化學教學中促進學生深度學習的實踐與探索

劉巖+張發新

摘要：在分析國內部分學者提出的深度學習觀點基礎上，闡述了化學教學中深度學習的主要特征、促進深度學習的化學教學核心要素，分析了化學教學中深度學習的功能價值。提出了化學教學中構建課堂學習共同體，引導學生深度學習、以體驗性活動激發學生深度學習、持續即時地反饋學習情況，指導學生深度學習的實施策略。

關鍵詞：深度學習；教學核心要素；功能價值；實施策略

文章編號：1005–6629（2015）9–0019–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

20世紀70年代起，建立在心理學、計算機科學、哲學、社會學及其他科學原理基礎上的新的學習科學逐漸形成，其中深度學習是新的學習科學中的重要概念。國內不少學者對深度學習作過研究[1～6]，目前，對于深度學習較為認同的觀點是：“深度學習是基于原有知識能力之上的、以學習者主動參與為前提、重視知識結構的建立和認知策略的元認知過程，以知識遷移和認知策略遷移解決實際問題為最終目標”。由此可見，深度學習意味著理解與批判、聯系與構建、遷移與應用、學習的積極與主動，它通過對學習機制的探索，創造了新的學習方式，最大限度地提高學生的學習效能。

1 化學教學中深度學習的主要特征

結合《普通高中化學課程標準（實驗）》對“課程性質”的描述，筆者認為化學教學中的深度學習有如下五個主要特征。

1.1 深度學習注重批判理解

化學教學常常要運用化學實驗幫助學生清晰觀察物質性質及其變化的相關現象。物質性質及其變化與多種因素相關，產生的現象多樣而復雜，要求學生對物質性質及其變化不僅要注意實事求是，還應保持一種批判或懷疑的態度，批判性地看待物質性質、變化，并深入微觀層面分析思考其原因，從而加深對深層知識和復雜概念的理解，盡量減少機械記憶等淺層學習的現象出現。

1.2 深度學習強調知識整合

化學學科發展與人類知識的發展有著非常深厚的淵源，化學與學生生活知識密切相關。因此，深度學習所強調的知識整合既是多學科知識的整合，也是化學知識與學生生活知識的整合，還包括新舊知識的整合，從而引起對新的知識的理解、長期保持及遷移應用。避免出現將新知識看成是孤立的、無聯系的單元來接受和記憶的淺層學習。

1.3 深度學習關注知識建構

化學知識有其內在的規律和結構，學生不僅要能夠從眾多的化學現象中獲取有用的信息，更要能夠將信息轉化為知識，深刻理解知識的意義，實現對知識的自主建構。

1.4 深度學習著意遷移運用

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，這樣，可以在相似物質及其變化情境中“舉一反三”，也能在新情境中分析、判斷差異并將化學基本觀念遷移運用。

1.5 深度學習強調面向實踐應用

結合學習內容聯系自然、生產、學生生活經驗和社會熱點問題，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，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。

2 促進深度學習的化學教學核心要素

基于以上對深度學習內涵和化學教學中深度學習特征的分析，從有利于創設促進學生深度學習的教學環境的角度看，促進學生深度學習的化學教學應著重落實三個操作性核心要素。

（1）真實。在真實的情境中，通過真實的實踐活動，面對真實的問題，學生積極主動參與、深入理解化學基本事實、基本規律、基本觀念，提高學生結構化化學知識的能力。

（2）反思。在化學教學活動中，通過學習任務的設置產生“驅動”、通過問題來啟發、通過“錯誤”來領悟、通過過程性評價及時反饋等策略，來促進學生對自身的學習過程和認識進行自覺反思，深化學生對“宏觀現象-微觀本質-符號表征”化學學科特有的思維結構的認識，培養學生的元認知能力。

（3）遷移。學生在已有知識經驗的基礎上建構“元素觀”、“能量觀”、“微粒觀”、“變化觀”等化學基本觀念，并遷移到對新物質性質及其變化的研究中，在積極主動應用中進一步發現新現象、新問題，感悟新知識，領悟化學知識的“生長”意義，提高學生化學知識實踐應用能力。

那么，深度學習在化學教學中的功能價值是什么？在化學教學中如何促進學生的深度學習？這些問題都需要在教學實踐中予以厘清。

3 化學教學中深度學習的功能價值分析

3.1 深度學習有利于學生化學基本觀念的形成與建構

所謂化學基本觀念是指“學生通過化學課程的學習，在深入理解化學學科特征的基礎上所獲得的對化學的總觀性認識，具體表現為個體主動運用化學思想方法認識身邊事物和處理問題的自覺意識或思維習慣”[7]。深度學習是一種有利于化學基本觀念建構的學習，是學習者獲得更為靈活的知識、更為深刻的理解的一種學習方式。

例如，能量觀的形成是在學習掌握元素及其化合物性質及其變化中，通過物質性質及其變化中化學能與其他能量轉化的實驗，及生活生產實際中化學能的應用等真實的情境，感受到化學能量觀的真實存在；在真實的問題情境中，師生圍繞關于化學能的轉化與轉移，通過反思等思維活動，經過縝密的思考和嚴謹的邏輯推理，找到化學變化中能量轉化與轉移等現象之間的聯系，并將零散的關于化學能的相關事實與知識組合成相關聯的整體，形成有意義的化學能量觀的知識結構。化學能量觀不是一個簡單的概念，具有豐富的內涵。對其理解需要經過遷移應用到解釋和預測物質的性質與用途、解釋影響化學反應速率的條件、了解物質鑒定的方法（利用物質發出的光和吸收的光可以鑒定是什么物質）、定量研究化學反應的熱效應等實踐活動，在事實積累和化學能量觀認識發展的交互過程中形成對化學能量觀內涵的深刻領會[8]。從而整體形成并建構自然學科中“物質”、“變化”和“能量”的內在聯系，引導學生形成從化學基本觀念的角度深度認識物質性質及其變化的思想方法。

3.2 深度學習有助于學生“宏觀-微觀-符號”三重表征的有機融合

學生對物質性質及其變化的認識一般經過從宏觀現象發展到微觀本質和符號表征的過程。由于宏觀信息易被學生接受和吸收，而微觀和符號信息由于具有抽象性和復雜性，學生難以理解和消化。這需要經過在真實的情境中針對物質性質及其變化，在分子、原子水平上進行反思等思維活動，對宏觀信息進行概括和抽象，形成對物質性質及其變化的微觀本質認識，深刻認識化學符號的意義性表征。繼而將獲得的對物質性質及其變化的“宏觀-微觀-符號”三重表征的知識遷移應用到新情境中，引導學生用開闊的眼界去理解物質性質及其變化，啟發學生從微觀本質上理解化學反應。

3.3 深度學習有益于學生對化學知識價值與意義的認識

深度學習要求學生在物質性質及其變化的真實情境中，對自身思維方式、學習方式、問題解決方式等進行批判性、反思性思維。同時，將已經理解的化學基本觀念遷移應用到物質性質及其變化的真實過程中，這既有益于引導學生體驗知識與自身、與自然、與人類社會的關系，也有益于啟發學生體悟內隱于化學知識最深層的意義與價值。

例如，鈉的化合物性質教學中，引導學生深刻理解化學知識價值與意義主要有三方面內容：

其二，化學史有益于啟發學生領悟，學習和研究化學科學要站在社會、人類的立場上去反思化學學科自身。

1791年勒布朗用食鹽、濃硫酸、石灰石、煤為原料制堿。缺點：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，又可作為化肥。缺點：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，大大提高了食鹽的利用率，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。但也存在缺點：較索爾維法而言，它的用氨量較大，在有些情況下不適用。

其三，通過鈉及其化合物知識在生產、生活中的遷移應用，引導學生不斷運用唯物辯證觀去審視物質性質的多樣與物質用途的多層次，體會化學學科的多元發展，建立起良好的社會責任感。

4 化學教學中促進學生深度學習的實施策略

4.1 構建課堂學習共同體，引導學生深度學習

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”[9]。“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”[10]。每個學生都是帶著他們獨特的知識、技能、情感、態度、價值觀等學習經驗走進課堂，它們是課程資源中不可缺少的部分，也是與他人進行有意義的對話促進深度學習的重要保證。挖掘并有效利用每個學生的獨特學習經驗，構建課堂學習共同體，創設真實的問題情境，在反思與遷移過程中，引導師生思維碰撞，通過學生與教師、學生與學生、學生與物質性質及其變化、學生與自我的對話，引導學生深度學習的形成和自主學習品質的提升。

例如，化學反應速率的引入。

[問題引入] CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+ H2O，怎樣定性觀察化學反應速率的快慢？怎樣定量表示化學反應速率的快慢？影響化學反應速率的因素有哪些？

[小組合作實驗-真實情境]觀察氣泡產生速率：（1）塊狀、粉末狀CaCO3分別與同濃度、同體積的稀鹽酸反應。（2）相同質量、相同形狀的小塊CaCO3分別與20℃、0℃（冰水）同濃度、同體積的稀鹽酸反應。（3）相同質量、相同形狀的小塊CaCO3分別與同體積的0.2 mol/L稀鹽酸和0.1 mol/L稀硫酸反應。

[問題討論-反思]科學的探討和應用中一個非常重要的工作就是統一標準，那么化學學科是怎樣統一化學反應速率的表示方法呢？

[共同探討問題-遷移應用]（1）研究化學反應速率有什么意義？在日常生活和工農業生產中有哪些應用？（2）請同學們做一次課外調查，寫一篇調查報告，調查5種以上食品的保存方法、保存期限，分析使用該保存方法的原因，題目自擬。

4.2 以體驗性活動激發學生深度學習

皮亞杰的認知論強調，個體所能獲得的知識很大一部分來源于感官的經驗，他關注系統的情境設計，通過創設真實的學習情境讓學生“身臨其境”地體驗學習。雙手、眼睛、耳朵、鼻子等感官的同時介入，會產生更具體、更明確的感知和體悟，并引發反思性思維活動。體驗性活動要求學生遷移所學的相關化學知識解決實際問題，這正是深度學習的體現和要求。由于化學實驗現象的多樣性和復雜性，應以開放的、自由的、探索性的問題作為體驗性活動的支點，組織學生開展實踐性學習，引導學生產生深刻體驗，讓體驗性活動成為知識轉化為能力的通道，成為激發學生深度學習的催化劑。

例如，在鐵的化合物教學中，在學生查找鐵的化合物在日常生活、醫藥衛生中如何應用的基礎上提出問題：

[問題]（1）人體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）人體攝入了三價鐵，如何使Fe3+轉化為Fe2+？（3）人體攝入的二價鐵有利于補血，如何防止Fe2+轉化為Fe3+？

[體驗性活動1]“琥珀酸亞鐵”是一種可用于治療缺鐵性貧血的藥劑（速力菲），藥片外表包有一層特制的糖衣，以保護其不被空氣中的氧氣氧化成三價鐵（三價鐵無治療貧血的藥效）。請設計實驗驗證某琥珀酸亞鐵藥片是否被氧化。提供試劑：氯水、稀硝酸、FeCl3溶液、淀粉-KI溶液、銅片、Zn粒、鐵絲、H2O2、FeSO4溶液、KSCN溶液。

[體驗性活動2]請用實驗檢測蘋果“生銹”與“鐵銹”的成分是否一樣。[蘋果“銹”與KSCN溶液作用不變色，蘋果“生銹”是果肉里的物質（酚和酶）與空氣中的氧氣發生了一系列的反應，生成咖啡色的物質]

[體驗性活動3]如何證明青磚與紅磚中分別含有Fe2+與Fe3+？

學生體驗性活動中的問題解決既促進了學生展開更深層次的討論、爭論、探究，發現更重要的問題，也引導學生在這一過程中成為自主學習者，看到所學知識和自身之間的相互聯系，激發了學生進行深度學習的興趣和熱情。

4.3 持續、即時地反饋學習情況，指導學生深度學習

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、即時反饋是指導學生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反饋實驗操作、觀察到的實驗現象、概括出的物質性質及其變化規律，指導學生深度參與知識建構；在對化學基本事實的比較、分類、概括、類比、歸納與演繹、分析與綜合等思維活動中，即時性反饋，凸顯思維的反思性，形成“宏觀-微觀-符號”認識復合體，提升物質性質及其變化現象與微粒結構以及微粒相互作用之間的因果關系的生成度；在遷移應用所學化學知識中，即時反饋學生知識應用中的偏差、不足、錯誤，引導學生深度運用預測、驗證、假設、理論模型等科學方法。

例如，在氧化還原反應教學時，通過即時評價學生對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；又如，在評價學生探究影響化學反應速率的因素過程中，可以促進學生深度思考分子有效碰撞模型的建構；又如，在反饋評價學生探究鹽類水解實驗過程中，可以促進學生深度思考由具體到一般的抽象過程；再如，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等。

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