基于深度學習理論的化學概念教學

黃淑靜

摘要：文章基于深度學習理論，以“溶解度”相關概念為例，通過聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價等環節，引導學生從本質上掌握化學概念，深度理解概念內涵，實現化學概念的靈活遷移和實際應用，促進思維和能力的多方面發展。

關鍵詞：深度學習;化學概念;溶解度

文章編號：1008-0546（2020）10-0031-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2020.10.008

一、化學概念教學現狀

化學概念是將化學現象、化學事實經過比較、綜合、分析、歸納、類比等方法抽象出來的理性知識，反映著化學現象及事實的本質屬性[1]。學生對化學知識的認知水平與化學概念的教學效果有著極為密切的關系。在目前的課堂中，化學概念的教學大致可以分為兩類。一類是基于傳統的“教育即傳遞”的定位，即教師是傳遞者，學生是接受者，教師直接將化學概念全盤托出，并讓學生通過大量習題反復操練，達到熟記細節的目的。在這類學習方式中，學生扮演著被動接受、機械記憶的角色，學習主動性不高，學習興趣缺乏。還有一類是在第一類的基礎上進行改革，提出了很多讓學生積極參與，提高互動性的課堂教學方法，如翻轉課堂、合作探究等。但過于重視主動為目的的教學容易舍本逐末，顧此失彼。強調學生的主動學習卻輕視了教師的引導，強調學習的興趣而輕視了概念的嚴謹，強調化學知識的應用卻輕視了概念本質的理解。以上兩種類型，或流于機械學習而喪失靈活生動，或流于主動形式而輕視教學內容，均違背了教學規律，阻礙了學生核心素養的發展。

二、深度學習理論分析

1976年，費倫斯·馬頓和羅杰·薩爾喬在開展了一系列對學習過程的實驗研究后，聯名發表了《學習的本質區別：結果和過程》一文，并在此文中首次提出并闡述了深度學習（ Deep Learning）和淺層學習（SurfaceLeaming）這兩個相對的概念[2]。深度學習（Deepleaming），也被譯為深層學習，是指在教師引導下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，親身參與、全心體驗、并在此過程中獲得發展的有意義的學習過程[3]。深度學習具有以下特征：聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價，是一種基于高認知水平層次的理解性學習方式。它重視批判理解，強調信息整合，促進知識構建，著意遷移應用，使教學最終落到有意義學習上來。深度學習理論作為一種指導化學概念教學的理論，可以高效引導學生從本質上掌握化學概念，深度理解概念的內涵，實現化學概念的靈活遷移和實際應用，促進思維和能力的多方面發展。下面筆者將以“溶解度”的相關概念為例，分析深度學習理論如何指導化學概念教學。

三、基于深度學習理論的化學概念教學

1.聯想與結構——調動經驗建構化學概念

“聯想與結構”是深度學習的基本特征。是指通過調動已有的經驗來參與當下的學習，再將當下的學習內容與以往經驗建立起結構性的關聯，從而使知識轉化為與學生個體有聯系的、可操作的、能思考的內容。

例如在飽和溶液和不飽和溶液的概念學習中，學生在課堂外已經有很多與之相關的經驗，例如常見的鹽水、糖水，以及炒菜、煮湯等，只是缺少教師去搭建已有經驗與化學概念之間的橋梁。因此教師要利用好這一部分潛在知識，將它與課堂上的進行的實驗和提供的信息相結合，讓學生主動建構出飽和溶液和不飽和溶液的概念[4]。教師通過展示A、B兩杯硝酸鉀溶液（溶液A底部有硝酸鉀固體剩余，溶液B底部沒有），讓學生猜想若往兩杯溶液當中各加入5g的硝酸鉀固體會出現什么樣的現象。在學生猜想的基礎上，教師往兩燒杯各加入5g硝酸鉀固體并攪拌，發現A燒杯中硝酸鉀固體不再溶解，B燒杯中硝酸鉀固體部分溶解后有少量剩余。通過實驗現象與原有的生活經驗的結合，學生很容易得出：物質不能無限制的溶解在有限的溶劑當中，為后面飽和溶液、不飽和溶液的概念形成打下基礎。

教師進一步設疑：那該如何讓A中剩余的固體全部溶解呢？大部分學生提出“加水”“加熱”兩種方法。讓學生順著猜想進行實驗，發現“加水”和“加熱”兩種方法均可以實現剩余固體的溶解。教師在此時再提問：這個實驗說明溶劑當中溶解溶質的質量與什么因素有關？學生結合剛剛實驗獲得的感性材料和自身的生活經歷，可以快速得出答案：與溫度和溶劑的量有關，一步步建構起“飽和溶液和不飽和溶液”的概念，并且明確這兩個概念有兩個重要的前提條件：在一定溫度下，在一定量的溶劑中。由于該概念是學生基于生活經驗和實驗結果自主建構得出，無需教師反復強調重點細節，學生對飽和溶液和不飽和溶液的概念已印象深刻，銘記在心。

在課堂剛開始時展示的A、B兩杯溶液中，A是飽和溶液是顯而易見的（底部有固體剩余），那么B溶液是飽和還是不飽和？我們應該如何進行判斷？學生通過剛剛得出的“不飽和溶液”概念可知，可以通過再加入部分溶質看是否溶解進行判斷，從而得出飽和溶液和不飽和溶液的判斷方法。而通過剛開始的B溶液加入5g硝酸鉀后溶解一部分還有少部分固體剩余這個現象，同學們很容易發現飽和溶液和不飽和溶液并不是絕對的，是可以相互轉化的。在生活中，飽和溶液和不飽和溶液之間轉化的事例也有很多，鼓勵學生將生活經驗融入到化學課堂中，結合生活實例來講解飽和溶液與不飽和溶液轉化的方法。在這一步教學重難點中，教師無需再費大力氣進行講授，可以由學生自主歸納總結，并結合理由進行匯報，最終由教師完善匯總得出結論。

在這兩個的概念學習中，學生通過教師的有序引導，聯結當下的學習活動去調動、喚醒以往的知識、經驗，概念的自我建構得出使知識不再是孤立的、碎片的，而是有條理的、有邏輯的。

2.活動與體驗——探索發現親歷概念生成

“活動與體驗”是深度學習的核心特征，要求學生作為主體參與課堂活動，并全身心投入活動感知內在體驗。這是學生主動探索、發現、經歷概念形成的過程，是學生的深度學習的機制。

學生由飽和溶液的概念可知，溶質并不能在一定量的溶劑中無限制的溶解，這種溶解的限度就反映了物質溶解能力的強弱。物質的溶解能力強弱與什么因素有關？大部分學生提出溶質的種類，溶劑的種類和溫度。還有一部分同學會認為與溶劑的多少以及攪拌速度有關。基于這些猜想，教師通過提問進一步引導學生進行實驗設計：當實驗中有多個變量時，我們需要使用什么探究方法？最終我們通過比較什么量來比較物質的溶解能力？在回答這些問題的基礎上，分小組進行不同影響因素的實驗設計，由小組代表匯報實驗方案，并采取同學們的建議進一步完善，形成最終的實驗方案（如表1）。接下來以小組為單位進行實驗探究并記錄數據。

學生通過親身參與該實驗的設計和探究，能夠推翻溶劑的量、攪拌速度影響物質的溶解能力這些假設，為后期的溶解度概念形成掃清障礙。最終總結得出，物質的溶解能力受到溶質的性質、溶劑的性質以及溫度的影響。這一結論的得出對后期溶解度概念的歸納生成積累了感性材料。這三個影響因素與溶解度概念中的要點緊密相連，學生在提出猜想、設計實驗、親自參與、得出結論這一過程中，除了深度把握知識內涵外，還能學習到化學探究中的思想方法，體會到科學探究帶來成就感和豐富的情緒經歷[5]。

3.本質與變式——深度加工把握概念本質

“本質與變式”主要針對于如何處理學習內容，它要求學生能夠通過各類主體活動去抓住教學內容的本質屬性，而不是通過教師的直接傳授、知識平移。教師可以通過“情景體驗”“歸納演繹”或是“反例糾錯”等方式，幫助學生明確概念的內涵從而全面把握知識的內在聯系。

（1）主動歸納得出溶解度概念

在得出影響物質溶解能力的因素的基礎上，教師設置情景進行提問：那如何比較蔗糖和食鹽的溶解能力強弱呢？學生根據探究得出的結論，明確要在溶劑相同、溫度相同的情況下進行比較。通過比較什么量可以說明溶解能力的大小？溶解在lOOg水中食鹽的質量和溶解在lOg的水中蔗糖的質量進行比較這樣公平嗎？溶液在什么狀態下進行比較是最公平的？通過教師一系列螺旋上升的提問，學生搭建了思維階梯，結合教師的語言引導最終得出完善的比較方案：在相同溫度下，在相等的溶劑中（lOOg水）中達到飽和狀態時比較溶解的溶質的質量。教師將同學們所歸納得出的比較方法修飾完善，最終形成溶解度（S）的概念。此時溶解度的概念形成，不再是由教師單純闡述得出而失去學生本位，也不是由學生在探究的基礎上直接得出而有違概念嚴謹。學生通過實驗親身體驗得出相關影響因素，再在教師的引導下進行思維的轉化和整合，將所學知識串聯起來，最終把握溶解度概念的本質。此時的溶解度概念不再是孤立的、生硬的，而是有聯系的、鮮活的。

在學生歸納得出溶解度概念的基礎上，教師讓學生針對溶解度的概念，劃出概念當中的要點，得出溶解度四要素：①條件：一定溫度——（溫）;②狀態：飽和狀態——（飽）;③標準：100克水——（百）;④單位：克——（“科”一克）。此時教師將四要素進行提煉，歸納成為四個字“溫飽百‘科”，幫助學生進行高效的課堂記憶，減輕學習負擔。

（2）辨別正誤掌握溶解度要點

為了全面掌握溶解度的概念，抓住概念的本質屬性，教師可以設計并提供層次分明的而又具有典型意義的正例和反例，幫助學生深度加工相關知識，深入掌握溶解度概念的要點。

判斷題：下列關與溶解度概念的說法是否正確，請你作出判斷并說明理由。

①硝酸鉀的溶解度是31.6g。

②lOOg水中最多溶解31.6g硝酸鉀，因此硝酸鉀在水中的溶解度為31.6g。

③20℃時，lOOg水中溶有15.8g硝酸鉀，因此200C時硝酸鉀的溶解度為15.8g。

④20℃時，50g水中最多溶解15.8g硝酸鉀，因此硝酸鉀在水中的溶解度為15.8g。

⑤20℃時，lOOg水中最多溶解31.6g硝酸鉀，因此200C時，硝酸鉀的溶解度為31.6。

⑥20℃時，31.6g硝酸鉀溶解在lOOg水中剛好形化學教與學2020年第10期成飽和溶液，因此200C時硝酸鉀的溶解度為31.6g。

⑦t℃時，lOOg飽和硝酸鉀溶液里含有31.6g硝酸鉀，因此t℃時硝酸鉀的溶解度是31.6g

⑧20℃時，向lOOg硝酸鉀飽和溶液中加入5g硝酸鉀，充分溶解，所得溶液的質量為105g。

以上觀點由教師精心設計，并按照學生的思維層次設置順序，為學生進一步鞏固溶解度的相關要點搭設臺階，層層遞進。這里既給學生提供了正例也提供了反例，正確信息有利于學生鞏固前面所學習的概念要點，而錯誤信息則讓學生從糾錯中辨別與正確概念之間的差異，排除無關因素的干擾，去除片面認識，加深對概念本質的理解。在此過程中，學生的分析問題、歸納問題的能力、反思和辨析能力都能有所提高[6]。

4.遷移與應用——拓展運用內化概念理解

“遷移與應用”不僅是對學習成果的檢驗方式，更是重要的學習方式。它要求學生將所學知識轉變為綜合實踐能力，是經驗的拓展與提升，是知識活化的標志。運用概念一般包括兩個方面：一是關于概念的適當練習，一個概念學完后要及時通過題目來鞏固和反饋，題目的設置要有梯度、多角度全面覆蓋概念的細節。二是概念在實際中應用，是學生在教學活動中對社會實踐的初步嘗試，感受化學與生活、社會的息息相關。

（1）溶解度概念的基本考察

練一練：

①閱讀資料，回答問題。資料：20℃時，氯化鉀的溶解度為34g。

a.這一信息代表什么化學意義？你能用另一種表達來描述這一含義嗎？

b.20℃時，氯化鉀的飽和溶液中溶質、溶劑、溶液的質量比為：_______。

②在一定溫度下，向質量均為lOOg的四份水中分別加入一定質量的A固體，攪拌至充分溶解，稱量最后得到溶液的質量。實驗中記錄數據如下表所示：

根據上述數據分析，該實驗中得到的溶液屬于飽和溶液的是__________（填序號）。該溫度下A物質的溶解度是____（g/lOOg水）。

③已知：20℃時，S硝酸鉀=31.6g;60℃時，S硝酸鉀=11Og。現于60℃時，將llOg硝酸鉀放人到lOOg水中，充分溶解，所得溶液為_____（填“飽和”或“不飽和”）溶液。而后將該溶液降溫至20℃，溶液中出現的現象為_____，剩余溶液為____（填“飽和”或“不飽和”）溶液;剩余溶液的質量為。

（2）溶解度概念在實際生活中的應用

溶解度在實際生活和實驗中應用很多，具體生活中的問題最能考驗學生概念掌握程度，也體現了化學與生活的緊密聯系。如下題有關海水曬鹽的練習中，涉及到溶解度概念的考查。

練一練：海水中溶有大量的鹽，鹽場利用海水曬鹽獲得粗鹽。已知我國某海域中每lOOg海水里含有3.6g食鹽，假設在曬鹽過程中溫度為t℃并保持不變，此溫度下氯化鈉的溶解度為36g，請你通過所學知識分析，lOOg該海水至少蒸發多少克水才能析出食鹽？

通過以上兩個不同層次、變換情境而進行的“遷移與應用”過程，能使學生主動、及時地將概念各部分內容有效歸納并應用，從而內化對概念的理解，在此過程中也體現了教學具有教育性。

5.價值與評價——促進學生正確價值形成

“價值與評價”回答的是教學的終極目的及意義，培養學生對所學知識以及學習過程本身做出價值判斷的意識與能力，促使學生主動思考所學知識的價值與局限，并對所學知識及學習過程積極進行質疑、批判與評價，在學習的過程中完成對思維、情感的提升，形成正確的價值體系。

學生通過學習掌握了飽和溶液、不飽和溶液的概念，并且知道他們相互轉化的條件，在知識形成的過程巾可以引導他們逐步建立用辯證的、發展的思想來看待事物，樹立辯證唯物主義科學觀。同時在課程內可以插入“飽和溶液”和“溶解度”概念在生活中的應用知識講解，如：電解飽和食鹽水、自制冰糖、排水法收集氧氣、粗鹽提純等。讓學生針對某個應用說出其背后的化學知識支撐，并對該應用做出相應的評價，加強化學應用價值的學習，重視化學與社會的連接，培養學生為社會做貢獻的使命感和責任感，而在此過程中學生社會責任的提升正是概念教學的最終目標。

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