基于深度學習的中學化學教學設計芻議

摘要： 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。依據學科核心素養的培養要求分析教學核心內容；了解學生的學習基礎和認知水平，確定切合于學生的學習要求；創設引導學生深入思考核心內容的問題情景，是做好基于深度學習的教學設計的三個重要環節。

關鍵詞： 深度學習； 化學教學設計； 學科核心素養

文章編號： 1005-6629（2018）7-0003-05 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

教育領域所討論的深度學習（深層學習）與機器學習研究的“深度學習”含義不同，它是對學習的一種理解模式以及依據這種理解模式所確定的一種學習策略。深度學習的概念是1976年瑞典歌特堡大學的費倫斯·馬頓和羅杰·薩爾喬在“學習的本質區別： 結果和過程”一文中首先提出的。他們在實驗研究中發現學生處理信息的方式有差異，將學習者按信息加工的水平分為深度水平加工者和淺層水平加工者，提出并闡述了深度學習和淺層學習這兩個相對概念[1]。多數研究者認為[2]，深度學習是一種基于理解的學習，是指學習者以高階思維的發展和實際問題的解決為目標，以整合的知識為內容，積極主動地、批判性地學習新的知識和思想，并將它們融入原有的認知結構中，且能將已有的知識遷移到新的情境中的一種學習。一些學者研究認為[3]，深度學習與淺層學習在記憶方式、知識體系、關注焦點及學習者的學習動機、學習投入程度、學習中的反思狀態、思維層次和學習結果的遷移能力等方面皆有明顯的差異。蘇州大學付亦寧對深度學習的內涵作了如下概括[4]： 深度學習是以內在學習需求為動力，以理解性學習為基礎；運用高階思維批判性地學習新的思想和事實；能夠在知識之間進行整體性聯通，將它們融入原有的認知體系進行建構；能夠在不同的情境中創造性地解決問題；能夠運用元認知策略對學習進行調控，并達到專家學習程度的學習。國外學者的研究還說明，對學生學習的測試，如果讓學生感到能復述學習內容是較好的學習方法，就會逐漸形成把注意力集中在文本本身，依靠死記硬背來完成學習的習慣，只能形成淺層處理學習內容的淺層學習方式。相反，需要對所學內容有較深刻理解與掌握才能夠正確解答試卷的測試，能使學生形成對學習內容有較高的深加工水平的深度學習策略[5]。

當前，我國基礎教育領域還比較嚴重地存在為考試而教的狀況。考什么教什么，緊緊圍繞著“三點一測”，即教學抓重點、難點、考點的歸納記憶，重在解題的訓練和測驗。這種教學設計、組織策略及形成性考試方式使教學內容碎片化，缺乏學習主題和知識結構，無形中給出的學習指向是： 按照“三點一測”的學習策略學習，可以獲得好的成績。長此以往，學生將形成并習慣于淺層學習，認知活動難以達到理解學習的水平；不能批判地看待知識和問題，缺乏反思能力；難以把新知識和已有知識聯系溝通，更新知識結構；更難以遷移到新的情境中解決真實問題。處于這種學習狀態，學科核心素養的發展難以實現。

在基礎教育領域的教學實踐層面上，應當倡導基于深度學習的教學設計，落實學生發展核心素養的培養。引導中、小學生在學習過程中學會深入思考、理解學習內容的內在含義，建構情境化、結構化的知識體系，促進高階思維，提高靈活運用知識解決實際問題的能力，學會學習。基于深度學習的教學，也許不可能讓中、小學生都“達到專家學習程度的學習”；但是，用深度學習的概念指導教學，對于幫助學生從圍繞考點學習轉向深度學習，促進教學質量的提高，促進學生學科核心素養的發展，是可以預期的。

倡導基于深度學習的教學設計，需要教師敢于打破單向灌輸的教學模式，勇于進行課堂轉型的探索，發揮教學的創造性。要從適應于淺層學習的教學設計轉向基于深度學習的教學設計，并不容易，需要教師在教學實踐中探索、總結。尤其要在教學內容的解讀，學生學習基礎、認知水平的了解，學習情境創設和學習問題的設計上做探索。下文以中學化學教學為例，就這些問題試作探討。

1 從學科核心素養培養的視角解讀學科核心內容，幫助學生在理解的基礎上學習

要設計出能引導學生深度學習、促進學科核心素養發展的教學方案，教師先要依據課程標準，整體分析、研究，把握核心的教學內容。

中學化學學科教學的核心內容，主要是對物質組成與結構，物質性質與化學變化，物質的制備、合成、創造及其研究方法和應用價值等方面的認知。具體地說，這些核心內容主要是： （1）從元素組成、分子結構特點了解物質的微觀結構，認識物質的組成、結構決定物質的性質，認識可以從物質的組成結構研究入手研究、解釋、預測物質的性質和變化，合成和創造新的具有特定性能的物質；（2）從實驗入手，學習物質的組成、結構特點，探究和辨識物質的性質（主要是化學性質）和變化（主要是化學變化），認識物質變化的現象、條件、規律性，能在原子、分子水平上理解、分析；（3）了解化學變化的方向、速率、機理，形成變化與平衡、量變與質變、物質變化與能量轉化的基本觀念；（4）了解化學科學的基本觀點、方法和思維方式；（5）知道化學科學在認識物質世界，合理利用自然資源，合成、創造物質，環境保護、維護生態平衡上的作用和價值。這些基礎核心內容，在深度、廣度上和人類迄今在這些領域已經掌握的知識相距甚遠，但基本上涵蓋了化學學科的基本觀念、基本思想、思維方式和研究方法，能對發展學生跨學科的關鍵能力（包括學習能力、思維能力、探究能力、創造能力）和必備品格（如合作精神、科學精神、社會責任感）提供支撐。

在教科書中，這些學習內容主要以元素化合物的組成、結構、性質、合成和應用的知識及化學原理知識作為載體呈現的。這兩部分知識，大多是由一系列或若干顯性知識單元按一定邏輯結構組合而成。但是，這些顯性的知識并不等同于學習的核心內容，它們只是核心內容的基礎，是發展學科核心素養的載體。深度學習，不能以顯性知識的難點、重點、考點的掌握為中心，以應付測驗、考試為目標；要在整體分析、研究教學核心內容的基礎上，把顯性的化學知識和隱含著的觀念方法、思維能力培養和價值觀教育的內容整合起來，設計出能引導學生對學習內容做深度思考的教學活動。

在中學化學課程中，由于學生認識需要循序漸進、逐步提升。元素化合物組成、結構、性質、變化和用途的有關知識和化學原理知識往往安排在不同階段學習。例如，雖然化學反應原理中有關化學反應發生的原因、條件、變化速率、反應進行的程度、反應方向等問題的學習，物質結構和性質知識的學習，到高中有關選修模塊才有系統安排；但是，在不同學段的具體的元素化合物的性質學習中都會有所涉及。如果只重視文本所呈現的物質性質、變化知識的記憶，不用問題激發對所涉及的化學原理的思考和認知欲望，學習就會停留在機械記憶的淺層水平上，不會產生“知其然，還要知其所以然”的探究欲望，也談不上科學素養的形成。要用適合于學生認知水平的有深度（不是有難度）的問題的思考，了解這些知識所蘊含的化學原理、化學觀念和思想，體會知識產生的方法、思維方式和應用價值。使學生通過學習發展化學學科核心素養，形成跨學科的關鍵能力、必備品格，獲得科學價值觀的教育。例如，在高中糖類和葡萄糖的教學中，可以通過下列問題，組織學生交流討論，開展深度學習： （1）歷史上，人們認為葡萄糖、蔗糖、淀粉、纖維素都是碳水化合物，現在則認為它們同屬于糖類，你認為哪種分類更能反映事物的本質？（2）你能依據下列事實，分析確定葡萄糖的組成和分子結構嗎？1mol葡萄糖完全氧化為二氧化碳和水，需要6mol氧氣；葡萄糖可以發生銀鏡反應；葡萄糖可以還原為己六醇；葡萄糖和醋酸可以發生反應生成葡萄糖五醋酸酯。（3）葡萄糖與果糖是同分異構體，果糖不是多羥基醛而是多羥基酮，你能推測果糖的分子結構嗎？葡萄糖有多種立體異構，天然葡萄糖可以被人體吸收利用，其他的立體異構體卻不能被人體吸收利用。你對“物質結構決定物質的性質”這一論斷有什么新的體會？又例如，初中化學“燃燒”有關內容的學習，包括認識什么是燃燒現象、燃燒的條件、完全和不完全燃燒、緩慢氧化和燃燒引起的爆炸、防火和滅火等知識。這些知識的背后蘊含著化學反應基本原理及研究化學變化的基本觀點和方法： 化學反應發生的內因和外因，化學反應的發生需要一定的條件，反應條件對反應的快慢（劇烈程度）和反應進行程度的影響，化學反應對社會生產、生活的利和害，可以通過控制條件來控制化學反應以趨利避害。因此，“燃燒”的教學不應該停留在對燃燒知識的淺層認識上，只會識記若干顯性知識，而要揭示燃燒現象背后所蘊含的化學原理、化學研究方法、化學科學價值。

在系統的有關化學原理內容的學習階段，則應注意創設真實生動的物質及其變化的情境，聯系、溝通元素化合物知識和化學原理知識，體會化學原理知識對于認識、說明、解釋物質及其變化的價值，學會靈活運用化學原理解釋、解決物質性質、變化的化學實際問題。對化學原理的學習，也不能停留在文本知識的學習上，只重視概念的辨識、記憶，原理、規律的梳理、歸納和記憶，不和有關的物質及其變化的實際溝通聯系，對原理知識產生的探究過程不了解，缺乏深度的思考，也只能停留于淺層學習上。不可能認識化學原理知識中隱含的化學觀念、思想、方法和思維方式，要遷移應用所學原理知識，解釋說明或解決陌生情景下的物質及其變化的問題就會發生困難。例如，學習氧化還原反應、離子反應的原理知識，不僅僅只是建立有關氧化還原反應、離子反應的概念，學習如何辨識、描述氧化還原反應、離子反應，學會分析氧化還原反應中元素化合價的變化和電子轉移方向和數目，學習分析電解質溶液間發生離子互換反應的條件……更應該幫助學生聯系具體物質間的反應，在理解基礎上更深層次地思考化學反應的問題。例如，思考在一定條件下某些物質之間能發生氧化還原反應或離子反應的原因，認識氧化還原反應和離子反應的方向、限度，了解反應物之間的數量關系及其決定因素，認識研究氧化還原反應、離子反應的價值，體會、領悟研究化學反應原理的基本觀點和方法，知道從反應物的組成、性質、微觀結構分析或說明反應發生的原因和條件，從質和量兩方面分析研究反應發生的規律，懂得正確規范地運用化學符號和化學用語、圖表、數據描述、說明反應的本質特征和規律。

2 深入了解學生的學習基礎和認知水平，依據教學質量標準，準確把握學習標準，確定深度學習的要求

深度學習，不是目的，是策略，是為了學生的發展。深度學習，需要接受、認同新知識，也要調整、更新原有的經驗與認知結構，完成同化和順應的雙向建構。新知識的教和學能與學生已有知識經驗匹配、契合。只有深入了解學生具備了哪些認知基礎和學習能力，才能設計出既符合學業質量標準又和學生學習水平相適應的學習問題，引發學生的深度思考。人們常說，教學的要求要使學生跳一跳夠得著，設定的高度，要和學生的基礎和能力相適應。一般說，課程標準的內容要求（2011年課標稱之為學習標準）、學段的學業質量要求是適應于該學段學生的基礎和學習能力的。但是，在整個學段中，學生的學習基礎、學習能力是個變量。在整個學段的哪一個時機運用深度學習的策略，需要權衡。

深度學習，不能一蹴而就。比如，從初三到高中學習，學生對三價鐵鹽與堿溶液反應的認識，經過了三個階段的逐步提升的過程，才能深入認識反應的本質。在初中階段，學習堿溶液的化學性質，通過實驗觀察可以知道氫氧化鈉溶液和三氯化鐵溶液作用生成沉淀。但是，如果要學生從實驗現象自己思考、推測得出生成的沉淀就是氫氧化鐵，得到堿溶液能和鹽溶液反應，生成新鹽和新堿的結論，認識三價鐵離子轉化為沉淀的原因，就超越了學生的認識基礎。學生雖然知道氫氧化鐵是堿，但是不可能從實驗觀察和推理知道生成的沉淀是氫氧化鐵，更不可能理解反應的機理和本質。這時只能利用化學家分析實驗生成的棕色沉淀的組成（化學式），讓學生從反應形式上推測反應物怎么轉化為氫氧化鐵沉淀，通過分析、歸納，得出氫氧化鈉溶液和三氯化鐵溶液反應可以生成新的不溶性堿——氫氧化鐵的結論。再通過其他實驗的分析，概括出堿和鹽溶液反應的規律。在高中階段，學習了離子反應的概念，才能認識到三價鐵離子和氫氧根離子在溶液中可以結合成難溶性的氫氧化鐵沉淀；學習了溶度積的概念后，學生可以從鐵離子濃度、氫氧化鐵的溶度積，計算出使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀所需要的氫氧根離子濃度，從計算結果發現，鐵離子在pH 3～4的溶液中就可以開始生成氫氧化鐵沉淀，并非一定要在堿性溶液中才可能發生。從實驗和計算推理得到結論，學生會認識到需要糾正自己在學習堿溶液和三價鐵鹽作用時產生的片面認識，從而更新認識，完成同化和順應過程，形成了新的知識結構。

不考慮學生的學習基礎和學習能力，超越課程標準或者超越學習的階段提出不適當的問題或要求、違背學生的心理發展規律，不是深度學習的本意，還會挫傷學生學習的熱情，甚至連淺層次的學習水平也難以達到。單元的核心內容學習如此，某個問題的學習也同樣。教學實踐的實例，說明學習必須循序漸進，只有從學生的學習基礎和學習能力的實際出發，在適當的學習時機，運用適當的問題情境，引發學生的深度思考和探究，才能達到理解學習，發展學生高階思維能力的效果。

3 創設引導學生深入思考核心內容的問題情境，促進學生高階思維的發展

深度學習的教學設計，必須創設能激發學生深入思考學習內容、探索核心問題的學習情境，引導學生學會在理解的基礎上學習，聯系新舊知識，深度思考和加工知識和信息，提高新舊知識、多學科知識和多渠道信息的整合能力，建構知識。

初中化學教師在講授燃燒的條件時，都會指出可燃物、接觸空氣（氧氣）、可燃物的溫度達到著火點是燃燒的必要條件。不少學生依據原有的生活經驗，認為給可燃物點火才是引發燃燒的條件。對“可燃物的溫度要達到著火點，才能引發燃燒”感到抽象、難以理解。因此，必須設計能激起學生原有經驗和新知識的沖突問題，引起學生深度思考和反思，完成同化和順應的心理過程。可以設計如下三個問題： （1）可燃物在不點火的情況，是否一定不會引發燃燒？在生活經驗中能找到不經點火，可燃物會發生燃燒的事例嗎？（2）可燃物點火后引發的燃燒和不經點火發生的燃燒，發生的原因本質上相同嗎？為什么？（3）點燃不同的可燃物，要用不同方式點火，例如劃根火柴可以立即引燃紙張，要引燃一塊煤，卻要用燃燒的木塊來慢慢地加熱，為什么？學生找到了這些問題的答案，就不難明白點燃與否，并非燃燒的必要條件，只要環境能給可燃物提供熱量，使它的溫度能升高到某一點，就會引發燃燒；不同的可燃物點燃所需要的熱量不同，要用不同的點火方式引燃，就是因為引發燃燒所需要的最低溫度（即著火點）不同[8]。在理解基礎上的學習，不僅能牢固掌握知識，完成了知識的建構，更重要的是提升了高階思維能力。如果只是照本宣科，讓學生觀看教師驗證三個必要條件的實驗，要求學生機械記憶燃燒三條件，似乎也可以完成教學任務，但這種教學只能讓學生處于淺層學習水平。由于僅經歷了淺層學習，

許多學生會一直誤認為： 要使可燃物燃燒，就要降低它的著火點；要防火，就要提高可燃物的著火點。更有一些學過初中化學的成年人，一遇到火災，不問情況，不做調查，以“沒有人放火，怎么會發生火災”為由，立馬斷定有人放火，非抓個縱火犯不可。

高中化學離子反應概念的學習，同樣要通過精心設計，讓學生在觀察、思考，聯系已有的知識、經驗，通過想象、分析、歸納、概括達到理解學習。比如，用稀硫酸中和含酚酞指示劑的氫氧化鋇溶液，同時測定氫氧化鋇溶液在中和過程的導電性變化[9]。讓學生觀察、思考滴定過程中反應溶液顏色、狀態、導電性的變化，通過想象、分析、推理，在思考下列問題的同時，建立離子反應概念： （1）滴加了酚酞的氫氧化鋇溶液，呈什么顏色，此時電流計指針指示的溶液導電性如何？據此，可以推斷，溶液中含有什么離子？氫氧化鋇在溶液中以什么狀態存在？（2）滴定管中的硫酸在溶液中以什么狀態存在？溶液中存在什么離子？你推斷的依據是什么？（3）在中和滴定過程中，隨著硫酸溶液的滴加，反應溶液的顏色是怎么變化的？導電性是怎么變化的？反應液的狀態發生什么變化？這些變化說明溶液中構成物質的各種微粒的運動狀態發生了什么變化？（4）歸納、概括以上分析，你認為硫酸和氫氧化鋇溶液的反應是由于哪些微粒間的作用而發生的？學生在生動的實驗情境中通過對這些問題的思考，自然會理解電解質溶液中的反應是有離子參加的反應，體會到用離子方程式描述發生的反應能反映反應的本質，領悟到要從反應物溶液中存在哪些離子入手，判斷哪些離子可以發生相互作用。這種學習過程，學生經歷了深度思考、新舊知識的整合、知識結構的更新，高階思維和知識遷移應用能力得到提高。

總之，基于深度學習的教學： 首先，教師要深刻理解學科的核心內容、理解學生的學習，從整體上設計與實施教學過程；其次，學生要認識到學習不是為了記住文本知識，只會依照范例解答問題，而是需要理解知識中所蘊含的觀點、思想、研究方法和思維方式，形成遷移、靈活應用所學知識，回答或解決新情境下陌生問題的能力。基于深度學習的教學過程是師生共同成長的過程，師生是學習的共同體。在學生還不具備深度學習的習慣和能力的情況下，教師的教學設計和引導，會更顯得重要。教是為了不再需要教，學生達到了“專家學習程度的學習”，基于深度學習的教學也就成功了。

參考文獻：

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[8]王云生. 課堂轉型與學科核心素養培養——中學核心課堂教學探索[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 7～10.