基于問題群促進學生深度學習的教學實踐

張玉勇　丁秋武　張義平　鄭良凱　於海情　楊淑君　李躍

摘要：以“乙酸”新授課為例設計教學，將情境、問題、活動、知識、評價和素養(yǎng)六個方面整合統(tǒng)一。根據知識內容特點，確定并發(fā)展與之對應的素養(yǎng)維度。以實驗探究、演示實驗、模型拼接和有效問題群相結合實施“乙酸”教學，以生活中的兩個真實情境為紅線貫穿整個教學過程。首尾呼應，引領學生感受生活，理解化學，學生掌握知識的同時，進行了有效的深度學習，既提升了素養(yǎng)，又訓練了思維。

關鍵詞：核心素養(yǎng);問題群;深度學習;思維課堂;乙酸

文章編號：1008-0546（ 2019）08-0068-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.08.022

在當前背景下，學科素養(yǎng)的培養(yǎng)在很大程度上需要通過深度學習來實現(xiàn)。深度學習，就是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得學生未來自主發(fā)展的有意義的學習過程。在這個過程之中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀、成為既具獨立性、批判性、創(chuàng)造性，又有合作精神、基礎扎實的優(yōu)秀學習者，成為未來社會實踐的主人。深度學習為切實改變當下學科教學中出現(xiàn)的機械學習、碎片化學習和淺層學習等弊端提供了可行的學習方式。那么教師怎樣去設計促進“深度學習”的教學呢？本課題組經過長期的探索與實踐，認為基于真實情境的“問題群”教學是一種不錯的選擇。

問題是思維的引發(fā)劑，以“問題”為載體，教師為學生創(chuàng)設“原始”的、“實際”的真實情境，將學生需要學習的學科知識隱含于問題解決的過程之中，并以此為主線，按照問題內部的邏輯關系，環(huán)環(huán)推進，從而統(tǒng)領整個教學過程。所謂“問題群”，就是針對某一教學主題，從不同角度設計并列或遞進的多個問題，或是在某一教學過程中設計一系列問題。它是根據不同層次的學生，每堂課的教學目標，教學內容和教學重難點，擬定有內在關聯(lián)，邏輯性強的“一系列”問題，并將為何設計這樣的疑問，如何尋求解決問題的方法等貫穿課堂教學的始終，清晰地展示“置疑一質疑一探究一釋疑一反思一應用”的教學過程[1]。通過對“問題群”中不同層次問題的逐個解決，獲得知識，提升能力，引導學生學思結合，推進學習持續(xù)深入，并讓不同層次的學生都獲得發(fā)展，學會把問題探究結果轉化為合理的知識結構，實現(xiàn)知識的連續(xù)建構與學習的有效遷移。本課題組以人教版化學必修2“乙酸”教學為例，通過兩個真實的問題情境，設置了兩個問題群的教學，激發(fā)了學生的學習熱情，讓學生在解決問題的過程中體驗了成功的喜悅，取得了良好的課堂教學效果。

二、基于學科核心素養(yǎng)的“乙酸”教學設計

1.背景分析

乙酸是學生在高中階段學習的重要有機化合物。本節(jié)內容是以初中所學乙酸的用途為知識增長點，而從知識內涵和乙酸的分子結構特點上看，乙酸既是烴類和乙醇知識的鞏固、延續(xù)和發(fā)展，又是學好酯類化合物的基礎，故本節(jié)課不僅是本章的重點，也是高中有機化學學習的重點。

2.設計思路

在教學設計中，將情境、問題、活動、知識、評價和素養(yǎng)六個方面整合統(tǒng)一。根據知識內容特點，確定并發(fā)展與之對應的素養(yǎng)維度。素養(yǎng)的形成和發(fā)展與真實情境密不可分，正是在真實的情境和真實的學習中，知識得以創(chuàng)造，素養(yǎng)得以發(fā)展[2]。情境的選取要關注情境的真實性、關聯(lián)性、問題性、過程性等特征（如圖l所示）。創(chuàng)設情境，圍繞情境合理設計問題，問題的設計要關注問題間的邏輯結構，問題的思維層次等。鼓勵學生主動參與，深入思考，在各項活動中學習廣義知識。根據學生參與活動的表現(xiàn)，即時評價，評估學生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。

我們根據“乙酸”一課的內容特點，確定著重發(fā)展學科核心素養(yǎng)中的三個維度，即：“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”。以此為導向，我們提出了兩個真實情境：“被魚刺卡住，喝醋有效嗎？”“食醋能解酒嗎？”圍繞每個真實情境，各提出了五個具體的問題，形成了以真實情境為導向的問題群。第一個問題群主要是乙酸分子的結構、物理性質、弱酸性的學習;第二個問題群主要包括乙酸乙酯的制備、產物提純、實驗注意事項、酯化反應概念和斷鍵方式的學習。兩個問題群，共設計了三個學生活動，一是學生分組實驗，通過乙酸和鹽酸同時與鎂條反應的對比觀察，得出乙酸是弱酸的結論;二是觀察改進實驗，在教師的引導下，觀察乙酸乙酯制備的改進實驗，分析改進裝置的特點，藥品添加順序，飽和Na2C03溶液的作用，以及分析產生“三色環(huán)”現(xiàn)象的原因;三是學生動手拼接模型實驗，通過對制備乙酸乙酯的球棍模型的拼接，讓學生感知乙酸的斷鍵方式，進一步加深對酯化反應概念的理解。同時，在各個環(huán)節(jié)及時評價學生的表現(xiàn)，判斷學生核心素養(yǎng)三個維度所達到的水平。

3.教學過程

【師】生活中的很多問題與有機化學知識密切相關，比如說這樣的兩個問題：

【PPT】問題1：吃魚時，喉嚨被魚刺卡了，有人建議喝些食醋，這樣做有效嗎？

問題2：鳳凰網報道（2011.11.07），食醋可以解酒，原理是酒中的乙醇與食醋中的有機酸反應，因而降低人體內乙醇的濃度，此報道可信嗎？

【師】要想回答這兩個問題，必須深入了解食醋的主要成分——乙酸的結構和性質。這節(jié)課我們一起來探討生活中常見的第二種有機物——乙酸。

【設計意圖1】以問題情境為素材，“問題”為學生提供了一個交流、合作、探索的平臺，生活化的真實情境是重要的教學情境，旨在激發(fā)學生濃厚的學習興趣，引導學生積極思維。

【板書】第二課時乙酸

【師】向同學們展示一瓶乙酸，找一名同學聞一下乙酸的氣味。

【生】用手輕輕扇動，聞氣味。刺激性氣味！

【師】再次展示一瓶剛從冰箱保鮮層取出的乙酸，打開瓶塞，瓶口向下，請同學們觀察，并解釋原因。

【生】瓶內的乙酸已經變成了像冰一樣的晶體，并沒有流出;因為乙酸的熔點只有16.60C。“冰醋酸”因此而得名。

【師】如何取出瓶內固態(tài)的乙酸？

【生】水浴加熱。

【師】我們已經學習了“乙酸的物理性質”，并不能解決剛剛提出的兩個生活中的問題，要想完成這樣的兩個問題，需要我們進一步學習“乙酸的化學性質”。而化學性質是由結構決定的，下面我們學習乙酸的分子結構。

【師】展示乙酸分子的球棍模型，與乙醇分子的球棍模型相比較，有何不同？

【生】乙酸分子球棍模型中，除羥基外，比乙醇分子模型多了碳氧雙鍵，少了兩個碳氫鍵。

【師】乙酸分子中的“-COOH”原子團是乙酸的官能團，稱為“羧基”，乙酸的化學性質主要由羧基決定。

【設計意圖2】模型教學使知識直觀化、生動化，學生從空間上掌握了乙醇和乙酸兩種分子的結構特點，降低了學習難度，加深了學生對官能團概念的理解，培養(yǎng)了學生濃厚的學習興趣。

【師】在前面的學習中，我們已經學習了乙酸是弱酸，在水溶液中可部分電離出H+。

【板書】乙酸的化學性質：

1.酸性CH3COOH=CH3COO- +H+

【師】請大家根據所提供的藥品和儀器設計實驗方案：①證明CH3COOH有酸性;②進一步證明CH3COOH是弱酸。

【PPT】實驗藥品及儀器：Imol·L^-1CH3COOH溶液、Imol·L^-1稀鹽酸、Na2C03溶液、NaOH溶液、石蕊試液、酚酞試液、CuS04溶液、去膜鎂條;培養(yǎng)皿、lOmL量筒、滴管、試管。

【教師點撥】設計實驗方案要遵循以下原則：①原理科學;②便于操作;③現(xiàn)象明顯;④綠色環(huán)保;⑤簡約安全。

【師】證明乙酸的酸性實驗方案有哪些？

【生】a.向裝有少量乙酸溶液的試管中滴加2-3滴石蕊試液，若溶液變紅色則證明乙酸溶液呈酸性;b.向裝有少量乙酸溶液的試管中滴加1滴管Na2C03溶液，若有氣泡產生則證明乙酸溶液呈酸性……

【師】大家的回答都非常到位，思路清晰，過程完整。下面大家思考一下，我們前面提到的生活中的第一個問題能否解決？并作出解釋。

【生】能。乙酸能與Na2C03溶液反應，那么它也應該能與魚刺的主要成分CaC03反應，它們都是碳酸鹽。

【師】向大家展示用食醋浸泡過的帶有魚刺的魚骨架（圖3C），請大家用手感觸一下魚刺的軟硬程度。

【生】魚刺很軟！

【師】如果魚刺較小，情節(jié)不太嚴重，適當喝些食醋，是有效果的。如果情節(jié)較重，還是盡快看醫(yī)生。

【師】怎樣進一步證明乙酸是弱酸？

【生】一般是根據強酸制弱酸原理來設計方案。

【師】但是所提供藥品沒有醋酸鹽。

【生】那就用所提供藥品中的Imol.L^-1CH3COOH溶液、Imol.L^-1稀鹽酸與鎂條反應，觀察實驗現(xiàn)象。

【師】實驗操作時還需注意什么事項？

【生】要把兩條等大除去表面氧化膜的鎂帶同時放入等體積的兩種酸溶液中。

【師】這種方法叫控制變量法。大家各取lOmLImol.L-l鹽酸和Imol.L^-1CH3COOH溶液于等大的培養(yǎng)皿中做對照實驗。

【生】分組進行實驗，觀察現(xiàn)象，填寫學案。

【師】大家觀察到了什么現(xiàn)象，能得出什么結論？

【生】在Imol.L^-1稀鹽酸中的鎂條表面產生的氣泡多，鎂條游動的速度更快。結合前面的實驗，我們小組認為酸性的大小為：HCl>CH3COOH>H2C03。

【板書】酸性強弱：HCl>CH3COOH>H2C03

【設計意圖3】通過學生自主探究實驗情境的創(chuàng)設，一方面學生結合教師所講知識能及時方便地動手實驗驗證課本知識，另一方面，學生通過自己動手設計實驗，操作實驗，接觸儀器，促使自己積極思考、學會了與同學合作交流，也學會了探究的方法，形成了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與實踐能力，構建了自己的思維路線圖，經歷了思維生長的過程，在有限的時空內訓練了自己的思維。

【師】我們要想回答第二個生活中的問題，需要學習CH3COOH和C2H50H發(fā)生化學反應時需要滿足的條件。

【師】展示改進實驗裝置（圖2B），與課本P75裝置圖（圖2A）相比，有何不同？

【生】該裝置中用圓底燒瓶代替了大試管，在長導管的末端增加了一個球形干燥管。

【師】改進后的裝置有哪些優(yōu)點？

【生】可以在發(fā)生裝置中加入更多的原料，得到更多的產物，還可以防止倒吸，提高了安全性。

【師】我們給事先裝有乙醇、濃硫酸、乙酸和沸石的發(fā)生裝置加熱，先小火加熱，使其充分反應，再大火加熱蒸出產物，用裝有飽和Na2C03溶液的小試管收集產物。在飽和Na2C03溶液上方收集到了油狀液體，找同學聞一下該液體的氣味如何？

【生】用手輕輕扇聞，具有比較強烈的刺激性氣味！

【師】乙酸與乙醇在加熱和有催化劑的條件下反應，生成的應該是具有水果香味的乙酸乙酯（ CH3COOC2H5），我們收集到的油狀液體為什么是刺激性氣味呢？

【生】蒸出乙酸乙酯時，溫度比較高，乙酸和乙醇可能也有部分蒸出，所以油狀液體的氣味不是單一的水果香味，而是混合氣體的刺激性氣味！

【師】油狀液體既然是混合物，用什么試劑可以證明混合物中含有乙酸？

【生】石蕊試液。

【師】演示：使上層收集有油狀液體的小試管傾斜45°角，輕輕加入一滴管石蕊試液，慢慢豎起，請大家觀察實驗現(xiàn)象。并解釋原因。

【生】哇！好漂亮！在兩種液體的界面處出現(xiàn)了“紅、紫、藍”三色環(huán)現(xiàn)象（圖3A）。說明石蕊試液的密度比油狀液體的大，比飽和Na2C03溶液的小，所以，中間的紫色是石蕊的顏色;紫色石蕊與油狀液體接觸變紅，說明油狀液體含有酸性物質：乙酸;與下層堿性的飽和Na2C03溶液接觸，所以變藍。

【板書】

濃硫酸

CH3COOH+C2H50H= CH3COOC2H5+H20

【師】該反應的生成物中，除乙酸乙酯外，還有水，如果把水分子看成由氫原子和羥基構成，那么，羥基到底來自哪種反應物？如何斷鍵，怎樣證明？請大家用乙酸和乙醇的球棍模型來拼接該反應可能發(fā)生的過程。

【師生分析】羥基有可能來自乙酸中羧基中的羥基，也有可能來自乙醇中的羥基，所以有兩種斷鍵的可能：①酸脫羥基，醇脫氫;②醇脫羥基，酸脫氫。（如圖3B）為了證明是哪種斷鍵方式，我們可以采用給乙醇中的氧原子做標記的方法，如果酯化反應時乙醇分子中的氧原子用'80來標記，通過精密儀器檢測'80是在生成的乙酸乙酯中，還是水中，就可證明。科學事實證明，斷鍵方式是按照第一種情況進行的。我們把這種方法稱為“同位素示蹤法”。

【設計意圖4】學生階段所經歷的大大小小的考試，主要就是對其記憶力和邏輯思維能力的考查。尤化學教與學2019年第8期其是邏輯思維能力對人的發(fā)展更是至關重要。那么邏輯思維能力的提高，我們必須立足課堂，著眼未來。本節(jié)課的實驗改進、產物驗證和斷鍵方式猜想無一不是對學生邏輯思維能力的提升。讓學生在知其然的基礎上知其所以然，在學習知識的同時，也使其思維強度得到進一步的錘煉。

【師】酯化反應屬于什么反應類型？

【生】取代反應。可以看作乙醇中的乙氧基把乙酸中羧基上的羥基取而代之。

【回應第二個問題情境】由我們所學可以看出，乙醇與乙酸在加熱和濃硫酸作催化劑的條件下，才順利地反應生成了乙酸乙酯，而在人體內的環(huán)境下，是達不到這樣的條件的，反應很難發(fā)生。所以，人醉酒之后喝食醋的說法是沒有科學依據的。

三、反思與建議

教育的目的是提高學生的思維能力和學科素養(yǎng)。這就要求一線教師充分理解、熟悉教材，找準適當?shù)恼鹿?jié)內容，并以此為素材，依據學情，設計成包含不同層次問題的問題群，通過教師環(huán)環(huán)相扣的問題群設置，抽絲剝繭，沿波討源，調動學生思維，使其思維習慣得以優(yōu)化，思維層次得以深化，思維品質得以提升。這種教學方式也使得教師教學認識不斷豐富和優(yōu)化，是一個教與學雙方良性互動、彼此生成、共同發(fā)展的過程。

這樣既加大了教師的備課強度，也對教師的能力提出了更高的挑戰(zhàn)。為了讓學生在化學課堂上學有所得，掌握知識的同時提高能力，感受化學的同時訓練思維，對中學教師常規(guī)教學提出兩條建議，與大家共勉。第一，重視教材實驗教學。化學作為一門基礎自然學科，是以科學實驗為基礎的，實驗是培養(yǎng)學生思維能力和實踐能力的重要載體，尤其是實驗方案的多樣化，更是化學有別于其他學科得天獨厚的優(yōu)勢，可以成為提升思維能力的頂級資源，這就要求教師們積極地躋身于化學實驗的改進與創(chuàng)新之中，多開發(fā)思維容量大、經濟環(huán)保、操作安全的微型實驗或探究實驗，使學生在實驗過程中鞏固知識和啟迪靈感，進一步理解化學反應的本質和規(guī)律，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。第二，優(yōu)化教學過程。科學是一種過程。學生科學知識的獲得，能力的提高，思維品質的提升都直接來源于課堂教學過程。因此，教師要根據學生自身固有的認知心理特征，在課堂上要積極探索培養(yǎng)學生的問題意識，科學地設置問題。有人說，提問就像砍大樹，先從容易的地方下手，再砍堅硬的結疤處，這樣問題就容易解決。面向全體，鼓勵人人參與到問題解決過程中來，使學生以飽滿的熱情、積極的心理參與進來，認真思考、踴躍發(fā)言、合作交流、勤于動筆、分析問題、解決問題，最終經過老師對迷思概念的點撥，讓不同層次的學生都獲得發(fā)展。

參考文獻

[1]孫亞紅，王濤，熊輝.基于問題群驅動學生自主學習的“化學鍵”教學實踐[J].中學化學教學參考，2018 （11）：12-16

[2]張華，論核心素養(yǎng)的內涵[J].全球教育展望，2016，45（4）：10-24