水平較低的教學內容, 課堂中缺少多樣對話的“滿堂灌”, 學生缺乏獨立思考和討論的機會,帶有威脅性的評價體系, 使學生產生焦慮感等，這些現象通常會使學生陷入淺層學習中。筆者認為以下有幾種教學策略可以促進學生的“深度學習”。

1.構建課堂學習共同體

課堂學習共同體是學習共同體在課堂情境中的組織形式，“在課堂學習共同體中，每一個成員都有著共同的學習目標，具有特定的身份或角色，帶著一種認同、歸屬心理積極負責地參與和體驗共同體的學習生活。”[10]課堂學習共同體是引導師生思維碰撞, 提升對話質量，促進學生自主學習品質提升的有效平臺,是“深度學習”的有效載體。

每位學生都是帶著他們獨特的學習經驗走進課堂，如知識、技能、情感、態度、價值觀等，都能夠作用于課程并成為課程資源中不可缺少的部分，教師引導學生找尋有價值的學習資源，從而與他人進行有意義的對話，是深度學習的重要保證?！皩W習作為一種對話性實踐，不僅引導我們從獨白的世界走向對話的世界，而且借助這種對話性的、合作性的實踐，為人們提供了構筑起‘學習共同體’的可能性。”“從教學方式看, 深度教學是一種對話中心的教學。深度教學超越了‘傳遞中心’的藩籬, 走向真正意義上的‘對話中心’。對話有助于人們消除分歧、克服偏見、達成共識, 不僅是人們情感交流的基本形式, 而且也是人們意義分享、價值建構的重要方式?！崩?，“配制一定物質的量濃度的溶液”教學中，基于“課堂學習共同體”開展的師生對話片段：

教師：初中化學中需要配置6%的氯化鈉溶液。怎么配置？

學生：用托盤天平稱3.0g氯化鈉，再用量筒量取47.0mL水，放在燒杯中溶解即可。

教師：農業生產中象這樣對精度要求不高的粗配都可以這樣進行。如需要約1mol/L的氯化鈉溶液也可以這樣配置。但科學實驗中需要配置1.00mol/L氯化鈉溶液要求一樣嗎？

教師、學生討論：根據化學實驗準確度要求的不同，不同類型濃度的溶液配制(質量分數、物質的量濃度、體積比濃度，重點是物質的量濃度的溶液配制)，方法和思路的形成也可能不同，所需要溶液的精度也不同，溶液的配制也分為粗略配制與精確配制兩大類。

教師：那么該如何精確配置250mL 0.400mol/L的氯化鈉溶液呢?

學生之間對話：閱讀課本中“一定物質的量濃度的溶液配制”的步驟：“計算、稱量、溶解、轉移、洗滌、轉移、振蕩、定容、搖勻”。怎樣精確稱量5.85g氯化鈉固體呢？托盤天平可以嗎？不行。怎樣定容250mL溶液呢？燒杯可以嗎？不行。量筒可以嗎？不行。那一定要用精度比托盤天平和量筒高的儀器。

這種課堂學習共同體中的對話，既完成了“不同濃度溶液配制”的意義建構，又促進了學生對濃度配置思路與方法的理解和反思，還達到了使學生能深層地理解、掌握和應用知識，提高知識的聯想與構建、遷移與應用能力等“深度學習”的要求。

2.創設真實有效的問題情境

“深度學習”要求學生必須面對并能夠解決實際問題，否則學習的結果很難外顯的證明，實際上所面對和需要解決問題的復雜程度一定程度上正是“學習深度”的體現和要求。由于化學實驗現象的多樣性和復雜性，應以開放的、自由、具有探索性的問題作為“深度學習”的支點。如在鐵的化合物教學中提出問題：(1)人通過不同途徑攝入的鐵元素可能為+2價，也可能為+3價。如何檢驗？(2)人攝入了三價鐵，如何使Fe3+轉化為Fe2+？(3)人攝入了二價鐵有利于補血，如何防止Fe2+轉化為Fe3+？學生在回答時不僅僅是做一些復制和粘貼的工作，需要充分研究鐵離子、亞鐵離子的性質、調查、反思以前的知識，用高級思維技能去深度挖掘和分析Fe2+和 Fe3+的性質，從而得出有根有據的結論，當然，會有很多種不同的答案。至此，既促進學生展開更深層次討論、爭論、探究，發現更重要的東西；也引導學生在這一過程中成為自主學習者，看到所學知識和自已的世界之間相互聯系。

需要說明的是，創設促進學生“深度學習”的問題情境應具備三個條件：第一，應該是真實問題，即是化學學習過程中面對物質性質及其變化的真實問題或是認識化學基本概念的認識矛盾、亦或是實驗過程中的異常現象需要解釋；第二，問題要有適切性，即與所學核心知識、化學核心概念有高度的關聯；第三，問題本身要能引發認知沖突，即問題要有思維張力，能引發學生的探究欲望和探究熱情。

3.持續、即時地反饋學生的學習情況

即時性反饋是指在特定的教學情景中,教師對于學生的行為表現給予即時反饋并作出評判的活動。在化學教學中持續反饋、及時反饋是引導學生深度反思自己的學習狀況并及時調整學習策略、促進深度學習的有效途徑。

在化學實驗過程中，即時性反饋可以引導學生深度參與。通過即時性評價提高學生實驗操作的科學性, 指明學生化學實驗異?，F象的探究點,凸顯思維的批判性,提升主動建構物質性質及其變化與實驗現象因果關系的生成度。

在化學基本原理教學過程中，即時性反饋可以給予學生深度引領。如教學氧化還原反應時，通過即時性評價學生氧化還原反應一組概念的掌握情況，可以實現知識引領、方法引領、思維引領、情感引領等。

在化學熱力學、動力學教學過程中，即時性反饋可以引導學生深度思考。在評價學生探究影響反應速率的因素規律過程中，可以促進學生深度思考分子有效碰撞模型的建構; 在反饋評價學生探究鹽類水解實驗過程中，也可以促進學生深度思考由具體到一般的抽象過程；在評價反思從化學平衡，到電離平衡，到水解平衡，再到溶解平衡的過程中，可以促進學生深度思考影響平衡移動的內因與外因。

在化學基本定律教學過程中，即時性反饋可以引導學生深度拓展。通過即時性反饋拓展學生元素周期律、質量守恒定律、能量守恒定律等基本規律知識，拓展學生基本運算技能、守恒思想以及周期性變化的思想、方法和思維。

參考文獻：

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[6]張發新. 談高三化學復習中“化學能量觀”知識結構的形成[J].化學教育,2014，(35).

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Vol.19, Sept. 2015

The Connotation and Implementation Strategy of “Deep Learning”

in Chemical Education

ZHANG Faxin

(Jiangning High School, Nanjing Jiangsu 211100)

Abstract:The paper analyzed the concept of “deep learning” brought up by domestic scholars, elaborated the connotation of “deep learning”. Analyzed the three connotation of deep learning: the deep learning is about the construction and formation of chemical basic ideas; the deep learning is the integration of “macroscopic, microcosmic and symbol”; the deep learning is the way to understanding chemical knowledge using critical thinking. And implemented effective strategy for students’ deep learning, including the construction of learning community, creating the real situation and feedback the learning result in time.

Key words:deep learning, connotation, implementation strategy

作者簡介：張發新，江蘇南京人，江蘇省南京市江寧高級中學正高級教師，江蘇省特級教師，主要從事中學化學教學研究。

基金項目：本文系江蘇省教育科學規劃“十二五”課題“終身發展理念下促進普通高中學生學習智慧生成的實踐研究”(立項編號：D/2011/02/316)成果之一。