素養導向的高中化學深度學習教學策略研究

葉愛嬌

（永泰第一中學，福建 福州 350700）

傳統的教學過于強調知識的傳授，以思考為中心的學習過程不能得以全面實施，知識的建構受到影響，思維的品質難以得到有效訓練，存在淺層學習的問題。淺層學習即學生對于課堂的知識點僅為無關聯的、零散的機械記憶，無法學以致用。淺層學習的存在，導致學生在面對陌生情境時，無法運用所學知識有效解決。在常規的高中化學教學中，部分教師要求學生機械式記憶，使得學生對元素化合物知識和核心概念的理解只停留在淺層學習上，而學科核心素養的培育要通過深度學習來完成［1］。

深度學習在淺層學習的基礎上，融入主觀的思考探究，能夠有效解決傳統課堂中師生的關系，避免了教師單方面的教而忽視學生的學，學生成為主體，在課堂上獲得存在感與意義感［2］。學生通過深度學習可以提高多方面的能力，例如，聽講的能力、自我思考的能力、協同合作的能力、遷移應用的能力等。深度學習的課堂不僅是包容悅納的課堂，更是促進學生高水平認知加工、基于理解、主動學習的課堂。這樣的學習具有生長性和可遷移性［3］。文章以四個高中化學教學片段為例，探討了基于核心素養培育的深度學習教學策略。

一、深度學習的內涵

深度學習最早由美國教育學者馬頓和薩喬在1976 年提出。Entwistle 等人在這兩位美國學者的研究基礎上于1997 年將深度學習界定為學生全身心主動投入、涉及高階思維能力獲取并且具有較強遷移能力的一種學習過程或狀態，從而區分于淺層學習。加拿大的Egan 教授于2015 年通過研究表明深度學習是未來學校實現教學變革的重要方式。Egan 教授認為深度學習應具有知識的深度、廣度、關聯度。我國對深度學習的研究起源于1984 年，魏榮禮在化學實驗教學時提出了學習應有深度的理論。2008 年上海師范大學的黎加厚教授將國外深度學習研究的成果介紹給國內教育者，深度學習引起了許多國內學者的關注。2017 年華中師范大學的郭元祥教授，指出現在所提出的淺層學習、深度學習與20 世紀50 年代布魯姆知識層級的目標有很強的關聯性，進一步深化了對深度學習課堂的認知。

深度學習是學生以自身內在的學習需求作為動力，以批判性學習認知作為思維導向的一種教學方法［4］。深度學習在強調學生作為課堂主體的同時，也驅動學生重視理解性學習。學生在課堂中，需要將新的知識融入原有的認知框架。并且，構建相互聯系的媒介，最終達成在新情境下能夠解決問題的目標。

落實核心素養的培育，教師應該引導學生在學習過程中學會深入思考，理解學習內容的內涵和實質，提升知識遷移應用能力。教師可以通過精心創設情境化、結構化的學習任務，采取基于深度學習的課堂教學策略，幫助學生建構宏觀辨析與微觀探析、證據意識與模型認知、科學探究與創新意識等維度的核心素養［4］。

二、深度學習教學策略

（一）小組合作探究引起深度學習

深度學習的課堂核心一：小組合作探究，學生在討論中完成課堂教學目標。在課堂教學中，以學生小組為單位，讓學生自主體驗科學探究的過程，進行深度學習。重視組織引導同伴互助學習，具體方法如下：1.教師引導學生自主與合作相結合，完成學習任務。2.以學生感悟帶動學生，在學生學習過程中，培養其探索欲。

教學片段1：蘇教版必修第二冊《乙醇結構》。

【情境引入】將學生每兩個人分為一個小組，同伴互助合作。根據乙醇分子式C2H6O 和乙烷的結構，小組搭建乙醇球棍模型結構。

小組1：兩名學生通過討論合作，搭建結構如圖1：

圖1

小組2：搭建結構如圖2：

圖2

小組1 和小組2 同學之間相互交流他們各自搭建的結構，分析談論不同的思想方法，悟出差異點是O原子插入的位置不同。

【設計意圖】不直接將乙醇的結構式告訴學生，而是讓學生根據乙烷結構，對比乙醇的分子式，思考如何在乙烷的結構上連一個O 原子，通過合作探究構建乙醇模型，幫助學生正確認知乙烷模型中6 個C-H 鍵等同，O 原子不論插入哪個C-H 鍵中，結構相同。另一種結構即O 原子插入C-C 鍵之間。

師：對學生搭建的兩種不同球棍模型給予積極肯定的評價。然后提出問題：如何設計實驗驗證兩種可能的結構？（提示）鈉保存在煤油（煤油是碳氫化合物只含C-C 鍵、C-H 鍵）中。

【設計意圖】根據學生現有的知識水平，很難自主設計出實驗方案，教師可以適時給學生提供深度思考所需的素材，為學生進一步小組合作探究搭建橋梁。

生1：若乙醇能和鈉反應生成H2，則證明乙醇有-OH 原子團。

生2：若能產生氣體，可以測定氣體的體積，進一步確定乙醇結構。

師：如何進一步確定乙醇的結構？

【創設情境】給出定量實驗數據，如表1 所示。

表1 一定量的乙醇與過量的Na 反應

師：分析一定量數據，你們發現什么？

【總結，收集證據】定性角度：乙醇與Na 反應生成H2。

【定量角度】n（C2H6O）：n（H2）=2：1。

【得出結論】乙醇的結構為氧原子插在碳氫之間的結構。

圖3

【設計意圖】為了避免單向的知識灌輸，不將乙醇的具體化學結構直接展示給學生，通過定性和定量分析相結合，幫助學生建構乙醇模型的同時，培育學生證據意識和模型認知維度的核心素養。

（二）認知沖突誘發深度學習

深度學習的課堂核心二：把握認知沖突，促進學科思維，激發深度學習。深度學習的課堂應設計具有問題情境的認知沖突，這種沖突會激發學生的興趣和求知欲，幫助學生理解新知識以及完善自身認知框架，促進深度學習。“離子反應”在高中化學是一個重要的組成部分，通過離子反應的學習，學生將認識到物質反應的宏觀現象來源于溶液中微觀粒子間的反應，形成宏微結合的科學素養。

教學片段2：離子反應。

師：四種溶液［Na2S04、K2S04、H2S04、Ba（OH）2］兩兩混合，寫出能發生化學反應的化學方程式。

生1：投影如下。

師：反應①BaS04和NaOH 是新生成的物質嗎？反應②BaS04和KOH 也是新生成的物質嗎？反應③BaS04和H2O 也是新生成的物質嗎？

師追問：反應①反應中的NaOH 和反應②中的KOH 到底是不是新生成的物質？從反應前后混合液微觀離子數目變化來說明。

生（表示疑惑）：……

【設計意圖】創設四種溶液兩兩相互反應，看似很簡單，但經過追問，激發了學生學習欲望和認知沖突，促進了學生的深度思考，在后面的學習中經過分析—猜想—設計實驗—證據推理—深化學生對離子反應本質的理解。

（三）數字化實驗引發深度學習

深度學習的課堂核心三：巧借數字化實驗，構建深度學習的課堂。數字化實驗對于學生理解離子反應十分有利。數字化實驗一方面能直觀地呈現出實驗現象，營造真實的教學情境，幫助學生理解相關概念；另一方面，學生在數據分析處理的過程中，可以建構新知，不斷完善自身知識體系。

教學片段3：《離子反應》第二課時。

師：以①Na2S04和Ba（OH）2反應為例，氫氧化鋇溶液中含有什么離子？硫酸鈉溶液存在什么離子？你推斷的依據是什么？復分解反應中所有微粒都參與反應了嗎？以數字化實驗來證實。

【實驗藥品】:硫酸鈉溶液（物質的量濃度0.1mol/L）、氫氧化鋇溶液（物質的量濃度0.1mol/L）。

【實驗儀器】250mL 燒杯、鐵架臺、滴定管、攪拌子、磁力攪拌器、電導率傳感器等。

學生進行小組合作，帶著問題探究。將50ml 0.1mol/L 氫氧化鋇溶液中逐滴加入50ml0.1mol/L 硫酸鈉溶液，在此過程中觀察溶液電導率的變化。實驗結果如圖1 所示。

圖1 電導率變化

學生匯報實驗現象：燒杯中有白色沉淀生成，電導率急劇下降，最終電導率不為零。

師追問1：通過電導率測量實驗推斷，在滴定的過程中，電導率的變化趨勢如何？反應混合液中微粒形式在此過程中發生了怎樣的變化？這些變化說明溶液發生了什么化學反應？

師追問2：這三個真實現象從微觀怎么解釋？

生：因為Ba2+和結合生成白色的BaS04沉淀，導致溶液中Ba2+和數目減少，進而總離子濃度減少，電導率下降。

師追問3：最終電導率為什么不為零？

生：反應后溶液中的Na+和OH-離子個數不變。

師追問4：硫酸鈉和氫氧化鋇溶液的反應是由于哪些微粒間的作用而產生的？

【設計意圖】引導學生由復分解反應概念向離子反應概念轉變。借助學生已有知識，引導學生深入分析和正確理解復分解反應的實質。通過問題誘導，并借助數字化實驗平臺，幫助學生建構離子反應這一概念。數字化實驗的引入能有效消除學生的認知障礙，促進學生在實驗的過程中進行深度學習，更有效地理解離子反應的本質，掌握對應方程式的書寫。

（四）重構認知模型促進深度學習

深度學習的課堂核心四：認知模型的重新修正和重構，促進深度學習。以雙液原電池為學習內容，學生通過對化學能轉化電能效率的證據推理，進一步修正原有的認知模型，重構原電池的模型，促進深度學習。

教學片段4：蘇教版選擇性必修1《原電池》。

師：利用桌面上的儀器和藥品搭建組裝單液Cu-Zn 原電池。Cu-Zn 原電池的示意圖如圖2 所示。并用溫度計測定體系的溫度有無變化。

圖2 Zn-Cu 原電池示意圖

學生搭建裝置進行實驗，讀取溫度計示數，觀察指針和電極周圍現象并記錄。

【設計意圖】引導學生從物質變化和能量轉化效率的角度思考問題，發展學生的批判性思維。

師：鋅電極與硫酸銅溶液發生反應，生成Cu 沉積在鋅片上。化學能不僅轉化為電能，還轉化熱能，所以指針不穩定，迅速歸零。

師追問1：導致出現指針不穩定，迅速歸零現象的根本原因是什么？如何進行改進，能夠穩定指針？畫出實驗裝置簡圖，組內討論，組間互評。

學生通過思考，回答原因是Zn 直接和硫酸銅溶液接觸。因此將Zn 和CuSO4溶液隔絕，可以解決此問題。并繪制裝置圖，展示如圖3 所示。

圖3 改進后的Zn-Cu 原電池

師追問2：將隔離的Zn 放在什么溶液？

生：選擇含Zn2+電解質溶液最好，因此選擇ZnSO4溶液。

學生動手搭建連接裝置（驚訝此時沒有電流產生）。

師追問3：為什么沒有電流產生？因為沒有形成閉合回路，怎樣讓兩個燒杯中電解質溶液聯通起來？

【知識鋪墊】鹽橋可以連通兩電路。

師：使用鹽橋搭建裝置，觀察電流表的指針偏轉方向以及指針是否能夠維持穩定狀態，取出鹽橋，觀察指針有何變化。

學生動手實驗并交流討論得出結論（隔開氧化劑和還原劑，連接二者之間鹽橋可以有效提高電流轉換效率，產生持續穩定的電流）。

師追問4：雙液原電池是怎么產生持續穩定電流？

學生觀看微觀動畫完成下表：

【設計意圖】讓學生重新認識化學反應轉化為電能的原理，體驗認識能量轉化過程需要考慮效率，并且可控。Zn（s）+Cu2+（aq）=Zn2+（aq）+Cu（s），△H=-216.8kJ.mol.1-1，放熱的氧化還原反應是構成原電池的基本要素。引導學生將還原劑和氧化劑徹底分開，從而打破原有認知模型，建構新模型。微觀動畫有助于學生從感性認識發展到理性分析，進而發展學生宏微結合維度的核心素養。

師：鹽橋中的離子移動方式是什么樣的？為什么是這種移動方式？

學生領悟鹽橋在化學能高效轉化為電能的重要作用。

師講述：靜電作用使陰、陽離子定向移動。

師生共同總結：鹽橋的作用為連通兩端的電路，使兩種溶液能夠維持電中性。鹽橋中離子的定向移動構成了鹽橋原電池。Zn 和鋅鹽溶液以及Cu 和銅鹽溶液分別組成兩個半電池，最終形成原電池。

學生邊聽邊自主建構原電池的思維導圖。

【設計意圖】重新建構和完善帶鹽橋的原電池模型，深化學生對原電池的原理以及構成條件的認識，進而發展學生模型認知維度的核心素養。

三、深度學習的教學思考

文章通過開展小組合作探究、創設認知沖突情境、依托數字化實驗以及重構認知模型等教學策略，構建了基于理解的深度學習課堂，促進了學生高階思維的培育，實現了核心素養的落地。學生在學習過程中積極思考、主動探索，充分感受到了化學的廣泛應用，真正體驗到了學科的價值，激發了學生的學習積極性和社會責任感。通過實踐探索，作者認為教師在組織基于深度學習的課堂教學時，應注意以下兩點：

一是教師應有效利用知識載體、學習資源，充分調用各種傳媒手段，課堂上給學生豐富的大腦刺激，引發思維動力，比較強烈而持久地推動學生大腦活動。開展有效的小組互助合作，教給學生小組互助合作的要求和方法，通過自評、互評、教師評價，及時了解學生進階過程，給予分層次的指導，形成長期互助學習共同體，讓深度學習成為學生的學習習慣，成為課堂教學常態。

二是構建有利于化學核心素養培育的深度學習課堂，關鍵在于設置促進深度思考的問題情境。營造真實的教學情境，讓學生自主體驗科學探究的過程，引導學生通過深度學習，深刻理解相關概念，不斷修正和完善原有的認知模型。學生個體對情境的感知和信息捕獲存在不同程度的差異，從而各自的思考方向、思考途徑、思考時間和空間以及思考品質等等都會存在差異化，課程設計和課堂教學必須為優化深度學習提供滿足學生多元智能結構的有力支撐手段與措施。