基于深度學習的高三化學教學模式的構建與實踐

郭金花

摘要： 在分析比較“深度學習路線”和“深度學習四要素”的基礎上，結合高三學生化學學習的特點，建構高三化學深度學習的教學模式，即“確立挑戰性主題與目標→主題規劃與準備→深度學習活動→評價與反思”。依據此教學模式進行高三化學深度學習的教學實踐。教學效果顯著，但“挑戰”與之并存。

關鍵詞： 高三化學; 深度學習; 深度學習四要素; 教學模式

文章編號： 10056629（2020）12002307

中圖分類號： G6338

文獻標識碼： B

近年來，深度學習已經成為全球基礎教育的關鍵發展趨勢之一[1]。已有的研究表明，深度學習強調學習者積極的內在動機、主動的知識建構、順暢的知識遷移、批判性的高階思維和真實的問題解決[2]。因此，通過深度學習的長期訓練，學習者也必將成為專家型學習者和終生學習者。本研究將結合國內外關于深度學習的理論研究以及高三化學學習的特點，嘗試探索一種適合高三化學深度學習的教學模式，并以此進行高三化學深度學習的教學實踐。

1高三化學深度學習教學模式建構

近年來，國內外學者都對深度學習的教學模式進行了研究，國外以美國的Eric Jensen和LeAnn Nickrlsen提出的“深度學習路線”最為著名[3]，我國以教育部基礎教育課程教材發展中心“深度學習總項目組”提出的“深度學習教學設計四要素”最為權威。

1.1深度學習路線

美國的Eric Jensen和LeAnn Nickrlsen在《深度學習的7種有力策略》中提出了一種深度學習的教學模式——深度學習路線，簡稱為DELC（見圖1）。據說這一教學路線能夠幫助教師在課堂教學中讓所有學生均獲得成功，并且這一教學模式已在幾個學區的教學實驗中取得了積極的成果。

DELC共分為7個步驟。第一步“設計標準與課程”： 將相似或相關的學習對象安排在一起，創設合乎學生發展的、有意義的教學單元（課程）。第二步“預評估”： 在充分了解每個學生已有認知的基礎上，設計教學單元目標以及學生個體目標。第三步“營造積極的學習文化”： 學生需要微妙的情緒平衡來順利地進行學習，因此需要營造安全的、令人鼓舞的、學生受益的學習環境，建立學生間和師生間的積極關系。第四步“預備與激活先期知識”： 教師做好充分的課前準備，并通過提問、討論、練習等激活先期知識，形成聯結。第五步“獲取新知識”： 教師向學生提供書籍、課本、期刊、錄像帶、因特網等資料或平臺，學生通過探究掌握學習內容和重要思想，并與同伴分享自己的學習成果。第六步“深度加工知識”（核心步驟）： 對學習內容進行精細和有效加工，運用分析、綜合的思維方式解決問題，并能實現遷移和應用。第七步“評價學生的學習”： 運用多種方式評價學生的學習，如練習、同伴反饋和學生自省等。從圖1還反映出，教師經過上述7步后進行總結、反思和調整，從而改善下一輪的深度學習過程，這樣就使得DELC成為一個可持續發展的深度學習路線[4]。

1.2深度學習四要素

我國教育部基礎教育課程教材發展中心“深度學習總項目組”把“深度學習”界定為： 在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在此基礎上，總項目組提出深度學習的教學設計四要素： 挑戰性學習主題、深度學習目標、深度學習活動、持續性評價。挑戰性學習主題，指圍繞某一核心知識組織起來的有難度且系統體現學科思想方法，能夠激發學生深度參與和持續發展的教學單元。深度學習目標，指期望學生獲得的學習結果，包括獲得學科思想方法，促進學生深度理解和靈活遷移，形成高級的社會性情感、積極的態度和正確的價值觀。深度學習活動，指“如何學”才能達成深度學習的目標，是以理解為基礎的實踐性學習活動，學生在教師指導下，通過抽象、概括、分析、綜合等思維方式解決不同情境中的問題，在已有知識基礎上的建構性的活動。持續性評價，回答“是否達成了既定目標”，是指依據深度學習目標，為學生的深度學習活動持續地提供反饋，幫助學生改進和發展[5]。

1.3深度學習教學模式建構

分析深度學習的“路線”和“四要素”發現，盡管步驟不一樣多，但深度學習的教學過程卻是基本相似的。

深度學習的“起點”很重要，它將決定深度學習過程中“深度加工”或“深度學習活動”環節的“深度”和意義。雙方都是將相似或相關的內容先組合成一個“教學單元”（即主題）作為深度學習的起點（見圖2），因為相似的概念和技能依據一定的主題結合起來時，大腦就更能夠發現學習中的范式，更容易形成神經網絡的聯結。但Eric Jensen和LeAnn Nickelsen認為只要是“合乎學生發展的有意義的課程”都可以成為深度學習的內容，而總項目組認為那些有難度、有系統、能體現學科思想和方法、能激發學生深度參與等有挑戰性的主題才適合作為深度學習的內容。那么，這樣的學習內容也一定是“合乎學生發展的”且“有意義的”，但“合乎學生發展的有意義的課程”不一定是有“難度”的，有“挑戰性”的。因此，我國學者對深度學習內容的內涵做了更加嚴格的規定，強調了“深度”的意義。深度學習“路線”中的“預評估”和“四要素”中的“深度學習目標”基本上是相同的意思，都是根據課程標準或主題學習要求確立單元學習的目標。如果項目組的“深度學習活動”既涵蓋了課前的準備活動，又包括課堂上的深度學習活動，那么，我們可以認為項目組的“深度學習活動”這一環節包含了DELC中的第3～6步（見圖2）。最后一個環節兩者都是對深度學習的“評價”。

綜上所述，兩者的教學路徑基本是一致的，但DELC更詳盡一些，便于深度學習活動的實施和開展;而“四要素”更凝練一些，更適合作為一種教學模式推廣使用。本文旨在探索高三化學深度學習的教學模式，因此根據高三化學學習的特點，在DELC和“四要素”的基礎上略做了一些調整（見圖2）。

高三化學已經結束了新授課，全面進入了復習階段。它的學習主題已經不需要像新授課那樣花費較多時間和精力事先將“相同或相似的內容組合成一個教學單元”。因為高三化學復習就是按照教學單元進行的，如“元素及其化合物”這個大的復習單元下又分為“氯及其化合物”“鈉及其化合物”“鐵及其化合物”等小的復習單元，因此，這一環節在高三化學深度學習時無需大費周章，可以直接與“學習目標”合并成一個環節，即“確立挑戰性主題與目標”。高三化學學習的難度是可想而知的，要想使深度學習活動順利開展，達到其應有的深度，課前規劃和準備是非常重要的，而且也是最耗時的部分（類似于“臺上一分鐘，臺下十年功”），因此將“項目組”的“深度學習活動”分成了兩個環節（或者說將DELC中的第3～6步縮減成2步），即“主題規劃與準備”和“深度學習活動”。最后一個環節，仍為“項目組”的“持續性評價”，因為主題學習中，學生的能力發展需要進階，學科素養的培育需要階段性逐步累積。

注： 向右的實箭頭表示“過程”，向右的空箭頭表示“包含”，雙向實箭頭和空箭頭均表示“比較”，向下的實箭頭和空箭頭均表示“對應”。

綜上所述，構建了如圖2第三行所示的高三化學深度學習教學模式，即“確立挑戰性主題與目標→主題規劃與準備→深度學習活動→持續性評價”。

2高三化學深度學習教學實踐

2.1確立挑戰性主題與目標

化學學科有兩類主題： 促進學生認識能力發展類主題和實際問題解決類主題[6]。促進學生認識能力發展類主題，主要以學生的認識能力發展為目標，包括化學基礎知識、元素及其化合物、化學反應與能量變化、化學反應速率與化學平衡、有機化學基礎、物質結構與性質等;實際問題解決類主題，主要以問題解決為目標，包括離子反應方程式的書寫、化學平衡原理的應用、化學定量計算、化學工藝流程問題解決、化學實驗綜合問題解決等。接下來，我們將以“非金屬元素及其化合物”與“化學工藝流程問題解決”這兩個不同類型的主題為例，進行深度學習的教學實踐。

不同的主題應該選擇不同的“深度加工”方式。由于元素及其化合物的知識點“繁”“碎”“雜”，如果用傳統的復習方式只能起到喚醒記憶的目的，不過很快又會遺忘，因為學生并沒有主動構建這些知識點之間的聯系，在頭腦中沒有形成真正有效的聯結。因此，這個主題將借助于“對大腦知識進行碎片整理并不斷優化的思維導圖”[7]的方式進行深度學習。由于學生對真實化工生產的陌生，化學工藝流程問題一直是學生學習的難點。因此這個主題會讓學生通過閱讀文獻的方式了解真正的化工生產或化學實驗研究的過程，再讓他們根據文獻進行編題的方式進行深度學習。

根據學生已有的知識結構以及上述兩種學習方式，“非金屬元素及其化合物”的教學目標為： （1）通過自主復習，理解氯、硅、硫、氮等非金屬元素及其化合物的性質、應用、重要物質的工業制備以及環境問題;（2）通過繪制思維導圖，深度理解非金屬元素及其化合物之間的關系，形成網絡聯結，培養信息分類和整理的能力。“化學工藝流程問題解決”的教學目標為： （1）通過閱讀文獻，了解化學實驗或化工生產的一般研究對象、方法與思路，降低對“化學工藝流程題”的陌生度;（2）通過編題過程中對文獻資料的分析、選擇、加工等，培養分析、綜合、評價與創造的高階思維;（3）通過編題，體會命題者的意圖，領會試題所要檢測的知識與素養要求，并順利解決問題。

2.2主題規劃與準備

一類主題往往承載了多種核心知識、學科思想方法和學科核心素養，需要“營造積極的學習文化”，“激活學生的先期知識”，選擇恰當的方法進行“深度加工”等。因此，主題規劃時要用系統思考的方法（見圖3）。

在進行促進學生認知能力發展類主題規劃時，首先需要明確主題內學生認識能力的起點、臺階和終點，即學生的認知能力發展層級，并據此構建課時的順序及安排不同課時實現認知能力發展層級中的一個“臺階”。因此“非金屬元素及其化合物”的主題規劃為： （1）介紹學習工具： 思維導圖的概念、功能和應用（1課時）;（2）建立認識思路： 教師示范用思維導圖的方式復習氯元素及其化合物（1課時）;（3）深化認識思路： 學生自己用思維導圖的方式復習硅、氮、硫元素及其化合物（3課時）;（4）應用認識思路： 非金屬及其化合物綜合問題解決（1課時）。

為了保證主題的順利開展，教師和學生都需要做好相應的準備工作。教師需要事先學習思維導圖的相關知識，尤其是學習如何繪制思維導圖;需要將自己對思維導圖的理解制作成課件，便于教授學生;需要預設學生在利用思維導圖進行復習時遇到的問題等。學生需要事先復習非金屬元素及其化合物的相關知識;需要在A4紙上制作一張以硅、氮或硫元素為主題的思維導圖;需要做好在課堂上參與講解的準備等。

在進行促進學生實際問題解決類主題規劃時，需要綜合考慮學生的認知能力和知識邏輯順序，在此基礎上將主題拆解成幾個基本問題來解決。因此“化學工藝流程問題解決”的主題規劃為： （1）任務拆解——命制一道化學工藝流程題需要考慮哪幾個問題（1課時）;（2）研究近三年江蘇高考題中“化學工藝流程題”的特點，問題所承載的核心知識、學科思想和素養要求（1課時）;（3）研究“從海水制溴”的相關文獻資料和視頻資料（1課時）;（4）命題展示與交流（2課時）;（5）“化學工藝流程問題”再解決與批判性改編（1課時）。

同樣，為了保證該主題的順利實施，教師需要事先學習如何命制這種類型的問題，并將命好的試題向有關命題專家（如高考命題專家、市命題專家等）請教，得到專家的指導和認可以后方可指導學生命題。學生需要分成若干小組，在自主復習相關基礎知識的前提下，通過小組合作完成試題的編制。

2.3深度學習活動

深度學習活動的目標與內容、素材的選擇與使用等在主題規劃時已經提及，因此學習活動主要設計活動的深度加工方式與對話方式。活動的深度加工方式可以是實驗探究、模型建構、資料閱讀與分析、調查與撰寫調查報告、繪制思維導圖或概念圖、編制試題等;活動的對話方式可以是師生對話、小組討論、演講、辯論、學習匯報等。由于教學時間有限，教師需要分析活動的主次，確保核心活動的重要地位和實施的空間，確保核心活動的開放度，讓學生有一定的時間自主進行活動等。

不同的主題應選擇不同的活動形式與對話方式。例如，“非金屬元素及其化合物”中第3～5課時“學生用思維導圖的方式復習硅、氮、硫元素及其化合物”的課堂活動為： 投影展示自己的思維導圖（匯報）——借助于思維導圖進行復習（學生講述）——隨時打斷匯報者，提出自己的疑問，尋求解答（師生對話、小組討論）——評價匯報者（師生對話、生生對話）。學生繪制的部分思維導圖見圖4。

又如，“化學工藝流程題問題解決”中第4～5課時“命題展示與交流”的課堂活動為： 小組展示并匯報命制試題的思路、意圖、涵蓋的知識點等（匯報）——每一小組成員解決其他小組所編試題（小組討論）——各小組公布試題的答案，接受其他小組成員的質疑（辯論）——各小組修改本組試題及答案（小組討論）——教師評價總結各個小組的成果，并在班級公告欄內展示（師生對話）。部分學生所編試題見圖5。

2.4持續性評價

為了確保設計出來的活動質量，需要進行持續性評價。持續性評價主要指整個教學過程包括教學前、教學中和教學后都要進行評價。

教學前的評價主要是教師對學生“主題規劃與準備”階段中“準備”活動的評價，如： 學生課前繪制的“思維導圖”是否涵蓋了大部分的知識點，是否突顯了重點和難點，是否找到了知識點之間的聯系;學生課前編制的“化學工藝流程題”是否規范，是否承載了化學基礎知識、化學原理、實驗操作、實驗條件的控制等化學核心知識與能力，是否體現了學科思想方法等。

教學中的評價主要指“師生之間”以及“生生之間”的即時評價。下面以“化學工藝流程題問題解決”的深度學習為例，展示部分學生對圖5中黃同學所編試題的評價。

生1： 在他所設計的工藝流程圖中反映了對海水綜合利用的這一思想，例如直接用海水淡化后的氯化鈉進行電解，得到的氯氣用來氧化海水淡化后的母液（含Br-的稀溶液），得到的NaOH與CO2反應生成Na2CO3作為堿吸收液。另外，在她的設計中還體現了原料循環利用的思想，例如“蒸餾廢液”的循環利用。

生2： 不足之處有2個： 一是流程圖可以再簡潔一些。二是第4個設問中后一問“工業生產中實際比值會比理論值小，試分析原因”，應該給出已知信息，否則學生沒有答題依據。

教學后的評價主要包括兩種方式： 一是通過相應的測試題檢驗學生是否達成了“主題學習目標”;二是讓學生通過反思的方式總結主題學習的“感悟”。下面展示部分學生對以上兩類主題學習后產生的“感悟”。

生3： 通過這次活動，我發現工藝流程題也并不神秘，在工業實際生產的“外衣”下仍然是我們學習的一些最基礎的化學知識。另外，通過這次編題，我對工藝流程題的命題思想和命題方式有了更深的理解。我在編題時設置某些問題時聯系了題干和流程圖中多組條件的信息，所以在以后解題遇到困難時，我不會只盯著一處，而會縱觀全局。編題時要注意科學性和綜合性，所以我在編寫每一步時都要仔細考慮各種因素，這使我的思維嚴密了許多。總之，這次經歷既能提升我的解題能力，也增強了我對化學學習的興趣和信心。

生4： 我認為思維導圖是一種高效的學習方式。首先，相比常規的線性筆記復習法，思維導圖顯然具有開放性、發散性和靈活性。其次，用思維導圖來復習元素化學，有起到連點成線的作用。因為這部分知識比較細碎，如果沒有一個整體的理解，就會困于碎散的知識囹圄中，讓我們拘泥于小的知識點而非整個知識體系框架下學習。第三，思維導圖對我們日后的復習也有很大的幫助，因為在復習中我們可以用思維導圖按圖索驥，通過感知整個知識體系而聯想到許多細節。

經過以上深度學習的四個環節，我們還需回過頭來審視： 深度學習中核心知識和學科思想方法等目標是否已經達成;學習活動的深度加工方式是否與學習內容匹配;是否讓所有學生都參與到深度學習活動中來;課前課后任務的安排是否合理且有可操作性;持續性評價是否起到了促進學生發展的作用等等。在反思的基礎上進行改進，并指導下一輪深度學習。

3挑戰與建議

深度學習的教學模式使深度學習能夠按部就班、循序漸進地開展，是深度學習目標達成的有力保障。但是在實施這個教學模式的過程中，我們也面臨了以下挑戰，面對這些挑戰，我們提出了相應的改進措施。

（1） 精簡學習任務： 在“主題規劃與準備”環節中，學生需要花費大量的時間和精力進行主題學習的準備，盡管通過課后“測試”以及學生的“感悟”，大部分學生的學習效果十分理想，但是在高三學習時間緊張的情況下，少數學生會有抵觸情緒，甚至還有少數學生并沒有認真完成課前的“準備任務”，導致深度學習未能真實發生。深度學習的愿景是期望每一位學生都能投入高品質的學習過程，因此，我們可以給學生“減負”——精簡學習任務，遵循少即是多（Less is more）的原則，控制學生課前準備的時間在合理范圍內。例如，在上述“硫元素及其化合物”的主題學習時，不要求學生畫出硫元素所有化合物的思維導圖，只要求畫出“SO2”和“H2SO4”這兩種主要物質的思維導圖。這樣做不僅節省了時間，抓住了學習的重點，還可以在有限時間的課堂上讓學生的自主性和實踐性得到了保障。

（2） 設計早期規劃： 在“深度學習活動”環節中，我們發現學生在小組合作、信息加工等深度學習所需的核心技能方面比較薄弱。絕大多數學生并不知道如何真正地“合作”，課堂上只見他們“交頭接耳”、“氣氛活躍”，但交流往往“流于表面”，并不深入。另外，學生根據文獻資料編制的“工藝流程題”的質量不是很高，反映了學生信息加工的能力比較欠缺。當我們在高三進行深度學習需要這些能力作為支撐時，才發現這些支撐點都太“薄弱”。所以，這一現象啟示我們深度學習需要早做系統規劃。例如： 在高一、高二的課堂上，就要有意識地開展一些有效的小組合作，教給學生小組合作的要求和方法，形成長期協作的學習共同體。針對學生信息加工能力薄弱的問題，我們可以有計劃地訓練學生如何對原始信息進行判別、篩選、分類、排序、分析和再造等等。

（3） 建立資料庫： 深度學習教學模式的全部流程都需要教師精心設計，沒有現成的教案，也沒有相應的教輔資料，不僅需要教師花費大量的時間和精力，更需要教師細心、耐心、有情懷，且有扎實的專業基本功和較強的學習能力。可見，讓學生深度學習其實也促進了教師自身的深度學習，教學相長，何樂而不為？但是，這樣一個“工程”可以說是“浩大”的，為了讓更多有情懷的教師參與進來，我們可以在深度學習教學的過程中不斷建立資料庫，如針對“化學工藝流程問題解決”這個主題，可以建立“化學實驗研究文獻資料”“信息加工相關資料”“學生編制的高質量試題匯編”等。通過建立資料庫，不僅可以減輕教師的負擔，還可以讓深度學習深入、持久地發展下去。

盡管在深度學習的道路上還面臨著各種困難和挑戰，但是我們依然會堅定地走下去。深度學習的主題本身就具有“挑戰性”，其問題的解決本來就不可能一帆風順。“不忘初衷，方得始終”，只要我們堅信深度學習對學生發展的功能與價值，那么接受這樣的“挑戰”就是有意義的，我們最終也一定能促進學生的持續性發展，為實現學生的終身學習埋下一顆寶貴的種子。

參考文獻：

[1]郭瑾， 佟安然， 高偉. 人工智能技術在基礎教育中的應用——基于新媒體聯盟《地平線報告（基礎教育版）》[J]. 軟件導刊， 2019， （11）： 96～97.

[2]張浩， 吳秀娟. 深度學習的內涵及認知理論基礎探析[J]. 中國電化教育， 2012， （10）： 35～36.

[3][4]（美）Eric Jensen， LeAnn Nickelsen著. 溫暖譯. 深度學習的7種有力策略[M]. 上海： 華東師范大學出版社， 2010.

[5][6]胡久華， 羅濱， 陳穎. 指向“深度學習”的化學教學實踐改進[J]. 課程·教材·教法， 2017， （3）： 90～96.

[7]（英）東尼·博贊， 克里斯·格里菲斯著. 卜煜婷譯. 思維導圖實踐版[M]. 北京： 化學工業出版社， 2016.