基于深度學習的初中化學教學實踐研究

沈紅英

摘要：簡要提出目前初中化學教學中存在的問題，從實踐層面提出初中化學教學中實施深度學習的可行性和必要性，發展學生的高階思維能力和學科核心素養。

關鍵詞：深度學習;淺層學習;化學教學;高階思維

文章編號：1008-0546（2021）07-0015-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.004

一、問題的提出

化學學科知識的構建需要一定的數學、物理知識，故在初中階段，化學學習處于化學知識的起始階段。在進行初中化學教學時，教師往往注重化學基本知識、基本技能的傳授，輕視學科方法、學科觀念、學科情感和價值觀等方面的引導，使得不少學生缺乏用化學學科的視角看待生活中的現象與事物，這樣培養出來的學生缺乏主動構建知識的能力、遷移知識的能力、分析解決實際問題的能力等。

2020年初的新型冠狀肺炎，有報道稱84消毒液和酒精不能混合起來消毒，會產生氯氣。這一事例充分體現了學校教育教學的目的主要還是應試，并非提高科學素養。日常教學一般停留在知道結論，用結論去解釋事實，學生很難形成自己認識世界的模型，也很難修正固有的認知模型，在解決一個問題時，只憑已經獲得的認知模型，并不思考這些認知模型是否科學，是否適合解決實際問題。科學發展到今天，我們并不缺乏“知識”本身，缺乏已有的認知模型，而是缺乏思維和思想，缺少深度學習。

二、什么是深度學習

深度學習的概念源于機器學習。計算機可以憑已有經驗、層次概念來學習，理解深層、復雜的知識，具備智能化，不需要人類形式化定義好所有知識。教育教學中的深度學習與之不同，它不是指有難度、有深度、有挑戰性的學習，它關注知識的獲取方式，強調在深度理解的基礎上，主動建構、遷移知識，發展和提升學習者的智力和各種能力。學習者通過深度學習獲得的知識和能力，會刻在腦海中，會將這些知識和能力應用到其他知識和能力獲取的過程中。美國學者Ference Marton等人于1976年首次提出深度學習的概念，把學習者的學習分為兩類：淺層學習和深度學習[1]。下表1是根據有關研究者的研究，分析得出淺層學習和深度學習的不同之處：

浮于表面的淺層學習，主要機械記憶零散知識點，簡單地理解和搬運碎片化的知識，不會靈活應用，學習過程中很難做到有生長點。深度學習是學生在教師的指引下，積極主動參與學習過程，融合、整合所學知識，將知識遷移應用到新情境、新問題中并加以解決，建構學科知識體系，促進學生的思維能力、創新和創造能力、解決實際問題能力的發展，形成高級的社會情感、積極的人生態度、正確的學科價值觀，發展學生的學科核心素養。

三、初中化學基于深度學習的教學研究

事實性化學知識為主的初中化學教學，教師在傳授化學知識時，更應注重化學的學科方法、學科思維能力、學科應用價值等方面的引導，促使學生在學習化學的初始階段，逐步形成從化學視角認識問題，解決問題的能力，逐步形成正確的價值取向、必備的品格和關鍵的能力，同時深度學習并不否認事實對于思維和問題解決的重要性。

1.以概念教學為載體，促進學生對化學概念的深度學習

初中化學概念教學往往就是“提出問題、通過事實或實驗證明、下結論、機械記憶、練習鞏固”這些環節[2]，這是應付紙筆測試相對比較有效的方式，但這種機械的學習方式，學生只會死記硬背概念，屬于淺層學習，不能深入理解概念的內在含義，無法正確靈活應用概念解決一些實際問題，很難培養學生的化學學科觀念，很難提升學生的化學學科思維能力，不利于學生的終身學習。

以“質量守恒定律”學習為例，它是化學計算的依據。對于這一重要規律、概念的學習，滬教版九年級化學教材采用了科學探究的一般方法。科學探究始于問題的提出，源于事實或現象對問題作出合理的猜想和假設。根據教材提供的實驗：密閉裝置內用膠頭滴管將氫氧化鈉溶液滴入硫酸銅溶液的錐形瓶中，用注射器將少量的稀鹽酸注入石灰石的錐形瓶中。實驗過程中，天平指針不產生偏轉，得出質量守恒。這樣的教學，浮于表面，沒有細致深入的分析，只是為了得出結論，不利于訓練學生的思維。教師在教學過程中，更應注重研究這一規律的過程和方法的深入學習，為什么要選擇這兩個實驗？為什么要在密閉裝置中實驗？質量守恒定律是自然界中存在的普遍規律，但教學時不可能用盡所有實驗來研究，只需要選擇代表性反應研究。教材中的實驗有一定的代表性和邏輯性，利用歸納法研究一類反應。在進行質量守恒定律教學時，應該注重引導學生思考從哪些角度設計實驗進行驗證，引導學生深入學習科學精神和科學研究方法并反思，讓學生深刻理解歸納法是科學研究的重要方法。在對該概念剖析后，設計如下習題，輔助學生進行深入思考、深度學習。

例：定量研究對于化學的發展有重大作用。根據圖1A、B、C提供的實驗中，天平指針不發生偏轉的是__________。

若對質量守恒定律的內容僅僅處于記憶或簡單的理解等低階淺層思維階段，學生很難正確解答。同樣用氣球形成密封環境，為什么白磷燃燒最終天平的指針不發生偏轉，而碳酸鈣和稀鹽酸反應，即便產生的二氧化碳氣體被氣球所收集，天平的指針還是發生了偏轉？A和C實驗一對比，引發學生思維上的沖突。要作出合理的解釋，需要一定的物理知識。可見，深度學習要求學生整合已有的知識或經驗，融合不同學科之間的知識。在教學時，教師要知道學生儲備的知識，也要指導學生尋找學科之間知識的關聯點，有機整合各學科知識，學會跨學科知識的遷移和應用，提高學生高階思維能力的發展。可見，淺層學習獲得的知識很難被遷移，只有對知識進入深入研究、主動反思時，才能順利進行知識遷移，融會貫通，形成知識體系。

2.以實驗教學為依托，激發學生深度學習的欲望

化學實驗激活了化學課堂教學，但學生往往僅停留在觀察實驗現象層面，缺乏思考，尤其缺乏從思維的角度深入分析和研究，不懂得觸類旁通，停留在淺層學習階段。在實驗教學中，教師要從關注實驗的視角轉向關注學生思維發展的視角，引導學生從感性思維走向理性思維。

如研究鐵生銹條件的實驗，不是簡單按教材進行幾個實驗，得出鐵生銹的條件是氧氣和水，而是要讓學生學會怎樣設計實驗來研究金屬生銹。在深入理解用控制變量的實驗方法研究鐵生銹條件的基礎上，提出銅生銹條件的研究。根據銅銹蝕后形成綠色物質銅綠Cu2（OH）2CO3，先從元素守恒的角度讓學生分析，銅制品放置在空氣中被銹蝕了，可能需要空氣中的哪些成分，再設計實驗證明。

根據圖2，讓學生分析試管中的銅片能否生銹及原因，對實驗的設計作出評價，在學生的交流發言中不斷進行修正，掌握對比實驗分析的方法，以舊促新，發展學生的邏輯思維能力和批判能力，自覺產生反思行為。讓學生理解實驗設計并非隨意，而是據于已有知識開展的設計，有據可循，體現了知識之間的關聯性，學生所掌握的知識要學以致用，要把碎片化的知識加以整合，形成系統化的整體知識。

再以“基礎實驗2 CO2的制取和性質”為例，當觀察到錐形瓶內無氣泡產生，是否意味著反應已徹底結束？在反應后的殘留固體中滴加稀鹽酸，意外發現有氣泡冒出。對于這一意外的現象，在學習完酸堿鹽以后，可以引導學生進行深度學習，培養學生的思辨能力。在錐形瓶中加入足量石灰石和一定體積的稀鹽酸，無明顯現象后，靜置，取上層清夜，測其pH，顯示呈酸性，此時錐形瓶內仍有固體殘留，是否殘留固體中已無CaCO3？是否意味著實驗后稀鹽酸有剩余，還是產生的CO2溶解于水中形成H2CO3使溶液呈酸性？可設計兩個實驗驗證：①加熱反應后的液體，冷卻后，測pH;②另取少許稀鹽酸，加入到反應后的殘留固體中。實驗①排除了CO2的干擾后仍呈酸性，實驗②又有氣泡產生，這兩點現象都充分說明稀鹽酸沒有反應完。為什么觀察不到明顯現象？是因為隨著反應的進行，盆酸中的氯化氫不斷被消耗，鹽酸濃度變小，反應速率變慢，現象不明顯了，而事實上，反應還在持續進行。從有明顯現象到現象不明顯，并不一定表示化學反應結束，引導學生多角度認識化學變化，輔以下列練習進一步加深理解：

例：取一定質量的石灰石和純堿粉末于兩只小燒杯中，分別倒人一定量的稀鹽酸，振蕩，一段時間后，觀察到石灰石的燒杯中有固體殘留，氣泡消失;純堿粉末的燒杯中固體完全消失，氣泡消失。再進行如下實驗（表2），請分析原因。

從實驗數據上引發學生認知思維上的沖突，同樣是碳酸鹽，實驗結果不同。新舊知識之間產生沖突，引導學生得出反應的快慢和反應的程度不僅和鹽酸的濃度有關，還和固體在水中的溶解度、分散形式有關。通過實驗教學的深度學習，把學生已掌握的知識作為進一步深入學習的起點，形成知識的更新和重組，有利于培養學生的思辨能力和反思能力，發展學生的科學思維能力。

3.以復習課為契機，提升學生深度學習的能力

在化學教學中復習課很難出新意，很多復習課往往就是知識點的復述，配以習題。這樣的復習課課堂形式單一，很難達成復習的深度和難度。但好的復習課，卻可以讓學生將所學知識進行有機整合，腦海中形成知識網絡，在解決實際問題過程中，會做到融會貫通。在復習階段，設計好復習內容，以學生的發展為中心，找到知識點之間的內在關聯并進行遷移應用，促進學生積極主動學習、自覺反思，必將使學生的學科素養得到升華。

如進行酸堿鹽的復習課時，與“構成物質的微粒”“溶液”這些章節整合起來。微粒的性質決定了宏觀物質的性質，從微觀粒子的角度進行設計，整體把握酸堿鹽的性質和反應的實質，讓學生的學習上升到方法和規律。以硫酸型廢水中的硫酸的檢驗、除雜為例，從微粒觀的角度進行復習教學。

問題1：怎樣檢驗工廠排放的廢水中含有硫酸？

引導學生討論分析硫酸溶液中的微粒：H+、SO42-和H2O，真正要檢驗的是H+、SO42-，進入H+和SO42-幸復習。關于H+的復習，實際上就是酸的通性的復習，引導學生用微粒觀、元素守恒觀、分類觀、變化觀多角度進行歸納總結：凡是有H+的物質都能與含O元素的金屬氧化物、含OH-的堿結合成H2O，都能與含CO32-碳酸鹽反應產生H2CO3，H2CO3不穩定分解成H2O和CO2，揭示了酸與金屬氧化物、堿、碳酸鹽反應的本質，發展學生的高階思維能力。而SO42-離子的檢驗，選擇氯化鋇等可溶性鋇鹽溶液，提供自由移動的Ba2+即可。從元素、微粒的角度對物質的性質進行總結歸納，找出反應規律，有利于學生主動有效建構新知識，提升學生的學習方法。

問題2：若用Ba（OH）2溶液除雜，怎樣證明廢水中的H+、SO42-恰好除盡？

這是除去廢水中的硫酸的深入研究，從電離角度分析，除雜后溶液呈中性，廢水中的SO42-恰好也被除盡。但從直觀的實驗角度，當廢水中的H+被除去，很難說明SO42-也作用完。可以在廢水里滴加Ba（OH）2溶液，用電導率數字傳感器測實驗過程中電導率的改變，從離子視角分析，兩者正好完全反應時，水溶液中自由移動的離子濃度降低到最低點，可以認為已經除盡。進一步引導學生酸堿鹽的學習要學會從離子的視角分析，讓微粒觀植根于學生的腦海中，為高中的離子反應打下堅實的基礎。

問題3：①在BaCl2和NaOH的混合溶液中滴加稀硫酸，②在氯化鈣和鹽酸的混合液中滴加碳酸鈉溶液;③在氯化銅和鹽酸的混合液中滴加氫氧化鈉溶液[3]。三種情況下都是一開始就產生沉淀，還是一段時間后產生沉淀？

都是產生沉淀，為什么會在不同時間點產生？引發學生認知上的沖突。教學時引導學生從水溶液中的離子角度分析，問題①中生成的BaSO4難溶于水和酸，所以一開始就能形成穩定的沉淀;而問題②、③在酸性環境中不能形成穩定CaCO3沉淀，Cu（OH）2沉淀，這兩種沉淀會和鹽酸作用，產生易溶于水的物質，故只有當鹽酸作用完后，才會形成穩定的沉淀。問題①和③雖然都是酸堿鹽三類物質之間反應形成沉淀，但其反應的微觀本質不同，故宏觀現象也不同。

可見，酸堿盆之間的復分解反應重在從微粒的角度分析反應的本質，而非簡單的機械記憶，尤其酸堿鹽溶液混合后發生多個反應時，絕不可以讓學生簡單地記憶反應的先后順序，要從反應的本質出發，重在相似題型不同解答的本質，重在思維能力的訓練，重在學生反思能力的培養，促使學生從淺層思維走向高階思維。

有深度的老師，有深度的學生，才能組織好深度學習。作為化學教師，把握化學學科本質及思想方法，讓學生明確學習目的和動機;注重學習過程而非學習結果，引導學生對知識進行主動加工和整合，從思維角度深度理解和反思所學知識;要創造更多更好的機會讓學生建構新的知識體系，發展學生理性思維能力，讓學生成為既具獨立性、批判性、又有創造性和創新性的學習者。

參考文獻

[1]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）：7-8

[2]何翔.促進學生化學概念深度學習的教學策略探索[J].北學教學，2017（7）：26

[3]馮杰亮.初中化學模型建構促進深度學習的教學策略探討[J].教學月刊·中學版，2019（11）：21