指向深度學習的課堂實驗教學設計策略

陸衛星　吳境柳

摘 ?要 分析課堂實驗教學現狀，結合教學實踐提出指向深度學習的課堂實驗教學設計策略，以期為中學化學教學改革提供借鑒和參考。

關鍵詞 深度學習;課堂實驗教學;化學思維;核心素養;合作學習

中圖分類號：G632 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）19-0115-04

1 前言

實驗教學是化學教學的重要組成部分，是培養學生學科核心素養的重要途徑。為了培育學生的核心素養，需要開展原生態的教學、有高階思維的深度教學，才能實現知識教學的豐富價值，使學生知識學習與素養實現同步發展[1]。

“布魯姆學習目標分類法2001版”，在認知領域將教學目標從低到高分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造六個層次。其中記憶和理解屬于低階思維，應用、分析、評價和創造屬高階思維[2]。化學實驗教學有其獨特的教學價值和功能，承載著化學學科的核心思想方法，指向于深度學習的課堂實驗教學的設計才能展現其價值和功能。

2 課堂實驗教學現狀

當前的化學教學過程中，化學實驗教學常常作為知識傳授的一個輔助手段，幫助學生理解和記憶化學知識。驗證性的實驗教學和照方抓藥式的偽探究在課堂上仍比較普遍，學生在學習過程中思維參與程度低，處于簡單記憶、淺層學習的層次。

【案例1】某教師在講授碳與濃硫酸的反應時進行了如下設計：

[教師]預測碳與濃硫酸反應的方程式并書寫。

[學生]完成反應方程式。

[教師]展示碳與濃硫酸實驗裝置并與分別裝有無水硫酸銅、品紅、酸性高錳酸鉀、品紅、澄清石灰水裝置進行連接，提問各裝置的作用。

[學生]回答各部分裝置的作用。

[教師]開始演示實驗，讓學生觀察實驗現象。

[分析]教師在設計這個教學片段時，著眼點就是要將碳與濃硫酸反應作為知識點傳授給學生，先通過方程式給學生留下初印象，然后設計一個源自試題中實驗來進一步掌握碳與濃硫酸的生成物以及各物質的檢驗方法，通過不斷地強化記憶，以應付將來的測試。由于教師在設計初始就忽視學科思想方法的培養，使得實驗教學僅作為強化知識記憶的工具，也使得整個實驗教學過程處于淺層學習狀態。本實驗中用第一個品紅檢驗SO2，用高錳酸鉀除去SO2，后用品紅檢驗SO2是否被除盡，最后用澄清石灰水檢驗CO2，看似完美的方案，但缺乏對該實驗的深層次思考和挖掘，如“第一個品紅是否可以省略”“后一個品紅也褪色了怎么辦”等。本實驗教學可以設計一些具有一定挑戰性的問題，如可以限定試劑或不限定試劑來探究碳與濃硫酸的生成物，讓學生通過自主探究、小組合作完成實驗方案，培養學生用化學思維解決問題的能力。

3 指向于深度學習的課堂實驗教學設計策略

胡九華等將化學學科的深度學習界定為：在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，開展以化學實驗為主的探究活動，用化學學科思想解決問題，從而獲得結構化的化學核心知識[3]。課堂中實驗教學目標應立足于培養學生化學學科核心素養，通過教師精心設計，讓課堂實驗教學呈現良好的生態。

立足于情境的設計 ?素養是個體在與各種真實情境持續的社會互動中，在不斷解決問題和創生意義的過程中形成的[4]。培養學生的核心素養，就是要培養學生在新的情境中面對新的、真實的問題，通過批判性的思考、溝通協作，在已有概念的基礎上進行問題解決和知識建構，從而形成自己應對世界的新方式。新的、真實性的問題源自有意義的情境，有意義的情境應具備三個特征：有一條清晰的活動主線、有滲透于其中的知識構建、有明確的學科素養培養目標。

【案例2】“鐵及其化合物”中兩個重要的課堂實驗是Fe2+和Fe3+的檢驗與Fe2+和Fe3+的轉化。某教師以制備磁性氧化鐵（Fe2++2Fe3++8OH-==Fe3O4+4H2O）作為教學情境，設計流程如下：

[情境導入]展示磁性氧化鐵在各行業中的應用，給出磁性氧化鐵制備的方法，根據已有的條件和要求制備磁性氧化鐵。

[情境問題1]實驗室提供的是未貼標簽的含鐵鹽溶液和其他必要試劑。

[情境問題2]只能從Fe2+或Fe3+中選擇一種為起始原料，完成制備實驗。

[探究實驗1]依據制備要求，首先要找到制備該物質的原料。教師在設計時并沒有直接提供Fe2+和Fe3+，而是提供了未貼標簽的含鐵鹽溶液，學生必須依據教師所提供的實驗試劑和資料，通過設計實驗方案進行探究性實驗來檢驗出制備磁性氧化鐵所需的原料。

[探究實驗2]在學生完成檢驗后，教師要求從Fe2+或Fe3+中的一種出發，完成制備實驗。依據制備磁性氧化鐵的情境，想要獲得產品，學生需要將以往學習的氧化還原反應的知識與磁性氧化鐵的制備原理相結合，設計Fe2+和Fe3+

之間轉化的探究實驗來完成任務。

[分析]教學由磁性氧化鐵的應用開始，然后圍繞制備磁性氧化鐵的這個挑戰性主題展開。選擇制備磁性氧化鐵作為教學情境的理由之一是磁性氧化鐵在生產生活中有著廣泛的用途，能夠激發學生探究的興趣;之二是磁性氧化鐵的制備原料就是Fe2+和Fe3+，與本節課的教學內容吻合度高，容易在活動中滲透知識線。

本節內容涉及Fe2+和Fe3+的檢驗與Fe2+和Fe3+的轉化兩個課堂實驗，教師在設計時并沒有簡單處理成驗證性實驗，而是圍繞磁性氧化鐵的制備設計了兩個問題情境;學生依據問題情境進行探究，讓學生在以往學習的基礎上進行問題解決和概念轉變。這種基于有意義的情境的課堂實驗再設計，讓教學過程的重點定位于學生知識的構建和學科素養的培養，而不是僅局限于知識的簡單傳遞，能夠將教師的教和學生的學都引向更深層次。

立足于問題組的設計 ?低效提問一般只涉及知識性問題，如對教科書所列事實的解讀、對概念或定律的理解等[5]。在很多課堂教學中，實驗教學因為沒有有價值的問題支撐，實驗僅僅是一種為教學增加直觀性和為掌握知識所服務的工具，并沒有起到開發學生思維的作用。將課堂實驗教學設計成問題組的形式來引導學生進行深入思考，問題組既有明確的目標指向，又能為學生解決問題提供支架，讓學生在解決問題過程中激發創造性思維。

【案例3】將二氧化硫的還原性實驗設計成問題組的課堂教學片段：

[教師]二氧化硫使酸性高錳酸鉀溶液褪色，是否是因為二氧化硫的漂白性？

[學生]高錳酸鉀具有強氧化性，可能是被高錳酸鉀氧化了。

[教師]如何證明二氧化硫被高錳酸鉀氧化了，而不是被二氧化硫漂白了？你能不能設計實驗方案來證明？

[學生]聯想二氧化硫漂白品紅的特點，設計了加熱看高錳酸鉀顏色是否會恢復的實驗。

[教師]剛才同學們實驗驗證了高錳酸鉀溶液褪色不是因為二氧化硫的漂白性，但是否能證明二氧化硫在剛才反應中就體現了還原性？

[學生]困惑不解，提出為什么不能證明？

[教師]高錳酸鉀溶液褪色一定是二氧化硫還原性的體現嗎？如果我認為是二氧化硫催化了高錳酸鉀分解，高錳酸鉀不也能褪色嗎？

[學生]覺得也有道理，反思自己得出結論的證據不足。

[教師]二氧化硫如果被氧化，化合價將會發生什么變化？你能不能設計實驗方案來證明二氧化硫在反應中體現了還原性？

[學生]頓悟，提出可以驗證溶液中硫酸根離子來證明二氧化硫的還原性。

[分析]教師在整個實驗教學設計過程中，基于宏觀辨識與微觀探析而設置了“二氧化硫使高錳酸鉀褪色是否體現漂白性”這個問題來引導學生去探究;接著又提出“高錳酸鉀褪色，不是漂白性，那一定是體現了還原性嗎”這個問題，繼續引發學生思考;然后以氧化還原知識進一步引導學生去探究二氧化硫在反應中所起的作用，問題設置過程充分體現了模型認知和證據推理培養意識。利用新知與學生已有經驗的矛盾和沖突是這個問題組設計的特點，教師在設計問題組時充分考慮學生的最近發展區，不斷用問題給出支架，讓學生在解決問題的過程中激活思維，形成新的認知。

立足于合作學習的設計 ?合作學習，是指學生在小組或團隊中為了完成共同的目標與任務，有明確的責任分工的互助性學習[6]。傳統的實驗教學局限于觀察和記憶，缺少學生之間的交流、思維的碰撞，而基于合作學習的課堂實驗設計能讓小組的成員優勢互補，提升小組成員的學習積極性。為了完成教師所布置的任務，小組成員將共同設計方案，進行方案研討、實驗操作、實驗結果分析，全組成員在合作完成任務的過程中實現學科素養的提升。

【案例4】某教師將亞鐵鹽與過氧化氫的實驗進行了如下設計：

[教師]預測硫酸亞鐵與一定濃度過氧化氫混合將會出現什么現象？原因是什么？

[學生]依據已學知識得出溶液呈黃色，過氧化氫能將Fe2+氧化為Fe3+。

[學生]將亞鐵鹽與過氧化氫混合后發現，除了溶液顏色改變以外，一段時間還有氣泡產生。

[教師]該氣體是什么？氣體從哪里來？為什么一段時間后產生氣體？請各組提出猜想，并通過實驗來驗證猜想？

[學生]猜想一：生成的Fe3+促進過氧化氫的分解，產生氧氣。猜想二：反應溫度的升高促進過氧化氫的分解，產生氧氣。猜想三：反應過程中溶液pH的變化促進過氧化氫的分解，產生氧氣。

[教師]將三個猜想分配給各小組，要求各小組成員自主設計實驗方案，設計好后進行組內交流，然后小組進行分工，合作完成實驗，并完成實驗報告。

[學生]小組合作學習，完成實驗，并進行展示。

[教師]小組互評后教師點評。

[分析]美國深度學習研究將深度學習能力分為認知能力、人際能力、個人能力，小組合作學習是提升學生人際能力和個人能力的有效途徑。教師在設計過氧化氫和硫酸亞鐵實驗時，用反應的異常現象來引導學生進行猜想，然后將驗證猜想作為小組合作的任務，讓學生通過思考、溝通、合作參與到學習中來，在合作學習的過程中完成教學任務。

合作學習任務的特征為智力要求高、創造性強、具有開放性[7]。合作學習的任務特征決定了學習過程中需要分析、評價和創造等高階思維參與，所以立足于合作學習的教學設計有利于將教學引入深度學習。中學化學實驗教學過程中會有很多實驗異常現象，而這些實驗異常現象就是很好的素材，經過教師的精心設計，就能滿足合作學習任務的要求。

立足評價的教學設計 ?傳統的課堂實驗教學并不重視評價，往往局限于是否得到了教師想要的實驗現象。課堂評價是師生處理課堂信息的重要環節，不僅能反饋教學的效果，還有利于學生監控自己的學習過程并進行自我反思[8]。

建立持續性評價的目的在于激發學生學習的自主性和探究性，掌握學習的方法和思想，這與深度學習的要求和內涵是一致的。

【案例5】某教師在執教探究“過氧化鈉的水溶液中滴加酚酞先變紅后褪色的原因”時設計了表1所示評價量表，表中每一欄優秀為10分、良好為8分、一般為5分，自評占比30%，小組占比30%，教師占比40%。

[分析]教師設計的評價量表貫穿了探究“過氧化鈉的水溶液中滴加酚酞先變紅后褪色的原因”整個教學過程，既有對學生思維的評價，又有對規范的評價，還關注了學生從探究實驗中獲得經驗和教訓。在實施教學過程中，實驗的評價量化表有利于學生的自我監督，也有利于教師對學生學習情況的掌握，方便學生和教師在教學過程中及時進行調整。評價量表有助于學生掌握學習化學的一般思路和方法，培養其化學學科素養，達到深度學習的目的。

4 結語

新課程實施的目的是培養學生化學學科核心素養，而化學是以實驗為基礎的一門學科，所以實驗教學以素養為本的教學定位對整個新課程目標的達成有重要意義。指向于深度學習的課堂實驗教學設計有利于改變實驗教學知識化、簡單化的傾向，注重學生高階思維的參與，突出學生學習過程中的主體性，在解決問題的過程中形成結構化的化學知識。

參考文獻

[1]余文森.核心素養的教學意義及其培育[J].今日教育，2016（3）：11-14.

[2]Anderson L W.布魯姆教育目標分類學（修訂版）[M].北京：外語教學與研究出版社，2010：51-52.

[3]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.

[4]楊向東.如何基于核心素養設計教學案例[N].中國教育報，2008-5-30（5）.

[5]王中榮.高中化學教學中課堂提問的有效性及思考[J].課程·教材·教法，2011（3）：84-88.

[6]王艷國，劉成坤.化學教學中實施小組合作學習的問題與對策[J].化學教育，2014（1）：25-28.

[7]王秀梅.工科高校創新人才培養及評價研究[D].河北：華北電力大學，2009.

[8]劉玉榮，史鵬園.“深度學習”視野下高中化學實驗教學：問題與對策[J].化學教育，2018（17）：58-65.

作者：陸衛星，海門市四甲中學，中學高級教師，南通市骨干教師;吳境柳，海門市四甲中學（226141）。