情境探究教學建構深度學習的實踐探索

陶杰

摘要：以蘇教版選修3《物質(zhì)結(jié)構與性質(zhì)》專題4“分子的空間構型”教學為例，探討了在課堂教學中立足知識板塊的基礎起點，“情境、問題、知識、素養(yǎng)”四線并行，自主學習與深度學習交融耦合;擇取三維情境素材創(chuàng)設情境探究問題與評價驅(qū)動任務，建立認知模型，實現(xiàn)深度學習，形成學科素養(yǎng)。

關鍵詞：情境探究;深度學習;分子的空間構型

文章編號：1008-0546（ 2019）08-0030-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.08.010

一、問題的提出

2017年版《普通高中化學課程標準》（以下簡稱“新課標”）強調(diào)核心素養(yǎng)導向，彰顯學科特質(zhì)，倡導“教、學、評”一體化，在“課程基本理念”“教材編寫建議”“課程內(nèi)容”“教學與評價建議”和“學業(yè)水平考試命題建議”等環(huán)節(jié)中“情境”成為高頻關鍵詞，如下表1。

情境承載著使知識素養(yǎng)化的功能，是素養(yǎng)表現(xiàn)的平臺。情境教學是新課標倡導的教學轉(zhuǎn)變方向，探究式的深度學習是核心，實施情境探究教學是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要途徑。

二、情境教學與深度學習

情境教學“以美為境界、思為核心、情為紐帶，學生活動為途徑，周圍世界為源泉”，并提出了“激起探究一引起滿足一產(chǎn)生樂趣一形成內(nèi)發(fā)性動機”的四個環(huán)節(jié)[6]。知識本身不具有素養(yǎng)價值的全部功能，因此學習它的最好方法是在情境中。情境教學就是將問題解決融入真、美的境界，以情促思，通過任務驅(qū)動在探究活動中發(fā)揮知識的功能價值，達成素養(yǎng)目標。情境是知識的載體，問題生成的源泉，素養(yǎng)表現(xiàn)的對象，實施情境探究教學符合新課標理念，有利于激發(fā)內(nèi)在學習動機，發(fā)揮學習者的能動性，促進自主學習的形成。

深度學習是以理解學習為基礎，運用高階思維批判地學習新的思想和事實;能夠在知識之間進行整體性聯(lián)通，將它們?nèi)谌朐械闹R體系進行建構;能夠在不同的情境中創(chuàng)造性地解決問題;能夠運用元認知策略對學習進行調(diào)控，并達到專家學習程度的學習[7]。深度學習強調(diào)認知結(jié)構的理解、加工和重建，其內(nèi)涵是批判性思維和創(chuàng)造性遷移應用，對學習做出反思、評價和調(diào)控的一種學習方式。深度學習需要有基于深度學習的教學設計，創(chuàng)設激發(fā)學生高階思維的核心問題情境，將學習者帶入到深度學習模式中，在探究活動中解決問題，最終達到遷移應用的目的。

問題情境設計是實施深度學習的關鍵環(huán)節(jié)，是素養(yǎng)輸入和輸出的中樞，決定著素養(yǎng)發(fā)展水平和學習力增長的程度。情境設計的內(nèi)涵和外延要體現(xiàn)寬度、廣度和深度，既能讓學習者參與系統(tǒng)學習的研究歷程，又能感受到挑戰(zhàn)任務的深度體驗，促進高階思維。情境教學是深度學習的動脈，深度學習是情境教學的氣質(zhì)表現(xiàn)，探究是途徑，當情境探究教學與深度學習親密接觸、相得益彰時，核心素養(yǎng)就萌芽了。

三、情境探究教學建構深度學習的教學實踐

l.教材分析

“分子的空間構型”是蘇教版選修3《物質(zhì)結(jié)構與性質(zhì)》專題4第一單元第一課時的內(nèi)容。本節(jié)課教材內(nèi)容主要分為兩部分：其一，以CH4、BF3、BeCl2的空間構型為素材載體，從微觀結(jié)構（中心原子價電子特點）對常見的三種雜化軌道類型進行學習，借助于化學史實，向?qū)W生介紹了雜化軌道理論的由來和主要觀點。其二，運用雜化軌道理論解釋乙烷、乙烯和乙炔中碳原子成鍵特點和分子的空間構型，從而達到類比、對比、遷移和應用的目的。該部分知識既呼應了前面的知識：共價鍵類型（σ鍵和π鍵）;也為后續(xù)分析分子的極性提供理論基礎，起到承前啟后的作用。教材提供了直觀模型化方法思路，滲透了由抽象到具體并指導具體的思想方法。

2.設計思路

基于教材的編排特點和學生的學情，本節(jié)課以含碳物質(zhì)為主線，運用模型素材，設置問題情境，從宏觀感知模型結(jié)構到微觀探析空間構型，滲透對雜化軌道理論的理解、遷移和應用。教材中CH4、BF3、BeCl2中原子的雜化方式在課前借助于微課讓學生自主學習，課堂上主要以甲烷、乙烯、乙炔為研究對象，結(jié)合化學史完成淺層學習到深度學習的轉(zhuǎn)向，化學史用于發(fā)展學生的科學態(tài)度與社會責任素養(yǎng)。在“回望教材”和“評價任務”中升華到運用知識解決苯和石墨的空間結(jié)構，從而使知識更加系統(tǒng)化和結(jié)構化，發(fā)展科學探究和創(chuàng)新意識素養(yǎng)，感悟豐富多彩的物質(zhì)世界，教學設計流程如圖1。

3.情境素材擇取

東北師范大學鄭長龍教授認為化學學習情境除了激趣、激疑、激思功能外，還是化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺，素養(yǎng)表現(xiàn)的機會。他將化學學習情境按照新功能分為兩類：一類是建構性化學學習情境，其功能是通過化學知識和化學方法的建構，促進化學學科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展;另一類是遷移性化學學習情境，其主要功能是通過真實情境下的化學問題解決，為化學學科核心素養(yǎng)的表現(xiàn)提供機會[8]。基于此，本節(jié)課的素材選擇如圖2，教材素材和教學素材屬于建構性化學學習情境素材，主要承擔雜化軌道理論的建構;拓展素材屬于遷移性化學學習情境素材，為運用雜化軌道理論分析物質(zhì)的空間構型提供了作用對象;融人生活化素材，例如搭建氣球模型作為支架，便于學生理解雜化軌道的空間構型。由上述情境素材為載體構建情境探究教學，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

4.教學過程

教學環(huán)節(jié)1：建立物質(zhì)認識角度——空間結(jié)構的多樣性

[任務情境1]初識碳及其化合物（如圖3）

[教師活動]問題與思考：C原子與H原子結(jié)合形成的分子為什么是CH4，而不是CH2或CH3？ CH4分子為什么具有正四面體結(jié)構？

[學生活動]利用共價鍵知識分析甲烷分子式;用氣球模擬甲烷分子的穩(wěn)定空間構型，如圖4。

設計意圖：創(chuàng)設真實、具體且具有價值的問題情境平臺，感悟豐富多彩的物質(zhì)世界，將微觀結(jié)構具體表現(xiàn)為宏觀模型，從宏觀上認識常見含碳物質(zhì)的空間構型，并以此為主線展開教學，點明學習的主題，引發(fā)認知沖突，促進學生深度思考不同空間構型的形成原因，發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”的化學學科核心素養(yǎng)。借助于氣球模型，激發(fā)學生興趣，搭建腳手架，運用支架式理論，建構有意義的學習，類比發(fā)現(xiàn)甲烷的正四面體結(jié)構是物質(zhì)的一種自然取向，引導學生認識到化學是一門自然學科，反映出自然界中的一般規(guī)律，感受化學與自然的緊密聯(lián)系。

教學環(huán)節(jié)2：形成微觀探究思路——雜化類型的多樣性

[任務情境2]利用課前微課自學CH4、BF3和BeCl2的雜化類型

[學生活動]通過微課自主學習，完成以下學習任務，如表2。

設計意圖：構建自學情境，課前利用微課及任務單引導學生自主學習，發(fā)揮學生的能動性。微課中設計了雜化軌道形成過程的模擬動畫，生動逼真，有助于學生對抽象問題的理解和認識。課堂教學主要以甲烷中的碳原子雜化為例，以點帶面，解決學生在課前預習自學中的困惑，構建程序式分析問題方法，為下面乙烯、乙炔的深度分析作好鋪墊，達到螺旋式上升的目的。

[任務情境3]探究甲烷的分子構型

[教師活動]以甲烷為例，分析sp3雜化過程，如圖5和圖6所示。

[學生活動]用氣球模擬sp3雜化軌道的空間構型。

[評價任務1]分析甲硅烷（SiH4）的結(jié)構

甲硅烷（SiH4）的結(jié)構與甲烷相似。SiH4分子中Si的雜化方式是

;H原子的Is軌道與Si原子的

軌道重疊形成Si-Hσ鍵。

[任務情境4]化學史：雜化軌道理論資料（1931年，美國化學家鮑林L.Pauling提出）

[學生活動]從化學史資料中歸納雜化軌道理論要點。

[教師活動]以甲烷分子的雜化為例，結(jié)合化學史資料歸納雜化軌道理論要點：①能級相近的價電子軌道混合雜化;②雜化前后軌道數(shù)目不變;③雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變。

設計意圖：化學史可以介紹雜化軌道理論發(fā)展的歷程，展示化學家在揭示這一規(guī)律過程中的科學探究思維方法，傳遞科學家的科學研究態(tài)度、精神和品質(zhì)，是進行情感態(tài)度價值觀教育的一種重要途徑。將化學史以化學故事的情境呈現(xiàn)，融入雜化理論主要觀點和科學家的關鍵事件，讓化學史更具“科學味”“人情味”和“趣味性”，培養(yǎng)學生信息感知、捕捉與分析能力，發(fā)展科學態(tài)度與社會責任素養(yǎng)。

[任務情境5]運用雜化軌道理論分析乙烯和乙炔

[學生活動]制作乙烯的球棍模型，寫出乙烯的結(jié)構式，從原子軌道的重疊方式角度分析乙烯分子中的共價鍵類型;用雜化軌道理論解釋乙烯分子中5個σ鍵和1個π鍵的形成過程，如圖7;扎破一個氣球，用氣球模擬sp²雜化軌道的空間構型，如圖8。

[教師活動]引導學生分析雜化過程，點評學生的分析思路和書寫表達，建立模型化思維方法，如圖9和圖10。

[教師活動]引導學生嘗試應用雜化軌道理論分析乙炔分子的成鍵情況。

[學生活動]制作乙炔的球棍模型，寫出乙炔的結(jié)構式.從原子軌道的重疊方式角度分析乙炔分子中的共價鍵類型，用雜化軌道理論解釋乙炔分子中3個σ鍵和2個π鍵的形成過程，如圖11;再扎破一個氣球，用氣球模擬sp雜化軌道的空間構型，如圖12。

[教師活動]引導學生交流討論，診斷和檢測學生的遷移應用能力，借助多媒體輔助完善學生認知，如圖13和圖14。

設計意圖：B和Be原子的雜化具有一定的特殊性，乙烯和乙炔中碳原子的雜化過程更具普適性和代表性。結(jié)合自主學習，從甲烷的分子結(jié)構分析出發(fā)，進行深度學習教學設計，兩條學習線并行，殊途同歸，但又彼此呼應，如圖15。用B和Be原子搭建支架，設置具有一定臺階但符合學生認知能力水平的問題，將知識以探究性的形式呈現(xiàn)，讓學生體驗知識獲取的過程，在問題的解決中，通過類比、對比、遷移與應用，突出批判性思維和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。對所學知識進行深度思考，從而形成對知識的理解和應用，符合深度學習“聯(lián)想與結(jié)構、活動與體驗、本質(zhì)與變式和遷移與應用[9]”的四個特征要求。

教學環(huán)節(jié)3：遷移深化思維方式——解釋復雜的空間構型

[任務情境6]深度認識苯和石墨的空間構型

回望教材：閱讀教材46頁“苯分子中的共價鍵”和59頁“混合晶體”，試用雜化軌道理論解釋苯和石墨的結(jié)構。

[學生活動]運用雜化軌道理論，分組討論苯分子中σ鍵和π鍵，進一步認識苯分子中的鍵是介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊的鍵;交流石墨結(jié)構中大π鍵的形成，解釋石墨能導電的原因。

[評價任務2]分子中的大π鍵可用符號π表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為Ⅱ6），則吡咯（如圖16）中的大π鍵應表示為

。

[教師活動]指導學生應用雜化軌道理論解釋復雜的空間構型，實現(xiàn)順向遷移和深度理解。

設計意圖：“回望教材”既是對教材的回望，也呼應了本節(jié)課的問題情境，兼顧新舊知識的聯(lián)系，同時也是對舊知識的再審視，站在更高的位置換個視角看問題，促使學生反思原有結(jié)構模型的空間構型，深化對雜化軌道理論的理解和認識，穿越模塊壁壘，為其他模塊例如《有機化學基礎》的學習打下基礎。將評價任務融入到有意義的測試情境之中，變換視角，診斷學生情境關聯(lián)能力和素養(yǎng)達成水平。

四、實踐后的思考

1.情境探究教學促進教與學行為的嬗變

王磊教授認為：知識的功能價值只有在基于真實學習情境的豐富多樣的學科能力活動中才可能轉(zhuǎn)化為自覺主動的、合理的認識方式（認識角度、認識思路和思維方式），形成核心素養(yǎng)[10]。選擇合適的情境素材，建立基于深度學習的課堂教學情境平臺，創(chuàng)設真實問題情境下不同復雜和陌生程度的問題解決活動，例如：構建情境探究教學，轉(zhuǎn)變教師的教學方式，讓課堂活潑靈動，從“有意思”到“有意義”，從“有腔調(diào)”走向“有格調(diào)”;促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，在追求“生本、生命、生活”的基礎上，實現(xiàn)“生成、生動、生長”的化學課堂教學，將情境下的學習轉(zhuǎn)化為學生合作探究學習的內(nèi)驅(qū)力，實現(xiàn)順向遷移和曲線推進，促進課堂教與學行為的嬗變。

2.情境探究教學樹立素養(yǎng)為本的評價觀

在教學評測中樹立“素養(yǎng)為本”的評價觀，建立具有融合關系的情境線、問題線、知識線和素養(yǎng)線。圍繞評測目標，創(chuàng)設真實、有意義的測試情境，精心設計有梯度的一系列課堂評價任務，完成知識學習向真實情境問題解決的自然過渡和延伸，符合教學規(guī)律的邏輯結(jié)構，形成結(jié)構化的教學過程，診斷與反饋學生素養(yǎng)達成水平，真正實現(xiàn)新課程標準所要求的“教、學、評”一致性，激發(fā)高階思維，實現(xiàn)深度學習，在情境探究教學中促進學生化學學科素養(yǎng)的發(fā)展與提升。

參考文獻

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