深度學習視域下的初中化學問題設計

徐作培　王德強　姚彥川

摘要：闡釋了初中化學深度學習的內涵，比較“一型學習”和“U型學習”的差異，以“廣范pH試紙的使用”為主題設計了5個問題情境，對pH試紙的使用進行深層次探究。提出深度學習視域下的初中化學問題設計應體現真實性、驅動性、批判性和衍生性。

關鍵詞：深度學習;問題設計;批判性;衍生性

文章編號：1008-0546（2022）06x-0021-03?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.005

一、問題背景

深度學習概念的提出是在上個世紀七十年代，并被廣泛應用于教學領域。1976年，美國學者FerenceMarton和RogerSaljo根據學習者獲取和加工信息的方式，基于學習層次提出了深度學習的概念。之后，學者們又對深度學習進行了更為深入的研究，依據認知心理學的信息加工理論，在研究學生的學習動機和策略的過程中，提出提高教學質量的高效方法即是深度學習。問題情境作為知識和素養嫁接的載體，傳統的教學產生了很多的“惰性知識”，即零散非結構化儲存和缺乏情境支撐的知識，因而有效的情境會得到事半功倍的效果。

一些教師設計問題含金量較低，根本沒有討論的價值，或者問題過于抽象，脫離了生活實際，學生無從下手，形同虛設，無病呻吟。學生進行問題討論時，教師袖手旁觀，問題提出后，學生很少進行獨立思考，討論的層次也較為浮淺，流于形式而缺少深度。優質課堂不應以追求課堂的完美、討論的熱烈、師生的表演為中心，最終還應落實到課堂的實效和學生的成長上，因此，深度學習視域下的問題設計顯得尤為重要。

二、初中化學深度學習的內涵

知識的學習需要經過還原與下沉、體驗與探究、反思與上浮的過程。教師直接將知識傳授給學生，那是一種“一型學習”的教學方式，學生的思維力得不到培育和提升。深度學習倡導“U 型學習”[1]，是學生全面且全程高度參與的學習過程，該過程滲透了學生的情感體驗，最終知識的習得是智慧和力行的結晶，是豐富自身素養的有效途徑。一型學習和 U 型學習的比較見圖1。

初中化學深度學習是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的化學單元主題，全身心參與、體驗成功并獲得發展的有意義的學習過程[2]，強調知識深度、思維深度和運用深度的高度融合（圖2）。

三、深度學習視域下的問題設計案例——廣范pH 試紙的使用

廣范pH試紙簡稱pH試紙，是化學實驗室中常用于測定溶液酸堿性的一種實驗材料。《義務教育化學課程標準（2011年版）》中明確要求：初步學會用pH試紙檢驗溶液酸堿性。上海教育出版社九年級下冊化學教材介紹了使用廣范pH試紙測定溶液pH 的基本操作和注意事項。教師在對pH試紙使用的教學中，常常只是淺表知識的羅列，以原有的經驗禁錮學生的思維，忽視了素養提升，偏離了學科本源，筆者在教學中設計了以下問題讓學生討論探析，加深學生對pH試紙的認識。

1.能否借助普通pH試紙測試正常人的唾液或者尿液酸堿性？

實驗課上，教師通常會發給學生pH試紙供學生自主練習試紙的使用。查閱滬教版教材可知人體唾液的正常 pH 范圍是6.6～7.1，尿液的正常 pH 范圍是5.0～7.0。pH試紙是用多種酸堿指示劑浸泡濾紙后晾干制成的，為減弱空氣中二氧化碳對測定的影響，制備時已經將混合液調成弱酸性，即便檢測蒸餾水，其顯示的顏色對應的pH也顯示接近于5，因此，用pH試紙測唾液或尿液的pH是不科學的。用pH試紙檢測生活飲用水的pH，其可行性也是值得商榷的。

2. pH試紙使用時能不能預先用水濕潤？

教學中教師總是強調 pH 試紙不能預先用水濕潤，如果將pH試紙濕潤、滴管或玻璃棒有水，會使待測溶液被稀釋而導致所測pH不準。pH試紙使用時究竟能不能濕潤？檢測溶液pH 的方法是直接用玻璃棒蘸取少量待檢測試液沾在pH試紙上，然后將試紙的顏色與標準比色卡對照確定pH 的值，如果預先將試紙濕潤，相當于對少量待測液進行稀釋從而影響測定結果。但對于氣體物質酸堿性的定性檢測則必須要濕潤，氣態物質呈現不同酸堿性的原因是氣體溶于水（或者和水發生化學反應）后產生氫離子或者氫氧根離子造成的，測試時應根據紅色或藍色的深淺粗略預測酸堿性的強弱（可能產生漂白作用的氣體不作考慮）。因此用pH試紙定性檢測氣體的酸堿性時必須要濕潤。

3. pH試紙預先濕潤，測酸性溶液pH會變大、堿性溶液會變小、中性溶液不變嗎？

用濕潤的廣范pH試紙測量一定濃度的HAc溶液的pH值時，測量出的pH值有可能變大，也有可能變小。通常情況下決定溶液酸堿性的因素是溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對大小，影響氫離子或氫氧根離子濃度的因素有電解質自身的濃度、電離程度和水解程度等[3]。強酸或強堿在稀釋時氫離子或氫氧根離子濃度會變小，使pH變大或變小。但對弱酸、弱堿以及一些鹽類物質來講就不能簡單得到上述結論，例如，在20.5℃的溫度下測得1.0 mol ·L-1碳酸氫鈉溶液的pH為8.0，測得0.5 mol ·L-1碳酸氫鈉溶液的pH為8.2，測得0.05 mol ·L-1碳酸氫鈉溶液的pH為8.5，隨著碳酸氫鈉溶液濃度的減小，HCO-3間氫鍵的締合作用逐漸減弱，導致發生電離與水解的 HCO-3量反而增多[4]，因而溶液的堿性增強，pH增大。因此用pH試紙測溶液pH 時，如果預先濕潤，測酸性溶液時pH會變大、堿性溶液pH會變小、中性溶液不變的說法是不嚴密的。可以說成測定強酸稀溶液時pH會變大，測定強堿稀溶液時pH會變小，但對于其它的弱酸、弱堿以及一些鹽類溶液，要視情況再下結論。鑒于pH試紙制備的特殊性，最好不要用來檢測中性溶液。

4.借助pH試紙測定土壤等固體顆粒的pH是否可行？ED3976A7-A084-4833-B060-39C7AFDEAD57

用pH試紙測定土壤的pH 常常出現在校本課程或興趣小組的課題中，究竟能不能行得通？如何測土壤的pH才可靠？土壤是幾百年來經過風化、沉積等多種因素作用形成的，成分因地域而異，非常復雜。其pH值是衡量土壤的主要理化指標之一，直接關系到土壤中植株的生長態勢，它與土壤的形成過程以及土壤各種養分的有效性密切相關，且對土壤中的氧化還原反應、沉淀溶解、吸附等變化都起支配作用。其實，影響土壤pH 的因素有土壤顆粒大小、不同的浸提液、不同的浸提時間以及不同液土比等，其中浸提液因素和液土比影響較大[5]。土壤pH 的測定不是將土壤顆粒直接浸入水中測pH 的。中華人民共和國農業行業標準（NY/T 1377-2007）中規定了土壤的pH 的測定方法：隨機取土樣，置于防污染場所風干，過篩之后按土水比1∶2.5混合，水必須先除去二氧化碳，靜置1～3小時，用帶有溫度補償功能的pH計測定pH。除此之外土壤濁液中有色物質較多，如有色礦物質等，影響pH試紙自身的顏色及變化，由此可見借助pH試紙測量某地土壤的pH是不可取的。

5.何謂廣范pH試紙？

pH試紙可粗略測定溶液的酸堿度，因為pH試紙使用簡便，在工農業生產、科學研究及醫療保健等領域應用較廣。pH 試紙測出溶液酸堿度的范圍不精準，pH值從1到14都可以，因此 pH試紙又稱“廣范pH試紙”，若要精準測量溶液的酸堿度可以使用pH 計。目前不少試題中對pH試紙的表述不完全一致，有的描述成“廣泛 pH試紙”，實驗室使用的是“廣范pH試紙”，也有的教材直接描述為“pH試紙”，其實，“廣范”和“廣泛”的意義是不同的，化學同仁及專家一致認可的是“廣范pH試紙”。

四、深度學習視域下的問題設計

深度學習的特質和稟性就是端正的態度、思維的跨度和遷移的深度。教師應當認真做好教學建構，精心設計問題情境，喚起學生求知欲望，引導學生以跨學科視角和思維思考，尋求問題解決的有利途徑與方法，鼓勵學生積極進行舉一反三、觸類旁通和遷移應用。

1.體現本真性

本真教育是指以促進人自由、自主、自覺發展為終點，遵循教育發展規律的綠色教育理念。問題情境的外在特征是真實而有意義，其本質屬性是蘊含學科問題并激發學生思維，其核心功能是引導知識建構并促進知識遷移，其深層價值是提升關鍵能力，發展學科素養。本真的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺。本真問題來自于課堂、實驗、身邊的現象等，本真的史料問題情境培養學生科學態度和社會責任的素養;本真的生活問題情境培養學生變化觀念和平衡思想;本真的實驗問題情境培養學生科學探究和創新意識;本真的化工問題情境培養學生科學態度和社會責任;本真的數據問題情境培養學生證據推理和模型認知。

2.體現驅動性

驅動性問題一般都具有一定的挑戰性，且遵循普適和開放的特點，很容易激發學生的好奇心和不斷探究的欲望，遵循初中學生的心理特征，符合完成核心教學的基本思路和框架，并且需要高階思維。驅動性的問題需要學生建構問題解決的能力，需要探究、研討、實驗等活動形式，讓學生經歷自主解決問題的過程。驅動性問題的設計需要和活動目的與內容、活動形式與組織、活動素材選取與使用緊密結合，符合深度學習活動的特點。

3.體現批判性

批判即批示判斷，是指對錯誤的思想或言行批駁否定，敢于批判和質疑可促進學生深度學習的發生。很多思維定勢的東西經過深度挖掘都經不起推敲，例如：pH試紙使用時不能預先用水濕潤嗎？這種問題就具有批判意識，學生通過實驗和探究即可得出正確的結論。批判性問題可敦促學生透過現象發現本質，對問題有自己的獨到見解，提升學生的分析解決問題的能力，學生的思維力在潛移默化中生成。

4.體現衍生性

問題通常指要求解答的矛盾和疑難，亦指造成應有狀態與現有狀態之間存在差距的各種影響因素。衍生問題是基于當前初中化學課堂教學、實驗設計和習題反饋中衍生出來的具有拓展和研究價值且能幫助學習者提高學科素養的問題。這些衍生問題形成問題鏈，對于初中學生來說，能激發學習者對化學問題探究的欲望，有助于提高學習者思維拓展、動手實驗、資料搜集與整理、信息整合與運用等能力，促進素養落地。對教師個體而言，有利于積累教學素材、拓展教學廣度、激發實驗改進靈感、提高教學研究能力等，進而有計劃、有步驟、有方向地實施以人為本的教育。

參考文獻

[1]陳懋.基于“U型模式”的初中化學實驗復習教學探索[J].中學化學教學參考，2020（4）：61-63.

[2]胡久華.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，2016.

[3]楊秀芬.對廣范pH試紙幾個問題的思考與建議[J].化學教與學，2012（12）：25-31.

[4]徐作培，姚彥川.變異圖式在初中化學教學中的應用[J].化學教與學，2021（7）：21-23.

[5]林麗仙等.土壤pH 測定影響因素探討及藍莓種植園土壤pH值的測定[J].福建熱作科技，2013（4）：22-26.ED3976A7-A084-4833-B060-39C7AFDEAD57