以實驗探究促進單元整體的深度學習

張宇星 北京師范大學燕化附屬中學

單元整體深度學習要按照《普通高中化學課程標準》（2017 年版2020 年修訂）的指導，緊緊圍繞“立德樹人”的根本任務開展教學，弘揚科學精神，提升學生的化學學科核心素養。在此，筆者以“鈉及其重要化合物”為例，對重視實驗探究且指向深度學習的高中化學單元整體教學進行深入研究。

創設真實的問題情境

新課標強調培養學生解決實際問題的能力。所以，與實際生活相關聯，創設真實的問題情境是教學設計中重要的環節。真實情境一方面能激發學生的興趣，更重要的一方面能讓學生從真實情境中抽提出關鍵化學問題，找出對應的解決辦法，從而提高真實問題的解決能力。

關于“鈉及其重要化合物”的知識內容，在單元整體教學的三課時中都創設了真實的問題情境。

在第一課時鈉單質中，用《走進科學》欄目視頻“破除迷信——揭秘‘水鬼’”作為真實問題情境，學生從中抽提出“水鬼”的真實身份——鈉。講授第二課時鈉的兩種氧化物時，用滴水生火、吹氣生火的實驗作為真實情境，讓學生產生認知沖突，水和二氧化碳在日常生活中用來滅火，在這里為什么可以生火？講授第三課時鈉的兩種鹽時，真實情境是如何區分廚房中的蘇打和小蘇打，與學生的實際生活緊密聯系。

“鈉及其重要化合物”的單元整體教學注重真實情境設置，利用任務驅動，使學生在解決問題的過程中，獲得鈉及其重要化合物的知識，培養學生實驗探究的能力，發展學生化學學科核心素養。

預設結構性教學問題

結構性教學問題是整個教學活動的骨架，用問題串聯整個教學內容，激發學生參與的愿望，用任務驅動學生活動，問題難度層層遞進，促進學生深度思考，讓化學實驗不僅僅停留在實驗操作和觀察現象的淺層級，還指向深度學習，重點培養學生的預測和探究能力。

“鈉及其重要化合物”三個課時都是以實驗探究為核心方法的單元整體設計。每個課時的思路都是對于以下探究物質性質的思路的實踐：明確目的—解讀物質—應用原理—分析結構—合理預測—嘗試書寫—明確現象—設計實驗—尋找證據—解釋現象—說明理由—得出結論。

第一課時鈉單質的結構性教學問題鏈為：由“Na”能想到什么？（從宏觀、微觀、定性、定量的角度解讀元素符號）—鈉能否與水發生反應？（根據氧化還原反應原理，預測鈉與水反應的產物）—解讀鈉與水反應的化學方程式？—小組合作做實驗，觀察到哪些現象？如何解釋？—總結實驗探究的思路？—預測鈉在煤油和水里反應的現象？→如何用科學破除迷信？（破除迷信，揭秘“水鬼”）

第二課時鈉的兩種氧化物的結構性教學問題鏈為：鈉能否與氧氣發生反應？（分析、預測鈉與氧氣反應的產物，寫出化學方程式。）—氧化鈉有哪些化學性質？（從物質類別的角度，分析預測氧化鈉的化學性質）—鈉與氧氣在加熱條件下反應產物是什么？（觀察實驗現象，對產物做出猜想）—如何做實驗驗證鈉燃燒的產物？（設計實驗驗證是否為氧化鈉）—觀察演示實驗滴水生火、吹氣生火，實驗現象有哪些？如何解釋？—如何驗證過氧化鈉與水反應的產物？—過氧化鈉有什么用途？—鈉著火怎么滅火？

第三課時鈉的兩種鹽的結構性教學問題鏈為：如何鑒別廚房中的蘇打和小蘇打？→如何設計實驗方案鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉？→小組做實驗，觀察到什么現象？得出什么結論？→歸納碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質和化學性質？

“鈉及其重要化合物”三個課時強調學生的預測與對化學方程式的解讀，三課時都在延續和強化研究問題的思路方法。以化學方程式為核心展開實驗研究，通過各種實驗手段，開放性思考，開放性探究問題的設置，讓學生展開開放性的思維，應用自己原有的知識，綜合地解決問題。

設計可操作實驗活動

建構主義提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用，教師是意義建構的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者。教師不能因為害怕實驗有危險而剝奪學生主動建構的權利，應給學生創造實驗探究與實驗操作的機會，實現化學實驗過程中的學生主動建構，學生才能在經歷化學實驗過程中有所發現，并借助既有的化學知識、生活經驗等，學會分析問題與解決問題。

“鈉及其重要化合物”三個課時中都設計了學生可操作的實驗活動。

第一課時鈉單質的學生動手實驗活動為：鈉與水的反應，并提供了豐富的驗證產物氫氧化鈉的試劑，如：石蕊溶液、酚酞溶液、pH 試紙、硫酸銅溶液、氯化鐵溶液。

第二課時鈉的兩種氧化物的學生實驗活動為：學生演示滴水生火、吹氣生火；學生小組實驗探究過氧化鈉與水反應的產物。

第三課時鈉的兩種鹽的學生動手實驗活動為：鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉，開放度非常大，學生自主設計并實施實驗，提供的試劑有：碳酸鈉固體、碳酸氫鈉固體、蒸餾水、酚酞、pH 試紙、稀鹽酸、氯化鈣溶液、澄清的石灰水。

尤其是第三課時，基本上屬于學生的自主探究，從預測到設計實驗方案到做實驗驗證到最終得出結論，并總結碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理化學性質，都基本上是學生自主完成的。實現了學生從觀察教師的演示實驗，單純地輸入，轉化成自主探究、自主建構、自主總結。將被動的“記住”研究問題的思路，轉化成自覺地應用思路來研究問題。

選用可視化思維工具

分析問題、解決問題的能力中最核心的是尋找和建立思路。因此高中化學教學中，教師應盡可能地將抽象的思維進行可視化，選擇顯性化的思維工具，引導學生在化學實驗活動基礎上獲得直觀的體驗，再結合化學實驗引導學生對實驗探究思路進行高度的抽象，讓探究過程中學生的思維結構得以呈現出來。

“鈉及其重要化合物”單元整體設計的三個課時中都有用到顯性化的思維工具。

第一課時鈉單質，在解讀元素符號時用到了思維導圖，幫助學生從宏觀、微觀、定性、定量的角度去發散思考可以根據元素符號解讀出的內容，讓思維既發散，又有序，又直觀。在解讀化學方程式時，一開始教師并沒有提示角度，但是有的學生已經可以遷移使用思維導圖的形式，從宏觀、微觀、定性、定量的角度去發散思考可以根據方程式解讀出的內容。在設計實驗時，學生在學案上按照實驗目的、實驗儀器、實驗藥品、實驗步驟、預測實驗現象的內容去思考設計實驗方案，使思維可視化。在做實驗時，不只是觀察，還要記錄實際觀察到的實驗現象，并對實驗現象進行解釋，實驗報告記錄也是重要的顯性化的思維工具。還有讓學生自己總結實驗探究思路的環節，讓學生總結表達出來，思路外顯。

第二課時鈉的兩種氧化物，在預測氧化鈉的性質，設計實驗驗證鈉燃燒的產物，記錄滴水生火、吹氣生火的實驗現象并解釋現象，設計實驗驗證過氧化鈉與水反應產物時不僅僅停留在口頭表達，而是把思維顯化，記錄在學案上。

第三課時鈉的兩種鹽，在設計實驗驗證碳酸鈉和碳酸氫鈉時，讓對比實驗中變量控制的思想顯化，學生不僅要考慮碳酸鈉和碳酸氫鈉二者的性質差異，還要將哪些變量需要控制，哪些是要用來對比的現象分析清楚，并清晰地呈現在實驗報告中。在最后總結碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理、化學性質時，通過自主的實驗探究，將探究出的結論總結并進行展示，提升了學生思維的有序性。

注重實踐性遷移應用

舉一反三、遷移應用是教學的歸宿，在教學中應該注重遷移應用，在實踐中促進學生生活問題的解決，培養學生學以致用的能力，促進學生化學知識的融會貫通，最終實現學生化學學科核心素養的發展。

“鈉及其重要化合物”單元整體設計的三個課時都體現了實踐性遷移應用。

在第一課時鈉單質中應用所學知識破除迷信，視頻中騙人的“水鬼”其實就是鈉單質，所謂的“水鬼四處亂跑”其實就是鈉與水反應產生了氣體推動鈉四處游動，所謂的“水鬼最后消失了”其實是鈉全部與水反應了。通過破除迷信，不僅遷移應用了化學知識，還培養學生崇尚科學的精神。

第二課時鈉的兩種氧化物，讓學生思考過氧化鈉有什么用途，學生根據過氧化鈉的性質，想到它可以用來做供氧劑。讓學生思考鈉著火該如何滅火，不僅整合了鈉和過氧化鈉的化學性質，還強調安全教育，強調以人為本。

第三課時鈉的兩種鹽，結尾用了侯氏制堿法的案例，不僅遷移應用了碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質，還增強學生民族自豪感，培養學生的愛國主義精神。

“鈉及其重要化合物”單元整體設計強調證據意識：預測有依據、實驗有證據、結果有根據，讓學生自己摸索出實驗預測的方法，將實驗探究教學落到實處；強調實驗探究的思路，每個課時都體現著研究物質性質的思路方法，培養了學生的實驗探究能力；還強調了單元的整體性，使任務層層遞進，活動越來越開放，學生自主性越來越高，學習的深度越來越深，讓學生從“學會”發展為“會學”。