促進深度學習的初中化學教學設計
——以“金屬防護”為例

姜驍威

（常州市鐘樓實驗中學 江蘇常州 213000）

深度學習最早是美國學者Ference Marton和Roger Saljo提出的，它是一種指向分析、評價、創造等高階思維的學習，是指向關鍵能力的學習，更是學習者高度投入的一種學習。［1］處于深度學習狀態的學生不是單一地接受、記憶知識，而是通過對已有知識和技能進行遷移應用，在批判反思中重新構建新的認知，能夠利用所學知識解決真實情境下的實際問題。［2］

要實現學生的深度學習，需要教師通過合適的教學設計，讓學生實現高度的情感投入，在遷移應用、聯結類比中建構新的認識，最終實現知識、方法的應用，使得學生通過學習能夠解決真實問題，實現學生核心素養的發展。

一、“金屬防護”教學設計中存在的主要問題

“金屬防護”的學習內容難度不大，教師對這部分內容的重視程度低于“金屬的性質及冶煉”，這就導致在教學中常存在以下問題：

1.重經驗，輕建構。金屬的銹蝕問題在小學科學課中有一定的涉及，學生也具備一定的生活經驗，因此教師認為學生已有了充足的經驗，導致在教學設計中忽視了對于知識、方法建構過程的深度思考和挖掘，使得教學淺層化，不利于引發學生的深度學習狀態。

2.重知識，輕探究。對于“鐵銹蝕條件的實驗探究”活動設計簡單，常常直接呈現實驗方案給學生，甚至直接給出知識，學生缺少了對于科學探究的真實體驗過程，不利于學生深度認識和掌握控制變量法這一重要的實驗方法，也缺乏了對于已有知識的遷移應用。

3.重記憶，輕分析。在對于鐵銹的成分及特點的教學上，教師多以講授為主，直接告知結果，要求學生通過記憶掌握，這就使得學生缺乏對于本質原因的分析和了解，不利于學生正確學科觀念的形成。

4.重危害，輕應用。在教學中教師往往對于金屬銹蝕帶來的危害大書特書，導致學生片面地看待這一反應，無法對于其進行合理正確的評價。化學反應多存在兩面性，化學研究的重要目的之一就是開發用途，減少危害。只著眼于“危害”的教學是片面的，也是不利于學生正確的學科價值觀的形成。

上述問題的存在不利于學生深度學習狀態的達成，因此在教學設計中我們要通過多種方法解決上述問題，提高學生課堂學習的效果。

二、促進深度學習的初中化學教學設計的結構

深度學習關注核心知識的習得和高階思維能力的培養，要求學習者能夠主動思考，加工知識，建構方法，同時在真實情境下，能夠遷移應用解決各類真實問題。促進深度學習的教學設計應圍繞上述特征進行思考，還要關注以下幾個方面：首先教學要定位于培養高階思維能力，其次教學要關注情境、問題和活動的一體化設計，最后要重視教學過程中的實時評價。

根據上述要點，筆者對“金屬防護”這一教學內容進行了如下的教學設計：通過遷移類比引導學生了解鐵銹結構特點，強化“結構決定性質”的學科觀念，認識金屬防護的目的與意義；通過學生合作，開展實驗方案設計，在批判、反思、建構的過程中，初步學會應用控制變量法認識鐵銹蝕的條件及影響因素；對于金屬防護措施進行深度思考，解決真實情境下的防護問題；綜合評價認識金屬銹蝕，從不同的反應角度（物質角度、能量角度）認識其應用價值。其教學設計結構如圖1所示。

圖1 “金屬防護”的教學設計結構

三、促進深度學習的初中化學課例——滬教版九年級上冊“金屬的防護”

環節一：認識金屬銹蝕危害，了解鐵銹微觀特征

【教師活動1】展示社區健身器材的照片及健身器材銹蝕傷人新聞，提出問題：鐵制健身器材生銹后真的這么脆弱？隨后播放視頻：生銹后的鐵片很輕易地被掰斷、弄碎，提出問題：為什么鐵生銹后強度變差了？

【學生活動1】閱讀課本關于鐵銹結構的介紹，結合金剛石、石墨硬度差異的原因，給出合理解釋。

【教師活動2】鐵銹是一種疏松多孔結構的物質，生銹后鐵制品的強度降低，而多孔的結構又會使導致銹蝕的物質不斷滲透進入，使得銹蝕不斷發生，因此鐵銹的結構特點使得其對鐵制品的正常使用帶來危害（如圖2所示）。

圖2 單質鐵和鐵銹的結構對比

設計意圖：源自生活的情境設計，讓學生能夠快速進入學習狀態，提升投入程度。以往學生對于鐵銹的性質及結構的學習常采用記背的方式，導致理解不到位，出現認識偏差。在滬教版化學第一章中學生通過金剛石和石墨的對比初步認識了微觀結構對于性質的影響，但在后續學習中對這一觀念涉及較少，教師也常常忽視。筆者在此處引導學生開展聯想與回憶，遷移應用“結構決定性質”這一觀念，幫助他們理解和認識鐵銹的特點，實現深度學習。同時讓學生學會通過微觀結構進行宏觀性質的分析，從宏觀性質進行微觀結構的推測，建構“宏微結合”的學科認識方式。

環節二：分析鐵的銹蝕條件，體驗真實探究過程

【教師活動3】提出問題：鐵銹蝕的條件是什么？你能結合生活經驗談談你的猜想嗎？展示鐵銹，給出其主要成分化學式：Fe2O3·xH2O。根據鐵銹成分的化學式，引導學生利用元素守恒進行猜想。

【學生活動2】根據生活經驗及化學信息給出猜想：鐵生銹需氧氣（空氣）、水。

【教師活動4】提出問題：你能否設計實驗探究我們的猜想？思考應采取的實驗方法和具體方案。提示：可參考燃燒條件的探究實驗。

【學生活動3】以小組為單位開展討論，完成實驗方案的設計，并分享交流。

【教師活動5】根據各小組方案指導學生相互評價并發現問題：①實驗中用到的水需要做什么處理？加多少？如何確保只接觸到水？②如何確保只接觸到干燥的空氣？如何避免干燥劑的影響？

【學生活動4】根據改進后的方案進行分組實驗。

設計意圖：鐵銹蝕條件的探究實驗常采取“教師課前做，學生課上看”的方式，學生缺少對于實驗探究過程的參與及體驗。本實驗采用的是控制變量法，這一方法學生雖有所了解，但在實際應用中會產生各種疑問，特別是在變量的控制問題上，學生很難發現實驗設計中的關鍵點。因此在本課中將實驗設計的主動權交給學生，讓學生得以全身心地投入，較之以往簡單的實驗觀察，更易進入深度學習的狀態。

在實驗設計過程中學生會遇到各種困難，此時教師有意識地引導學生去回憶燃燒條件的探究實驗，從實驗原型出發思考兩個實驗可能存在的相似之處，發現實驗設計上的共同點，進行遷移應用，以學習小組方式完成實驗方案設計。在各組方案初步形成后，引導學生開展互評，在批判和反思中完善實驗方案，提升對于實驗設計的理解，進一步促進學生深度學習的發生。

【教師活動6】展示生銹的啞鈴，提出問題：在室內使用的健身啞鈴為何容易銹跡斑斑，手握處更為明顯？根據學生的回答進一步提出要求：請再設計一組實驗，探究食鹽對于鐵生銹速率的影響。

【學生活動5】小組討論，結合上一實驗進行變式思考，設計新的實驗方案。

【教師活動7】提出問題：本實驗觀察什么現象從而說明實驗結果？

【學生活動6】可以觀察鐵生銹的程度。

【教師活動8】觀察生銹程度受主觀因素影響較大，引導學生聯想空氣中氧氣含量測定實驗，分析實驗過程中壓強的變化，引出壓強傳感器，并進行實驗，得出數據圖。［3］如圖3所示。

圖3 利用壓強傳感器改進實驗

設計意圖：通過在第一組實驗基礎上進行變式思考，學生能夠很快完成實驗方案的設計，但學生方案多是通過觀察鐵絲的顏色變化及銹蝕程度來得出結果，此方法受觀察者主觀因素影響，因此筆者引導學生聯想和遷移空氣中氧氣含量測定的實驗方法，從壓強變化的角度進行實驗觀察并重新開展設計。［4］在分析利用水倒吸說明壓強變化的局限性后，學生根據教師提供的信息——壓強傳感器裝置，完善實驗設計并完成實驗。本環節的學習從已有的實驗出發，學生遷移應用所學實驗方法，完成實驗的設計與改進，整個學習活動學生參與度高，體驗豐富，思維處于活躍狀態，各種想法彼此碰撞，促進了學生的深度學習。

環節三：結合實際合理防銹，認識變化巧妙用銹

【教師活動9】展示圖4，提出問題：健身器材不同的部位你會采用哪些具體的防護方法？

圖4 健身器材防銹措施

【學生活動7】根據實際情況給出各種防銹措施，并解釋原因。

【教師活動10】介紹金屬防護的各種措施如燒涂搪瓷、烤藍、電化鋁（加厚自身的保護層）、犧牲陽極保護法等并分析其適用范圍。展示鐵器文物的圖片（如圖5所示），提出問題：這些方法能用于鐵制文物的防護嗎？

圖5 鐵器文物的防護措施

【學生活動8】思考，因文物保護的特殊性，鐵制文物不適合上述的防護方法。

設計意圖：此環節再次回歸教學情境——健身器材，讓學生自主選擇防銹方法。常規的防銹方法有很多，但是放在同一件健身器材之中則要根據實際使用情況進行選擇。當學生完成防銹措施選擇后，進一步拋出“這些方法能用于鐵制文物的防護嗎”這一變式問題，讓學生認識到金屬的防護不僅需要結合金屬銹蝕的條件，還需要根據金屬的用途及金屬所處環境等選擇合適的方法。此環節的設計通過學生對于原型問題和變式問題的對比，認識到解決真實問題要考慮多方面因素，并非知識的簡單套用，對于上述真實問題的解答也能體現出學生深度學習的成果。

【教師活動11】展示運動后的熱敷材料——暖貼，出示成分，提出問題：暖貼發熱的原理你知道嗎？

【學生活動9】結合成分及所學氧化反應知識，給出回答：暖貼中鐵粉生銹，發生氧化反應，氧化反應會放出熱量。

【教師活動12】進一步提問：鐵生銹是緩慢氧化，為什么暖貼能實現快速發熱？

【學生活動10】結合反應速率的影響因素及學習內容，發現暖貼使用的是鐵粉，并且加入了氯化鈉，反應速度快，實現了快速發熱。

【教師活動13】提出問題：結合鐵生銹需要的物質，猜測鐵生銹還能有哪些應用？

【學生活動11】根據鐵生銹消耗氧氣并結合生活經驗，發現可以用作脫氧劑。

設計意圖：在學習了金屬銹蝕的相關內容后，學生對于銹蝕的認識更多的是停留在其危害層面，但是事物具有兩面性，通過對于鐵生銹條件和反應特點的研究，我們是可以利用這一反應的。無論是熱敷貼還是脫氧劑，其實利用的就是鐵銹蝕這一氧化反應，只是從物質變化角度和能量轉化角度加以利用。深度學習過程中學生對所學內容加以評價，發現應用價值，體悟學科魅力。

板書設計

本節課以思維導圖的形式呈現板書（如圖6所示）。板書伴隨課堂學習逐步完善，將各環節知識內容與相應的學科觀念成對呈現，最終形成結構化、網絡化的板書，避免了傳統板書碎片化的問題。

圖6 板書設計

四、促進深度學習的初中化學教學設計的思考

1.依托真實情境促進深度學習

真實情境貼近學生生活經驗，能夠讓學生盡快進入學習狀態，實現情感的高度投入。本節課選擇了健身器材作為情境貫穿整節課的教學，貼近學生生活，學生始終圍繞情境展開思考，從“識銹”到“防銹”再到“用銹”，層層遞進，逐步進入深度學習狀態。同時開展豐富的學生活動，在多樣化的體驗中促進了學生對于知識、方法的理解，在真實問題解決過程中實現了對于學科價值的感悟。

事物具有兩面性，學習化學就是要能夠合理地利用各種物質和反應，因此本節課最后結合真實情境對于鐵的銹蝕應用進行探索，從變化的能量及物質角度引導學生發現這一看似無用的反應的價值，學會綜合評價化學反應，正確認識化學變化。

2.基于真實問題促進深度學習

學習的目的之一是為了解決各類問題，金屬防護就是源自生活生產的真實問題，因此在本節課“防銹”環節中的問題始終圍繞各類真實情況進行設計，給出不同場景，促使學生全面考慮各類因素，提出合適的方法，調動了學生思維，實現了知識間的聯結，讓碎片化的知識逐步勾連，實現結構化。

3.重視遷移應用促進深度學習

遷移與應用是深度學習的重要特征，它體現了學生對于知識、方法的深入理解。在分析金屬銹蝕危害的過程中，引導學生從化學學科視角進行分析，遷移石墨和金剛石的對比，認識鐵銹結構，加深學生對于“性質與結構”這一學科觀念的認識與理解，使得學生逐步學會從微觀特點分析和解釋化學現象。

在實驗探究過程中引導學生遷移“燃燒條件的探究”設計實驗方案，加深了對于控制變量法的認識，讓學生實現從“看懂實驗”到“會做實驗”再到“設計實驗”的提升。

4.開展多樣評價促進深度學習

深度學習的最終目標是促進學生高階思維能力的發展，為此，學習者必須體驗解決真實問題的過程，理解復雜的學習任務。評價的最終目的亦是為了促進學生的學習，所以評價是學習過程和真實情境中的一個有機部分，應該持續和實時地鑲嵌于過程之中，而非教學后的評價。［5］本節課教學中教師持續關注學生的回答情況，針對學生提出的各類猜想、方案設計等不斷進行評價和追問，激活學生思維，讓學生發現自身思維上的不足和漏洞，在不斷的修正中提升思維品質。此外，引導學生開展互評，在彼此的思維碰撞中提高學生的批判理解能力，促進了深度學習的發生。

深度學習是促進學生發展的重要抓手，促進深度學習的教學設計需要教師全面把握深度學習特點，結合學生學情和學習內容，讓學生在真實問題的分析和解決中實現深度學習！