深度學習視角下的高三化學實驗復習教學

楊恒建 貝偉浩

[摘? ?要]文章基于教育部下發的《關于做好2021年普通高校招生工作的通知》和高三教學生態背景思考教學的意義，簡要介紹淺層學習和深度學習的內涵，以深度學習理論和必備知識整合為切入點，結合課堂案例分析，淺談高三化學實驗復習教學策略，即選取科學有價值的情境素材、創設多維有深度的問題系統、提煉分析裝置的觀念與模型和建立協同學習模式。

[關鍵詞]深度學習;高三化學;實驗復習教學

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）32-0061-03

一、背景

2021年2月，教育部下發了《關于做好2021年普通高校招生工作的通知》，其中在深化考試內容改革方面指出，高考命題要堅持立德樹人，加強對學生德智體美勞全面發展的考查和引導，減少死記硬背和機械刷題現象。該通知對高三教學有很好的啟示。那么復習備考時我們該如何引導學生減少死記硬背和機械刷題呢？我們該如何讓教學更有活力，更有意義呢？

2021年3月4日，在南寧市高三視導活動中，筆者有幸以“深度學習視角下的高三化學實驗復習教學”為主題與同行們進行了交流探討，獲得了大家的肯定。本文以深度學習理論和必備知識整合為切入點，結合課堂案例分析，淺談高三化學實驗教學復習策略。

二、指向深度學習的實驗復習教學策略

高三實驗教學多以復習課為主，學生動手實驗甚至觸摸實驗器材的機會很少，有些教學生態是“背”字訣：背實驗、背現象等，背熟后再輔以大量練習，然后再背再練，如此往復，機械記憶替代了有意義的理解，學生獲得的知識漸漸固化，思維逐漸惰化，情感也慢慢失活，這樣的學習方式是淺層化的。與淺層學習對應的是深度學習，深度學習是起于理解，具有“理解認知”“高階思維”“整體聯通”“創造批判”“專家構建”等特征的學習[1]。簡單地講，深度學習就是建立在理解的基礎上，通過解決真實問題所進行的可遷移學習。

以下是筆者結合學情，對指向深度學習的高三化學實驗復習教學的嘗試。

1.選取科學有價值的情境素材

情境是學習的重要載體，是教學的邏輯起點和線索。好的情境素材能調動學生正向的情感體驗，促進學生完善知識結構，利于學生學科素養和價值觀的提升。情境主要有學習情境、生活情境、社會情境、學術情境等。從生活、社會或高深的學術文獻中加工提取科學有價值而且適合高三學情的情境素材并不容易，這可能需要時間和強大的研究團隊。但作為高三一線教師，從教材和高考真題中尋找情境素材還是相對容易做到的。

【案例1】閱讀高中化學必修1第59頁有關硫酸鋁鉀的“資料卡片”。

思考鏈：①如何制備明礬？②制備明礬的實驗原理是什么？③如何分離提純明礬？④明礬的產率是多少？⑤如何制備硫酸鐵銨？

分析：（1）情境素材源于教材又深于教材。教材的“資料卡片”中并沒有介紹明礬的制備方法，需查閱文獻。學生小組討論后得知：十八水硫酸鋁和硫酸鉀按等物質的量投料，溶于熱水，降溫結晶后可得到明礬。素材分析激發了學生的學習興趣，拓寬了學生的視野，提升了學生的認知，同時呈現了從教材中挖掘素材的新模式。（2）構建制備性實驗結構。思考鏈涵蓋了制備方法、實驗原理、產率計算等內容，問題多元有深度，提高了學生對制備型實驗結構化的認識。硫酸鐵銨是由硫酸鐵和硫酸銨以等物質的量反應生成的，其制備問題的解決是基于明礬制備實驗原理的運用，培養學生對相關實驗原理的遷移運用能力。（3）鼓勵質疑，引導深入探究。思考⑤源自2019年高考全國Ⅰ卷化學第27題“利用廢鐵屑制備硫酸鐵銨”，筆者分析這道題時有學生在課堂上提出了疑問：過氧化氫為什么要分批加入？鐵屑上的油污從哪來？這些問題有深度、有價值，筆者引導學生小組共同探討并達成共識：過氧化氫在鐵離子的催化下反應過快，會引發暴沸，同時也會造成試劑浪費;而工業上為防止機器切割鐵屑時的摩擦損耗，通常會在機器上涂油，因此鐵屑會沾上油污。學生敢于提出問題批判質疑，這是令人欣慰的。深度學習課堂是提倡對話的，和自己對話，和他人對話，在對話互動中加深理解。當然，如果條件允許，可以在實驗室進行相關實驗，這更利于促進學生對實驗原理的理解。

2.創設多維有深度的問題系統

問題是教學進行的推動力，好的問題系統有利于整合零散的知識，提升學生的化學表征能力，使學生形成學科大觀念。問題的設計應起點低、有層次、有深度、多元化，從而形成思維進階式的問題系統。

【案例2】二氧化硫化學性質的復習（高三一輪復習）。

問題系統：①A、B、C、D、E、F（如圖1）中的實驗現象是什么？②若將褪色后的C試管加熱，會有什么現象？③各實驗原理是什么？④如何書寫各反應方程式？⑤若將試管F中的溴水替換成硝酸鋇溶液[2]，會有什么現象？⑥若將硝酸鋇溶液換成氯化鋇溶液，是否會有白色沉淀生成？為什么？⑦向BaCl2溶液中通入SO2氣體為什么沒有白色沉淀生成？請運用相關原理進行解釋。（常溫下，H2SO3：[Ka1=1.0×10-2]，[Ka2=6.0×10-8];BaSO3：Ksp=5.0 × 10-7）⑧哪些方法可以使通入SO2的BaCl2溶液中產生沉淀？請設計實驗方案并進行驗證。

分析：（1）構建必備知識結構圖。將有關二氧化硫的重要反應嵌入整個裝置系統中，呈現了真實的反應情境，有利于學生將“虛”的孤立的反應個體和“實”的儀器藥品裝置關聯復位，形成直觀、整體的認識，加深對化學三重表征的理解。通過對問題①②③④的分析，學生學會從學科概念去思考，較容易地梳理提取出二氧化硫化學性質的必備知識，即酸性氧化物、特性（漂白性）、氧化性（弱）、還原性（強）等。但這些必備知識點依然有些孤立，知識點之間有沒有聯系呢？筆者引導學生再次思考試管A、B、C和試管D、E、F中反應的特點，學生分析得出二氧化硫在體現酸性和漂白性的反應過程中化合價不變，而體現氧化性和還原性時化合價變了，進而形成基于價態觀的新的認知結構圖（如圖2）。

（2）必備知識結構圖的應用。對于問題⑤，學生能較快回答出有“白色沉淀”，也能回答出大致原因是硝酸氧化二氧化硫產生的硫酸根離子和鋇離子反應生成硫酸鋇沉淀，思維有一定的邏輯性但還不夠清晰。筆者追問：硝酸根離子能氧化二氧化硫嗎？硝酸中的氫離子從哪來？學生討論分析得出：二氧化硫通入硝酸鋇溶液中，二氧化硫和水反應產生亞硫酸，亞硫酸電離產生氫離子，硝酸根離子在有氫離子的酸性環境中氧化性增強，氧化二氧化硫生成硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子反應生成硫酸鋇白色沉淀。在“宏微”分析中，學生對該反應的認識逐漸清晰化，思維逐漸顯性化。對于問題⑥，學生很快回答出“沒有白色沉淀”，并給出一致性經驗解釋：弱酸不能制強酸。筆者追問：為什么亞硫酸不能制鹽酸呢？你的證據是什么？問題⑦的設計培養了學生的證據推理能力，使學生的思維實現縱深發展，認知也有了新的提升。問題⑧讓學生運用必備知識進行實驗設計，培養創新能力，而基于一維價態觀的必備知識的調用還不能很好地完成此任務，為此筆者引導學生從二維價類觀支配必備知識去完成實驗設計任務。學生設計了加入氫氧化鈉、過氧化氫、次氯酸鈉、硝酸、氯水、氯化鐵等溶液多種方案并進行了評價，最后結合實際條件選取一些方案進行實驗驗證。整個課堂有多元的“思”，有興致的“動”，充滿了活力和生機。

3.提煉分析裝置的觀念與模型

實驗裝置是實驗本體發生的場所，能整合意義相關的內容，能呈現真實的實驗探究情境。正確理解實驗裝置在探究過程中承載的作用，既有利于學生對化學反應過程的理解，又利于培養學生的創新意識。

【案例3】廣口瓶的用途： 一瓶多用。

分析：（1）提煉“進出觀”。圖3中裝置A有收集作用，B有收集和測量作用，C有洗氣作用，D有混合作用，E可作安全瓶。廣口瓶的用途是實驗原理必備知識，各用途之間有沒有關聯呢？為此，筆者提出“進出觀”的概念，即廣口瓶無論是用于收集還是洗氣，其實就是考慮誰進誰出、怎么進怎么出、從哪進從哪出以及進出的速度等問題。當然“進出觀”不是化學本原觀，只是一種分析實驗裝置的方法觀。如可用“進出觀”思考：圖3中G裝置能否替代F裝置？液溴是快進還是慢進？

（2）構建基于“進出觀”的綜合實驗裝置分析模型。先通過分析教材中制備氯氣的裝置，構建基礎實驗裝置模型：發生—除雜—收集—尾氣處理;再基于“進出觀”，按照氣流進出方向和速度分析2020年高考全國Ⅲ卷化學第26題，涉及制備氯酸鉀和次氯酸鉀的裝置，由產生氯氣、除去氯化氫、制備氯酸鉀和次氯酸鉀、處理氯氣尾氣四部分組成。教師和學生探討互動，建構出復雜的實驗裝置模型： 產氣—除雜—主反應—處理，這是基礎模型的遷移和發展。

4.建立協同學習模式

在深度學習過程中，學生還可以通過小組研究性學習以及合作交流，達到對自己、對他人甚至對社會的深入理解。共同體式的學習可以讓學生情感外顯，思維互補，共享共贏。協同學習的類型可以是項目主體型、興趣自選型、深度持續型等;研究內容有學科閱讀、試卷分析、方法優化、實驗本體研究等。如在復習有關裝置氣壓原理問題時，教師給學習小組布置了課后研究性任務：量氣管的使用及誤差分析。某男生通過和組內同學交流探討，利用醫用輸液管模擬自制了量氣管裝置并準確分析了液面調節引起的誤差問題。可以想象在今后很長的歲月里，若這位男生去醫院打點滴，肯定會想到曾經在班上的美好，或許這就是深度學習中情感的“深”吧。

三、教學反思

化學實驗復雜多變，能力要求高，是有著良好的育人功能的載體。實驗教學復習需著眼于化學研究的四個維度，即宏觀、微觀、符號和建模，聚焦高考考查內容，即必備知識、關鍵能力、學科素養和核心價值，而深度學習是很好的途徑。筆者認為，深度學習的邏輯順序是“知識—理解—遷移—遠遷移”，即通過運用必備知識實現理解，再在陌生情境中靈活運用實現遷移，最后在復雜的情境中熟練地運用必備知識實現遠遷移。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 付亦寧.深度學習的教學范式[J].全球教育展望，2017（7）： 47-56.

[2]? 張瀟.高三化學復習課學案的編制與應用研究[D].濟南：山東師范大學，2016.

（責任編輯 羅 艷）