在常規課堂中實施基于情境的深度學習

孫春霞 李宛洋 劉頭明

摘要：以人類火星探索活動為情境，進行了以“人類登陸火星的氣體準備”為情境的課堂探究活動，整合了初中化學中與氧氣相關的部分知識，建構了有關制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰性的任務，探索在初中常規課堂教學中實施基于情境的深度學習活動。

關鍵詞：常規課堂;情境;深度學習;制取氣體

文章編號：1008-0546（2022）05-0053-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.012

莫琳·希凱認為：深度思考就是不斷逼近問題的本質[1]。而深度學習是對學習者學習狀態的本質描述，包括學習的學習效度、思維層次及認知進階等方面。

教育部基礎教育課程教材發展中心負責的深度學習總項目組將深度學習界定為：“在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會情感、積極的態度、正確的價值觀，成為未來社會歷史實踐的主人。[2]”該界定通過“具有挑戰性的學習主題”明確教學要有核心活動，確保學生思維的深度，通過“全身心積極參與、體驗成功”界定學習過程中學生參與的思維深度和情感深度，通過“獲得發展”界定學習結果的深度[3]。

課堂是促進學生發展的主陣地。如何在常規課堂教學中促進學生深度學習，培養學生的高階思維能力呢？

2021年 5月，我國祝融號火星車成功著陸火星，全民振奮。在中考前的復習階段，我們以這一高科技素材為依托，設計了一節以“人類登陸火星的氣體準備”為情境的課堂探究活動，整合了初中化學中與氧氣相關的部分知識，建構了有關制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰性的任務，探索在初中常規課堂教學中實施基于情境的深度學習活動。

一、教學內容分析和教學現狀分析

初三中考前的化學復習時間往往比較緊張，化學復習課主要以教師引領學生復習知識點、練題講題形式進行，知識的再現往往浮于表面，形式比較枯燥，不能讓學生感受到化學學習的價值，因而不能真正觸動學生心靈。學生的學習主要由考試驅動，而不是源于認知的需要和解決問題的需要，復習效果也往往不理想。

初中化學中與氧氣相關的知識如氧氣的性質、用途和制取，一直是中考考查重點。氣體制取的原理和方法，是中考考查的難點內容，是初中化學的核心問題之一，也是初高中銜接的重要方面。本課例以初中學生十分感興趣的探索火星情境展開教學，將知識鑲嵌于情境中，以驅動性問題引導探究，引導學生建構制取氧氣的原理模型，形成學生對化學學科核心問題的理解，促進學生的深度理解和高階思維能力發展，實現深度學習。

二、教學目標

1.知道地球大氣的成分，能用對比的方法，分析地球大氣和火星大氣成分異同點和主要成分性質的異同點;

2.通過思考人類登陸火星過程中氧氣的用途，深化對氧氣用途的認識;

3.通過頭腦風暴全面了解制取氧氣的方法，能通過小組討論評價各方法的優缺點和適用范圍，并建構模型形成制取氧氣的原理，使碎片化知識細節轉化為結構化的核心知識，體驗變化觀念，發展模型認知素養;

4.利用制取氧氣的原理模型，挑戰火星原位資源利用制取氧氣的方案設計與評價，提升資料閱讀能力，發展實驗探究與創新意識素養、科學態度與社會責任素養。

三、教學流程

四、教學過程

1.情境導入：鏈接高科技

【播放視頻】2021年5月我國祝融號火星車（見圖2）成功著陸火星的過程以及天體化學家歐陽自遠院士的火星夢。

【導入】看到祝融號火星車成功著陸火星，同學們都熱情澎湃，滿滿的自豪感！讓我們展望一下：火星探測的下一步就是人類登陸火星。人類若要登陸火星，需要做哪些氣體方面的準備呢？

【生】人類登陸火星需要氧氣。

設計意圖：利用火星探索的高科技素材情境，激發同學們的愛國主義情懷和學習興趣，導入：人類登陸火星的氣體準備。

2.對比學習：探究大氣成分

【師】說到氣體，地球和火星表面都有大氣層。

【ppt】火星大氣成分含量的圖表（見圖3）。

【驅動性問題1】火星大氣有哪些成分？是否有氧氣呢？

【驅動性問題2】結合你所知道的地球大氣成分含量，分析地球大氣和火星大氣成分有哪些異同點？

【驅動性問題3】人類呼吸需要氧氣，而火星大氣的主要成分是二氧化碳，氧氣和二氧化碳的性質和用途有哪些異同點呢？

設計意圖：利用表格（見表1），引導學生比較地球大氣和火星大氣的成分差異，學會閱讀圖表分析數據，學會用對比的方法綜合復習兩種不同氣體的性質和用途。

3.建立模型：探究制取氧氣的原理

【驅動性問題1】人類登陸火星為什么需要大量氧氣？

【生】火星探測需要大量氧氣。宇航員呼吸需要氧氣，航天器飛行也需要氧氣作為助燃劑，并且后者消耗氧氣的量更多。

【驅動性問題2】你知道哪些制取氧氣的方法？請小組討論，寫出制取氧氣的方法，方法越多越好。

【生】頭腦風暴，在黑板上寫出制取氧氣的方法。

【驅動性問題3】這些制取氧氣的方法，各有什么優缺點，又分別適用于什么場合呢？你能具體舉例說說嗎？

【生】小組討論、課堂分享、交流評價。表2 制取氧氣的方法

設計意圖：引導學生通過頭腦風暴方式復習制取氧氣的方法，從而將平時零散所學的制取氧氣的方法聚集整合起來。通過學生小組討論、課堂分享和交流評價的方式，以學生為主體，學生能從反應物的狀態、反應條件、氣體是否純凈、成本、環保、產生速度等角度分析各制取氧氣方法的優劣，從而進一步分析這些方法的適用場合，如實驗室、工業、醫療、宇航、潛水等。進一步深化學生對制取氧氣方法的理解，提高解決實際問題的能力，形成化學核心知識和學科思想。

【驅動性問題4】這么多種制取氧氣的方法，你能分類嗎？

【生】可以分為三類，物理方法、化學方法和生物方法。

設計意圖：建構制取氧氣原理的模型（見圖4），解決核心問題，使知識結構化，為后續運用此模型完成挑戰性任務做鋪墊。

4.創新應用：探究在火星上制取氧氣的方法

【提供資料】教師事先以學案方式，提供有關火星大氣、土壤、氣候、環境等方面資料。

【驅動性問題1】人類登陸火星并從火星返回地球時，需要大量氧氣做助燃劑。如何利用火星原位資源制取氧氣？請大家結合制取氧氣的原理以及學案資料，小組討論并設計合理方案。

【生】小組討論、課堂分享、交流評價（見表3）。表3 火星原位資源利用制取氧氣的方案設計

設計意圖：通過設計火星原位資源利用制取氧氣的方案，運用制取氧氣原理的模型，完成挑戰性任務，獲得對化學核心知識和學科思想的深刻理解，實現知識的遷移和應用。

【驅動性問題2】有一位同學提出，火星大氣中含大量二氧化碳，因此能以二氧化碳為原料制取氧氣，大家覺得這個方案可行嗎？

【大多數學生】不可行。我們沒有學過這樣的反應。

【學生A】也許可行，符合質量守恒定律。

【學生B】從原料看，二氧化碳含有氧元素，可能可以作為制取氧氣的原料。也許存在這樣的反應只是我們不知道呢？

【師】化學是一門實驗科學，可用實驗來檢驗假設。火星科學家已經在火星上用二氧化碳為原料制取出了少量氧氣。現在請同學們觀看視頻。

【播放視頻】2021年4月美國毅力號火星車利用火星大氣中的二氧化碳成功制取氧氣。

【師】課堂小結：相信科學、展望未來！

設計意圖：從二氧化碳能否作為制取氧氣的原料，引發學生認知沖突，進一步深化學生對制取氧氣原理的認識，能夠跳出知識的局限，站在更高的原理角度看問題。

五、教學效果與反思

本節課以“人類登陸火星的氣體準備”為情境，層層遞進，設計了由淺入深的三個探究任務，分別是：探究地球和火星大氣成分、探究制取氧氣的原理、探究火星原位資源利用制取氧氣的方案。整個課堂的學習活動成為解決問題的過程。通過全身心投入，完成挑戰性任務，學生獲得對化學核心知識和學科思想的深刻理解，實現了知識的遷移和應用，體會了化學學科價值。

1.貫穿整節課的火星探索情境，充滿科技感，學生興趣濃厚，充滿好奇，能夠全身心積極參與課堂，小組討論熱烈，課堂分享和評價交流踴躍，發展了學生的團隊協作能力。整節課以學生為主體，氣氛活躍，有思維的流動和碰撞。學生在回顧制取氧氣的方法時，除了一些常規方法，部分學生還想到了課本上拉瓦錫分解氧化汞獲得氧氣的方法、習題中出現的過氧化鈉與水或二氧化碳反應制取氧氣、次氯酸鈉與過氧化氫反應制取氧氣等。我相信部分學生探索火星的熱情，一定會延伸到課后，使他們更加關注國家重點發展的航天領域，進一步激發出他們的科學精神、自豪感和使命感。

2.以驅動性問題鏈展開教學，建立化學視角，促進學生的深度思考，體驗化學學科方法。學生發展了閱讀圖表的能力、資料信息的提取和加工能力;通過對比氧氣和二氧化碳的性質和用途，進一步領會對比學習的方法;通過建立模型，深化了學生對制取氧氣原理的理解，建立解決問題的思維框架;通過分析制取氧氣方法的優劣和適用場合，深化了學生對物質變化、性質和用途的理解。

3.挑戰性任務引領學生高階思維。在設計火星原位資源利用制取氧氣方案時，當有學生提出電解水制取氧氣時，有學生馬上質疑說，根據資料，火星上的鹽湖水中含有氯化鈉，電解鹽湖水會不會產生其他雜質氣體。當老師提出火星大氣中的二氧化碳是否可以作為制取氧氣的原料時，大多數同學質疑和反對，而個別同學經過認真思考制取氧氣的原理后，提出也有可能，這是十分了不起的。接著同學們通過觀看視頻，了解到在火星上利用二氧化碳制取氧氣已經成為現實，感到震撼。這一認知沖突，恰恰有利于進一步培養學生創新思維。

參考文獻

[1][美]莫琳·希凱.深度思考：不斷逼近問題的本質[M].南京：江蘇鳳凰文藝出版社，2018：5.

[2]劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養：理論普及讀本[M].北京：教育科學出版社，2018：32.

[3]胡久華，羅濱，陳穎.深度學習：走向核心素養（學科教學指南·初中化學）[M].北京：教育科學出版社，2019：2.