基于模型認知的深度學習教學實踐

余小耿　藍亞玲　陳新華

摘要：以“中和滴定及其拓展應用”的單元復習教學為例，闡述在高考復習中引導學生進行深度學習并建構認知模型，通過“教、學、評”一體化教學，將過程評價與結果評價有機結合，及時發現問題并調整復習方案，彌補教學的短板。

關鍵詞：模型認知;深度學習;“教、學、評”一體化;單元設計

文章編號：1008-0546（2022）06x-0053-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.014

“模型認知”是化學學科重要核心素養之一[1]。幫助高三學生構建模型不僅能實現高效復習，同時也能培養學生的學科素養。然而由于高一高二學生認知能力的差異，對新知識的掌握程度參差不齊，在復習過程中進行模型建構受到諸多限制。因而，在教學中采用“教、學、評”一體化模式，通過對原認知模型進行診斷評價（課前診斷），制定出符合學生學習需要的課堂教學目標;通過過程性評價（課中評價）所反饋的結果調整教學方案，幫助學生重新建構認知模型，以期達到高考評價體系的要求。

建構模型在布魯姆教育目標分類學中屬于最高級別的能力水平[2]。學生的模型認知能力要發展到建構模型的水平無法一蹴而就。培養建模能力需要將學習主體置身于某一主題情境中去體驗，經過感知模型、辨識模型、應用模型逐漸達到建模的高度。要實現這一目標，需要我們打破“課時”的束縛轉向單元教學[3]。一線教育工作者發現：學生對思維模型尤為喜歡，然而在學習上卻往往流于表面認識，應用時生搬硬套。究其原因，多受于原認知的刻板束縛或錯誤認知的干擾而無法達到能力的突破。因此，高考復習中，學生在引發認知沖突的問題情境下對原有認知模型進行叩問審視，打破原認知的固化束縛，通過探討原認知模型在不同視角的應用，并在不同情境問題下衍生出若干變式，在變式應用中修正或重建模型，進而達到構建模型的目的，其過程如圖1。

一、單元整體分析

“中和滴定及其拓展應用”在考查學生實驗操作能力、獲取新知能力和研究探索能力等方面有著重要的地位，常作為考查關鍵能力的載體。在近幾年的高考命題中以滴定實驗為背景的試題每年都有體現，試題呈現形式以滴定曲線圖為載體的更是常態。從構建學生思維的層面來看，幫助學生應用化學模型是發展模型認知素養的基本途徑[4]。而學生的模型認知水平要提升到建構模型的水平需要對原型進行整合和對信息進行加工處理[5]。這是量變到質變的深度復習過程。又因為滴定原理及其拓展應用所涉知識體系完整，形成模型認知水平梯度明顯，但內容較為繁冗，故本案例安排2課時，以幫助學生重整零碎知識、重構認知模型為主要目標，同時發展學生實驗操作能力及知識獲取能力。

滴定原理的應用涉及多方面知識。以中和滴定為原型，其實驗反應原理可拓展應用于沉淀滴定、絡合滴定和氧化還原滴定;其實驗操作滴定方式則可變式為間接滴定、置換滴定和返滴定;而原型中的強酸強堿滴定曲線又可衍化出強酸（堿）滴定弱堿（酸）曲線、多元弱酸分布曲線以及各組分濃度比值對數線（化曲為直）等。本單元教學過程中，學生不僅能從模型認知視角體驗到感知模型、識別模型、應用模型和建構模型的思維發展，而且可從能力視角發展實驗操作能力、知識獲取能力和思維認知能力。圖2是模型認知視角及能力視角下滴定原理的應用關系。

二、單元教學設計

1.單元教學目標

學生在高二已學習了中和滴定實驗操作，初步認識了中和滴定的原理，但他們對知識點的理解尚停留于表面，對中和滴定原理不能深入理解及應用;他們的實驗動手能力相對較弱;在解題過程中學生對圖像題的讀圖能力、數據分析能力也相對薄弱。基于學生存在的主要問題，高三第一輪復習過程中引導學生回歸原型，從復習中和滴定的原理出發，引導學生進行正確的實驗操作，建立模型認知思維，并將中和滴定的實驗操作方法與沉淀反應、絡合反應及氧化還原反應等原理進行結合，提升學生的思維認知能力、知識獲取能力。本單元的核心教學目標見表1。考慮到認知模型需要時間和一定量的練習進行內化，本單元設計僅涉獵反應原理的拓展應用，未對滴定方式的變式應用及滴定曲線的思維提升做更多深化。

2.教學與評價設計

教育部基礎教育課程教材發展中心“深度學習總項目組”指出：深度學習的過程是在教師的引領下，學生圍繞有挑戰性學習主題，全身心積極地參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程，在該過程中學生掌握了核心知識，把握學科本質思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態度和正確的價值觀。深度學習是有教育性的以“培養人”為目的的過程[6]。因此，我們在復習過程中，以抗擊新冠疫情的高效殺毒劑二氧化氯為題材，引出劑量的標定方法——碘量法，從而激發學生主動探索求真的能動力。“中和滴定及其拓展應用”情境、問題、任務與活動設計見表2。

教育教學的本質是“喚醒”。課堂教學評價作為課堂教學的導向標桿，有利于“喚醒”學生學習的內在動力，激起學生學習的濃厚興趣，提升學生學習的探究欲望[7]。適時的評價可以幫助教師及時查驗學生掌握知識的程度、了解學生的能力水平、洞察學生表現的素養層級。在課堂上構建“課堂教學——教學評價——反饋信息——教學適調——學習改進——共同提升”的“教、學、評”一體化的學習機制能夠促使教學活動更具針對性，復習效果更加高效。又因為該學習機制的務實性，教師在進行教學設計時對學生的評價角度要從個體性差異出發，起到對癥下藥的效果。

三、教學片段

1.情景創設、回顧原有模型

[教師]介紹抗擊新冠疫情時被國際社會公認的高效殺毒劑二氧化氯及其劑量標定方法——碘量法。

它與我們將要復習的中和滴定原理有什么關聯？中和滴定實驗如何進行？E1C459A2-3620-4245-BECB-23DFAC1BD60D

[學生]因為中和反應n（H+）=n（OH-），所以

[教師]實驗怎么進行？實驗前如何準備？實驗時需要注意哪些事項？

[學生]要考慮實驗前滴定管選擇、洗滌、潤洗，實驗中眼手配合防過量，實驗后進行數據處理及誤差分析。

[評價]從以上同學們的討論可以看出對基礎知識的掌握較為到位，中和滴定的原理是測定未知溶液濃度實驗的依據，規范進行實驗操作是減小實驗誤差的保證，在進行誤差分析過程中要結合計算公式，不可憑空想象。

2.滴定曲線視角發展模型

[教師]酸堿中和滴定是否要求必須為強酸和強堿呢？能否用此原理來滴定醋酸的濃度？

[學生]中和滴定可以為強酸和弱堿，也可以是弱酸和強堿等。

[教師]展示：氫氧化鈉溶液滴定鹽酸溶液的 pH-V 曲線。那么氫氧化鈉溶液滴定醋酸溶液的 pH-V 曲線如何呈現呢？

[學生]繪制氫氧化鈉溶液滴定醋酸pH-V 曲線如圖3。

[教師]同學們所表述的圖像變化趨勢是否與實際一致呢？讓我們通過實驗來驗證吧。

[評價]學生對于強酸強堿互滴的pH-V 曲線比較熟悉，也能理解曲線會發生突躍。但他們畫出的氫氧化鈉溶液滴定醋酸溶液的pH-V 曲線突躍趨勢偏差較大（圖3）。

3.操作視角發展模型

[教師]如何判斷達到滴定終點？可選用哪種指示劑？

[學生]選擇酚酞為指示劑。

[教師]滴定操作有哪些注意事項？哪些操作可能引起誤差？

[學生]帶著以上問題進行0.1000 mol ·L-1NaOH 溶液滴定 CH3COOH 溶液的實驗，數據采集器輸出 pH-V 曲線如圖4。討論自己所繪制的圖像與采集器顯示圖像的異同并分析出現差異的原因。

[評價]通過實驗操作，不僅讓學生再一次動手復習實驗操作流程，同時應用并拓展到強弱互滴的實驗。通過數據采集器輸出的圖像與學生繪制的圖像進行對比可知，兩者的差別較大。

4.宏微視角發展模型

[教師]隨著NaOH溶液的加入，溶液中微粒濃度將如何變化？

[學生]思考、討論滴定前后離子濃度變化情況。

[教師]動畫展示醋酸溶液中存在微粒形態，強化微粒觀念和平衡思想。

[學生]分組討論，匯報曲線的起點、恰好反應點、中性點、反應一半點和過量點，判斷各點對應的溶質組分及溶液呈現的酸堿性，分析各點組分微粒的濃度大小。

[教師]梳理總結：突破酸堿中和滴定pH-V 圖象題的關鍵是巧抓“5點”，如圖5所示。應用電離平衡、鹽類水解平衡原理結合物料守恒、電荷守恒分析微粒濃度大小。

[評價]通過知識鋪墊引導學生從微觀角度解釋圖像的變化趨勢。學生思考問題更加深入，形象思維到抽象思維能力得到提升。能認識到自身存在的不足，并能從微觀角度評價實驗所得數據。能夠將所學知識遷移到新情境中。

5.繪制思維導圖、重建認知模型

[教師]結合本課所學內容，請同學們繪制以中和滴定為中心的思維導圖。

[教師]中和滴定的原理是利用中和反應n（H+）= n（OH-），類似這樣的等量關系還有哪些反應？可否設計利用滴定方法進行其它物質的濃度測定？

[教師]本節課開始時提到的碘量法就是氧化還原滴定的一種。標定二氧化氯濃度的碘量法原理是：在酸性介質中，二氧化氯可將I-定量氧化為I2，以淀粉為指示劑，用硫代硫酸鈉（Na2S2O3）標準溶液進行滴定。

反應方程式：

關系式：2ClO2～5I2～2Na2S2O3，根據 Na2S2O3的用量可計算出二氧化氯的含量。

如果你是檢驗員，該如何減少誤差？

[學生]從實驗前的準備、實驗操作過程的規范以及實驗數據的記錄等盡可能減少誤差。

[評價]從所繪制的思維導圖可以看出，大多數學生懂得中和滴定原理、實驗操作步驟及其相關思維可以應用在強弱酸堿之間的滴定。學生能將氧化還原滴定的碘量法與中和滴定原理進行關聯，并從實驗操作中提出減少誤差的方法，可見學生已經初具認知模型。

四、教學反思

1.“教、學、評”一體化模式，促進深度復習

教師通過設計課堂任務驅動學生不斷思考，學生的學習內動力得到激發，學習表現從淺層的表面學習轉向源自內在的深度學習;教學過程適時適地評價有利于學生及時發現問題，復習更加有針對性，效率更高;通過學生自評和互評，學生的學習體驗由傳統的被動學習轉向主動探討，學生的主體體驗感更加豐富。中和滴定原理的拓展應用，是基于學生在“教、學、評”一體化中內動力得以激發的思維延伸，是深度學習的充分體現。

2.聯系生活情境學以致用，促進思維進階

從聯系生活的情境引入，有助于激發學生深度學習的內動力，學生對中和滴定原理及操作方法的重新審視，使復習不再是簡單的重復，而是把知識框架加以擴充，使其豐盈。從學生所繪制的思維導圖可見知識網絡在逐步形成，從探討碘量法的誤差分析體現了學生的核心知識得到重整，思維進階得到發展。

3.設計復習單元，關注學科素養提升

本課例設計復習單元有利于構建核心知識網絡，也為后續知識體系的拓展進行鋪墊。在解決問題中實現中和滴定、電離平衡、水解平衡等基礎知識的深度學習，既有多模塊知識內容的鞏固落實，又有認知思維的拓展，讓學生體驗學無止境的樂趣。

通過從微觀粒子角度分析弱電解質的電離及電離的離子種類，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科素養。應用動態平衡的觀點分析弱電解質電離平衡及溫度、濃度、酸堿性對弱電解質電離平衡的影響，發展學生“變化觀念與平衡思想”的學科素養。聯系碘量法的應用引導學生反思所學知識的意義及目的，審視已有知識與現有情境的關聯，培養學科社會價值觀。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]楊玉琴.化學核心素養之“模型認知”能力的測評研究[J].化學教學，2017（7）：9-14.

[3]鐘啟泉.單元設計：撬動課堂轉型的一個支點[J].教育發展研究，2015（24）：1-5.

[4]陳進前.關于化學模型和模型認知的思考[J].中學化學教學參考，2019（17）：5-9.

[5]楊玉琴，倪娟.證據推理與模型認知：內涵解析及實踐策略[J].化學教育（中英文），2019（23）：23-29.

[6]胡久華，羅賓，陳穎.指向“深度學習”的化學教學實踐改進[J].課程·教材·教法，2017（3）：90-96.

[7]沈玉紅，毛楊林.課堂教學評價的實踐策略[J].教學與管理，2020（07）：28-29.E1C459A2-3620-4245-BECB-23DFAC1BD60D