基于事實證據的深度學習教學課例研究

王明

摘要：《普通高中化學課程標準（2017版）》中明確指出化學課堂要以發展化學學科核心素養為主旨，要重視開展“素養為本”的教學，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，來激發學生的學習興趣，建立指向深度學習的事實證據鏈化學教學的課堂學習環境、進階策略、評價體系和教學案例等，引導學生從“淺層學習”走向“深度學習”，培育深度學習素養，提升學生證據推理能力和問題解決能力。

關鍵詞：深度學習;事實證據;課堂教學;學科素養

指向深度學習的中學化學事實證據鏈教學是指在教學中基于事實證據鏈的鋪陳，讓學生通過分析推理加以證實或證偽，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系，以發展學生證據推理和實際問題解決的能力，從而解決目前高中化學課堂存在的“虛假學習”與“淺層學習”問題，進而走向深度學習。具體而言，教師在教學實踐中，一方面可以通過事實證據鏈的引導可以促進學生學科思想、學科觀念的養成;通過事實證據鏈的構建來優化學生模型構建和證據推理的能力，從而最終達成學生科學的探究意識和創新能力的培養;另一方面，可以通過事實證據鏈的挑戰性學習任務，引導學生經歷生動的問題情景、交互的具身體驗、意義的自主整合、批判的自我反思和真實的問題解決實現公共知識的個人意義達成，增強學習的意義感、自我感和獲得感，追尋知識、自我和環境的整合統一。

酸堿中和滴定在教材中所在單元主要分為兩個部分，第一部分主要介紹了溶液酸堿性與溶液中氫離子濃度及氫氧根離子濃度的關系、pH的概念、與溶液酸堿性的關系、常用測量方法;第二部分主要從原理、實驗方法等角度介紹了一種常用的測定酸堿濃度的方法——酸堿中和滴定，同時綜合了物質的量濃度的計算、溶液的pH、酸堿指示劑的變色范圍、作用原理和應用、滴定儀器的使用等知識，使化學研究從定性分析轉化為定量研究。所以筆者在教材中首先從溶液pH的應用入手，了解溶液pH的調控在工農業生產和科學研究中的重要作用;其次解釋了什么叫酸堿中和滴定，并重點介紹了滴定管的使用方法;接著教材以NaOH標準液溶液滴定鹽酸標準溶液為例，利用pH計詳細地討論了滴定過程中溶液pH的變化，根據突變范圍選擇合適的指示劑，來準確判斷酸堿中和滴定的終點;最后通過學生實驗來進一步鞏固所學知識。本節課主要是利用學生實驗將理論應用于實踐，通過讓學生動手實驗、繪制滴定曲線等事實證據來發展學生“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想” “證據推理與模型認知”等化學學科核心素養，培養系統思維能力，以達到深度學習的目的。

一、基于事實證據的情境引入，激發學生學習興趣

本節課是通過大量的真實的情境來達成的課題引入，以此來激發學生的學習興趣。首先要求學生課前檢索關于溶液酸堿性的應用，通過自主檢索的事實證據做好課題引入的鋪墊，然后教師分別通過pH在人體中、生活中、農業生產中、工業生產中等四個方面來說明pH在生產生活中的重要性，并通過具體的事實證據來佐證說明（見圖1）。在介紹中始終強調溶液酸堿性對生活生產的重要性，強調該如何測定溶液的酸堿性，以及如何調節溶液的酸堿性，在此過程中，讓學生體會到pH與生活、生產密切相關，老師則順勢介紹血液分析化驗單與新型冠狀病毒檢測原理，引入定量分析，為滴定原理打下基礎。

二、基于事實證據的新知學習，建構學生認知模型

1.基于事實情境，進行原理探析

在本節課之前，學生經過對必修1、2的學習，已充分掌握離子反應的相關知識，能夠通過書寫酸堿中和反應的離子方程式，從中理解反應的實質（H++OH— = H2O），同時對酸堿指示劑、相關儀器也有初步了解，都為本節課的學習打下了很好的基礎，符合學生的認知規律。在教師講解中用“用0.1100mol·L-1的HCl溶液滴定23.00mL未知濃度的NaOH溶液，當滴定恰好完成時，用去HCl溶液29.00mL，測得NaOH溶液的物質的量濃度是多少？”此例題讓學生自主解決，然后提出“如果將上題中HCl改成H2SO4，則NaOH的物質的量濃度為多少？”利用這兩個事實情境來引出酸堿中和滴定實質與原理，即：c（H+）·V酸=c（OH-）·V堿。

2.基于事實問題，進行儀器選擇

根據事實問題“如何取23.00mL未知濃度的NaOH溶液？”來進一步講解儀器的選擇問題及使用注意事項，通過拿出真實的移液管、量筒、滴定管等量取液體的儀器，一一講解，讓學生自主討論，量取23.00ml未知濃度的NaOH溶液應該選擇哪種儀器，并進一步講解酸堿滴定管的使用及注意事項就顯得一切水到渠成了，學生的自主總結滴定管的使用步驟更是錦上添花（見圖2）。

在此過程中，學生體會到發現問題，分析問題，解決問題的快樂。這種問題引領的教學，教師不是以一味灌輸的方式生搬硬套塞給學生，而是通過一些循序漸進的問題，引領學生想象、探究、推理，自己尋找證據得到結論，在預測驗證推演式的學習過程當中，片段性的知識間建立了聯系，他們的認知得到更深入的發展，推進證據推理科學思維發展，促進證據推理能力的養成，建構認知模型，為自主學習奠定基礎。（圖3）

三、基于事實證據的難點探究，培養學生學科素養

1.基于真實數據，繪制滴定曲線

通過上述滴定原理的分析，進一步向學生提問如何確定兩者恰好完全反應？學生自主分析討論可以得出當酸堿恰好完全中和時pH應為7，可以利用酸堿指示劑，這時進一步展示事實證據指示劑變色范圍（圖4），引發了學生的“認知沖突”，讓學生主動思考如何解決這一難題，這時候引入真實的實驗情境，用0.1000 mol·L-1的NaOH溶液滴定20.00mL0.1000 mol·L-1 的HC溶液，借助Dis-Lab 數字化實驗來繪制滴定曲線，運用這一事實證據來解決這一難題（圖5）。通過滴定曲線的繪制，讓學生進一步了解并構建滴定曲線模型，培養學生的模型認知能力，通過模型的建構引導學生分析解決指示劑的選擇問題，并結合學生動手實驗操作，運用事實證據引導學生建立一種“動態”“變化”的觀點。

通過滴定終點與反應終點的問題沖突學習突變范圍來進一步激發學生的求知欲，通過實驗前的分析預測和對實驗現象的分析解釋、實驗方案、結論進行完整論證，進一步發展了學生的學科核心素養。

2.基于真實實驗，進行誤差分析

在講解完滴定實驗原理之后，結合實驗儀器的使用注意事項，學生開始動手實驗，在實驗過程中，教師不再過多的提醒學生實驗步驟與注意事項，只是作為一名觀察者，記錄好每一位學生的操作錯誤點并及時做好梳理，待學生實驗完成后，逐一分析錯誤事項并進行誤差分析，面對一手資料的講解分析，學生印象深刻，教師講解輕松，很快完成了教學任務。在此環節中學科知識應用與實際應用水乳交融，在此活動中進一步解決了酸堿中和滴定的知識問題，而實際應用是解決現實中的問題，在解決實際問題時不斷去遷移學科知識，認清研究思路與方法，有助于實現深度學習。

四、基于事實證據的方法總結，達成學生深度學習

本節課總計有四個活動單元，每個活動單元均基于事實證據，證據由酸堿中和滴定原理而貫穿在一起，學生在完成學習任務、經歷學習活動的同時也實現了化學學科核心素養的提升。教師始終堅持真實情境、以知識建構為核心、以問題解決為目標、以事實證據為依據，大膽結合教材知識開發可探究的教學資源，為學生創造了良好的科學探究機會，在每一個教學活動中均采用了“發現問題→提出猜想→設計實驗一探索研究→解決問題”的證據鏈教學模式，以培養學生學科素養為目標出發，貫穿了整個課堂教學，不斷培養學生的證據推理能力，讓學生在不知不覺中掌握了酸堿中和滴定的原理，滴定曲線、滴定突變以及誤差分析，讓學生親身體驗科學探究的過程，在過程中汲取科學的工作方式和思維方式，從而為學生養成良好的學科素養打下堅實的基礎，讓學生更加深入的理解化學教材內容的本質和內涵，建立量化實驗操作的認知模型（見圖6），進而走向深度學習。

高中化學學科核心素養包含“證據推理與模型認識”“科學探究與創新意識”等方面，基于事實證據鏈的化學教學正是實現“證據推理與模型認識”“科學探究與創新意識”等化學學科素養的有效路徑。本節課適時的歸納總結以及最后的結尾都是在幫助學生構建認知模型、無論是本節課的主線（學習框架圖、如圖6），還是最后的課堂小結（如圖6），均用模型構建來解釋化學現象，揭示現象的本質和認知規律，實現學生的深度學習。