化學課堂深度學習活動的設計與實踐*

張克龍

（瑞安市教育發(fā)展研究院 浙江溫州 325200）

深度學習是促進學生學科核心素養(yǎng)發(fā)展的學習方式，是教師引領(lǐng)學生發(fā)生深度學習的過程，具有獨特的內(nèi)涵與特征。它是基于高階思維發(fā)展的理解性學習，不僅需要學生積極主動地參與，還需要教師通過確立能夠促進高階思維發(fā)展的教學目標、整合意義連接的學習內(nèi)容、創(chuàng)設促進深度學習的學習活動、選擇持續(xù)關(guān)注的評價方式進行積極引導。但在實踐中，一些教師將深度學習誤以為“難”為“深”，深入深出，增加學習負擔；有些教師求“高”棄“低”，淺入深出，導致學生對學習內(nèi)容掌握不扎實，學生的高階思維失去了“根基”，成為無源之水、無本之木，難以實現(xiàn)遷移，學科核心素養(yǎng)落地成為空話。據(jù)此，筆者從學習目標、學習內(nèi)容、學習活動以及學習評價四個方面，結(jié)合課堂實例，與同行分享課堂開展深度學習活動的行動策略。

一、學習目標的確定需要進行縱橫分析

有效的課堂，首先要有明確學習目標。深度學習的學習目標應該是豐富且明確的，要建立在對學生，對學習內(nèi)容的“縱橫”分析基礎之上。

1.“縱向”分析學生的認知水平

奧蘇貝爾的有意義學習理論認為，學習者發(fā)生有意義學習的前提是學習的內(nèi)容要與學習者認知結(jié)構(gòu)中已有的表象、已經(jīng)有意義的符號、概念或命題相聯(lián)系。因此，分析學生對學習內(nèi)容的已有知識儲備，掌握現(xiàn)在學生已具備的學習經(jīng)驗，才能明確學習之后學生可能會獲得的知識、能力和素養(yǎng)發(fā)展。因此，要分析學生所學習內(nèi)容的“過去—現(xiàn)在—未來”。

“過去”，指的是學生已有的認知結(jié)構(gòu)，是確定課堂深度學習的起點；“現(xiàn)在”指的是學生的現(xiàn)實生活，在學生的生活經(jīng)驗與學習內(nèi)容之間搭建一座橋梁，幫助學生應用已有認知開展理解、應用、分析、評價和創(chuàng)新等深度思維；“未來”是指學生可能會獲得的知識、能力和素養(yǎng)的提升。比如，學習鋁和鋁合金的“過去—現(xiàn)在—未來”（見表1）。

表1 鋁和鋁合金學習的“過去—現(xiàn)在—未來”

2.“橫向”分析學習內(nèi)容和學習目標

評價目標是促進課堂教學，發(fā)展學生核心素養(yǎng)的動力。因此，制定學習目標，要從“橫向”分析學習內(nèi)容的“課標要求—教材內(nèi)容—素養(yǎng)發(fā)展水平的評價目標”，達成學習目標與評價目標的一致。如圖1所示。

圖1 評價目標設計與課程目標、教材內(nèi)容的關(guān)系圖

教師在細讀課程標準時，要明確學習內(nèi)容的學科核心素養(yǎng)培育要求、學習內(nèi)容要求，學科知識的學科價值、社會價值要求，學習活動的建議、情境素材的建議，以及教學策略等。其次是根據(jù)教材內(nèi)容，以及課程標準中的內(nèi)容要求明確核心知識內(nèi)容、符號表征、科學探究、微觀探析、認知結(jié)構(gòu)等。結(jié)合以上分析，制定學習內(nèi)容的評價目標、明確要達成的學科核心素養(yǎng)發(fā)展水平、實施教學評價的有效途徑、方式和策略、確定開展課堂活動的情境。“鋁和鋁合金”的課標要求—教材內(nèi)容—評價目標見表2。

表2 鋁和鋁合金的課標要求—內(nèi)容要求—評價目標

鋁和鋁合金教學的學習目標是：辨識鋁和鋁合金的廣泛應用。探析鋁和鋁合金性能優(yōu)化的路徑與方法。通過鋁及氧化鋁、氫氧化鋁的兩性實驗探究，構(gòu)建兩性金屬性質(zhì)的認知模型，形成人類開發(fā)與改造金屬性能的認識思路（如圖2所示）。

圖2 人類開發(fā)與改造金屬性能的認識思路

二、學習內(nèi)容的價值需要四維解讀

1.情境解讀

課堂深度學習的內(nèi)容并非絕對客觀抽象的，而是產(chǎn)生于特定的社會歷史背景下的STSE情境之中。如果教師抽離了知識產(chǎn)生的“來龍去脈”，忽略其“背景依存”，那么，“前人所創(chuàng)造的知識對后人而言幾乎不具有可理解性”，知識只能成為學生機械記憶的符號。對特定知識“情境”的解讀有利于促進學生更好地理解。［2］

比如，鋁和鋁合金的真實情境素材有：食品包裝（易拉罐、牛奶盒）、建筑材料（門窗、裝飾品）、生活用品（鋁鍋、桌椅、梯子）、健康用品（胃藥）、航天材料（航天設備中金屬材料）等。學生知道了鋁和鋁合金的廣泛用途之后，自然會觸景生情，產(chǎn)生本節(jié)課的學習內(nèi)驅(qū)力，引發(fā)學生的認知沖突，持續(xù)推進學生的深度學習。

2.聯(lián)結(jié)解讀

任何學科知識都不是孤立的、碎片化的，而是通過一些核心概念或者重要原理的“聯(lián)結(jié)”，形成相對完整的知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、認識思路結(jié)構(gòu)、核心觀念結(jié)構(gòu)。所以，教師不僅要重視這些概念和原理的基本內(nèi)涵，還要準確把握它們彼此之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)。比如，鋁和鋁合金性能與廣泛用途的“聯(lián)結(jié)”，如圖3所示。

圖3 鋁和鋁合金性能與廣泛用途的“聯(lián)結(jié)”

3.本原解讀

知識總是承載著一定的思維和方法，既包括分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等一般的思維方法，又包括屬于化學學科特定的思維和方法。如：實驗現(xiàn)象的宏觀辨識，反應原理的微觀探析，化學方程式的符號表征等。教師只有對知識所承載的思維方法進行本原性解讀，才能幫助學生形成一定的學科思維方式和思維習慣，增進對學科知識內(nèi)容的本原性、結(jié)構(gòu)化的認識。能夠舉一反三，實現(xiàn)對知識的創(chuàng)造和遷移。鋁單質(zhì)和氧化鋁兩性性質(zhì)的實驗探究承載的思維和方法如圖4所示。

圖4 鋁和氧化鋁性質(zhì)實驗承載的思維和方法

4.意義解讀

教師只有分析知識對拓寬學生與自我、與他人、與社會、與自然之間的意義，才能幫助學生通過課堂深度學習來獲得積極的情感體驗和精神力量，進而發(fā)展必備品格，形成正確的價值觀，體驗化學學科知識的學科價值、社會價值。比如，以鈉合金的熱消融法治療癌癥作為真實情境，［3］學習鈉的性質(zhì)，圍繞該法治療癌癥的“化學原理、遇到的困境、成本低廉”等三個核心問題（見表3），探究鈉的性質(zhì)，讓學生沉浸在真實情境中，引領(lǐng)學生以化學眼光看待身邊物質(zhì)世界，以化學視覺解決生活中實際問題，體驗化學知識對人類健康，社會發(fā)展的巨大價值。

表3 基于真實情境的鈉的性質(zhì)探究設計

三、學習活動的開展需要四元策略

課堂學生活動，在不同環(huán)節(jié)，教師要有不同的實施重點和策略，實現(xiàn)課堂深度學習的完整性，實現(xiàn)學生認知的自我建構(gòu)，素養(yǎng)的不斷提升。

1.創(chuàng)設真實情境

激發(fā)學生內(nèi)在學習動機需要真實情境，持續(xù)維持學生深度學習也需要真實情境引發(fā)的有意義的問題情境。因此，創(chuàng)設能持續(xù)引發(fā)學生認知沖突的真實情境是深度學習的保障。

比如，在探究鈉單質(zhì)的性質(zhì)時，可以提供一段“堿金屬熱消融治療癌癥”素材：將常溫下呈液態(tài)的鈉合金（鈉鉀合金在-10℃仍是液體）通過注射器注入人體腫瘤組織，合金會與組織內(nèi)的水發(fā)生放熱反應。當溫度升高到60 ℃以上時，腫瘤細胞的結(jié)構(gòu)遭到破壞，DNA、RNA的合成受到抑制，從而發(fā)生細胞凋亡，實現(xiàn)了腫瘤的縮小與患者精神和體力的恢復，由此達到治療腫瘤的目的。此法相比傳統(tǒng)放射治療方法，所用設備和治療操作簡單、藥物便宜。但是，鈉合金的性質(zhì)極為活潑，給手術(shù)的實施帶來不少麻煩。［3］

“腫瘤治療”是學生非常想認識的充滿科學魅力的真實情境，能極大激發(fā)學生的求知欲望，感受化學知識的社會巨大價值。它明確指向本節(jié)課的核心知識內(nèi)容——鈉的極強金屬活潑性。結(jié)合“堿金屬熱消融治療癌癥”設備簡單、藥物便宜，但也存在保存困難、產(chǎn)生皮下氣腫等缺陷，進行分析、綜合、應用、評價與創(chuàng)新，能夠激發(fā)學生持續(xù)進行深度思考。

2.建立內(nèi)在關(guān)聯(lián)

教師既要善于發(fā)現(xiàn)新知識與生活經(jīng)驗之間的關(guān)聯(lián)處與契合處，幫助學生用已有經(jīng)驗來支持新知識的學習，又要引導學生提取與之相關(guān)的已有知識，形成關(guān)聯(lián)。

比如，在探究氯氣性質(zhì)時，可以展示紅袖白色T恤的胸前灑上了一片醬汁，問學生怎么辦？學生結(jié)合本節(jié)課知識，說可以用84消毒液把醬汁氧化成無色物質(zhì)。教師問：能把整件T 恤泡在稀釋的84 消毒液中嗎？不行，因為紅袖也會褪色。改用棉簽多次蘸取漂白液反復涂抹污漬部分，直到斑跡消失，實驗果然奏效。教師繼續(xù)追問，84消毒液的主要用途是什么？為什么有這樣的用途呢？84 消毒液如何保存？為什么？84 消毒液為什么不能與潔廁靈混合使用？若想提升84消毒液的消毒、漂白能力，除了提升濃度，有人說可以加酸，你認為加什么酸？這樣的學習過程設計，既讓本節(jié)課的新知識84消毒液成分與性質(zhì)與學生的生活經(jīng)驗“去除醬汁”相聯(lián)系，又能探究84消毒液成分、性質(zhì)、用途、保存等相關(guān)聯(lián)的知識，形成結(jié)構(gòu)化的認知。

3.實現(xiàn)學習內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

內(nèi)容結(jié)構(gòu)化是促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化、認識思路結(jié)構(gòu)化、核心觀念結(jié)構(gòu)化是學習內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的主要表現(xiàn)形式。深度學習的課堂中教師要通過引領(lǐng)學生對新舊知識、不同概念和原理進行辨析，通過對學習內(nèi)容本原性理解，概括出物質(zhì)及其變化的認識過程，以及通過對物質(zhì)及其變化的認識過程的進一步抽象，采用模型認識的圖示，形成結(jié)構(gòu)化的認識。圖5是“元素周期律”內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化圖示。

圖5 “元素周期律”學習內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化圖示

圖5反映了從“元素在周期表位置、元素性質(zhì)、原子結(jié)構(gòu)”三者關(guān)系認識“元素周期律”的思路，即原子結(jié)構(gòu)決定元素在周期表的位置，由元素在周期表中的位置可以猜想元素的性質(zhì)。元素周期表是元素周期律的認知模型，學生要在頭腦中將元素納入元素周期表，根據(jù)表中的位置認知元素性質(zhì)，這既是認識元素性質(zhì)的思維方法，更是學生認識與解決與元素性質(zhì)有關(guān)的化學問題的模型認知。該結(jié)構(gòu)化認識包含元素周期律蘊含的學科思維方式方法，即科學探究與證據(jù)推理。

4.再設真實情境，遷移解決實際問題

再設真實情境的目的是幫助學生通過分析、綜合，提煉出真實問題，運用所學知識解決實際問題，在實現(xiàn)知識遷移和有效運用的同時，形成自己的具有探索性的見解、甚至質(zhì)疑，診斷并發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)。

比如，學習化學反應與熱能后，再設真實情境，給出兩份資料。

資料1：單位質(zhì)量燃料燃燒放出的熱量：煤炭32000 kJ/kg，液化石油氣46000 kJ/kg，煤氣3500 kJ/kg，天然氣9000 kJ/kg。

資料2：煤炭主要含有碳、氫、氧、氮和硫等元素，以及極少量磷、氟、氯和砷等元素。液化石油氣是丙烷、丁烷等烴類混合物，并含有硫化物。煤氣的主要成分有氫氣、甲烷、一氧化碳等。天然氣主要成分是甲烷。

提出問題：家庭燃料的變遷是從煤炭逐漸到液化石油氣、煤氣、天然氣，這是為什么？

學生解決問題的認識角度分別是：

認識角度1：控制環(huán)境污染。煤炭中含有氮、硫元素，燃燒產(chǎn)物有污染；液化石油氣中含有硫化物，燃燒產(chǎn)物有污染。

認識角度2：充分利用熱能。煤炭是固體，不如氣體燃燒充分。

認識角度3：安全性。液化石油氣比空氣重，泄漏后向下擴散，易引發(fā)爆炸。

認識角度4：質(zhì)能比。單位質(zhì)量的煤氣燃燒放出的熱量最少。

如此，學生深刻理解如何充分有效利用能源，診斷并發(fā)展了學生宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知、科學態(tài)度與社會責任等核心素養(yǎng)。

四、學習評價需要采用嵌入式

在課堂中，教師要善于采用提問與點評、問題解決等方法，開展嵌入式評價，診斷并發(fā)展學生對所學知識的結(jié)構(gòu)化水平，學科價值和社會價值的認識水平，學科思維、核心素養(yǎng)發(fā)展水平，并以恰當而有效的方式將評價結(jié)果反饋給學生。

比如，在學習“電解質(zhì)電離”這一節(jié)內(nèi)容時，教師采用提問方式實施嵌入式評價。

【問題1】氯化鈉固體加入蒸餾水中，你認為引起溶液導電增強的原因是什么（理解氯化鈉在固態(tài)、水溶液中存在狀態(tài)的差異）？據(jù)此給電解質(zhì)下一個定義。

【問題2】從電解質(zhì)電離成離子的事實，你認為可以從哪一種角度認識物質(zhì)（引導學生建立分析和研究物質(zhì)的“離子角度”）？據(jù)此給電離下一個定義。

【問題3】請總結(jié)從“離子角度”研究電解質(zhì)的基本思路（形成認知思路：電解質(zhì)在水溶液中—離子存在—離子性質(zhì)）。

上述采用的提問式嵌入評價，引領(lǐng)學生的學習超越電解質(zhì)、電離的宏觀現(xiàn)象的表層識記，站在質(zhì)疑、批判、分析、評價的深度思維基礎上，從微觀探析的角度認識電解質(zhì)、電離，此時學生不僅掌握了電解質(zhì)、電離的概念，更了解了電解質(zhì)在水溶液中導電性的本質(zhì)，為物質(zhì)的檢驗、分離、制備等問題的解決準備了認識思路與方法。診斷并發(fā)展了學生的宏觀辨識與微觀探析，證據(jù)推理與模型認知，變化觀念，科學探究等的學科核心素養(yǎng)水平。

學生學科核心素養(yǎng)的培育不是一蹴而就的，需要日復一日的學習內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，知識教學素養(yǎng)化的課堂深度學習。教師在實施基于學科核心素養(yǎng)的深度學習的教學過程中，要把學習內(nèi)容內(nèi)化為學生核心素養(yǎng)發(fā)展的目標，深度解讀學習內(nèi)容的學科本質(zhì)，實行“教、學、評一體化”。