基于深度學(xué)習(xí)的問題鏈教學(xué)設(shè)計(jì)

薛蓉 張萬舉

摘 要：以電化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用《金屬的腐蝕與防護(hù)》一節(jié)為例，依據(jù)真實(shí)情境素材設(shè)計(jì)不同類型的問題鏈，將孤立的知識包含在真實(shí)的問題情境中.通過解決系列問題，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建電化學(xué)知識與金屬腐蝕之間的認(rèn)知模型，從電化學(xué)腐蝕的角度提出相應(yīng)的防腐措施，并將防腐措施遷移應(yīng)用至其它問題情境中，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用學(xué)科知識解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).通過船舶的腐蝕、防護(hù)再到海洋平臺的防護(hù)，引導(dǎo)學(xué)生深刻認(rèn)識到化學(xué)與自然環(huán)境之間的關(guān)系，進(jìn)一步培養(yǎng)合理利用自然資源的意識，落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);問題鏈;金屬的腐蝕與防護(hù)；高中化學(xué)

中圖分類號：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2023）06-0118-04

1 研究背景

化學(xué)學(xué)科深度學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)踐，胡久華教授指出化學(xué)學(xué)科深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，從宏觀、微觀、變化、守恒的視角，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的方式解決綜合的復(fù)雜問題，獲得結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問題的認(rèn)知模型，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.王后雄教授指出問題鏈?zhǔn)墙處煘榱藢?shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中將要產(chǎn)生或者可能產(chǎn)生的疑惑，將教材知識轉(zhuǎn)化成為層次鮮明，具有系統(tǒng)性和連續(xù)性的教學(xué)問題，是一組有中心、有序列、相對獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的問題，并將問題鏈概括為引入性問題鏈、診斷性問題鏈、探究性問題鏈、遷移性問題鏈等八種類型，對每一種問題鏈的教學(xué)功能進(jìn)行了闡述.

結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，以人教版高中化學(xué)選擇性必修1第四章《金屬的腐蝕與防護(hù)》為例，圍繞學(xué)生認(rèn)識基礎(chǔ)，基于真實(shí)問題情境，以問題鏈為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng).

2 基于真實(shí)情境的問題鏈課堂教學(xué)案例設(shè)計(jì)思路

2.1 教學(xué)分析

《金屬的腐蝕與防護(hù)》是電化學(xué)知識的重要應(yīng)用，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對本節(jié)內(nèi)容的要求是知道金屬腐蝕的危害，能利用電化學(xué)相關(guān)知識解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇和設(shè)計(jì)合理的金屬防腐措施.學(xué)生已經(jīng)知道可以通過防止金屬與空氣，水蒸氣接觸發(fā)生腐蝕，但未從電化學(xué)的角度分析金屬發(fā)生腐蝕的電化學(xué)原理.

2.2 教學(xué)評價(jià)目標(biāo)定位（如圖1所示）

2.3 設(shè)計(jì)思路（如圖2所示）

2.4 教學(xué)流程（如圖3所示）

3 主要教學(xué)過程3.1 巧設(shè)引入性問題鏈，激發(fā)探究興趣、注重科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的培養(yǎng)

化學(xué)與社會生活密切相關(guān)，利用生活場景設(shè)計(jì)引入性問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生解釋生活現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，感受化學(xué)對人類生產(chǎn)生活的重要意義，提升社會責(zé)任感.

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

【視頻引入】菜刀、共享單車生銹損壞導(dǎo)致資源浪費(fèi)、石油管道銹蝕導(dǎo)致石油泄露污染水體，金屬腐蝕給我國的經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失.

問題1：什么原因?qū)е陆饘偈ピ械墓鉂?？金屬發(fā)生腐蝕的本質(zhì)是什么呢？

學(xué)習(xí)任務(wù)：回顧金屬腐蝕的相關(guān)知識，聯(lián)系原電池模型思考金屬腐蝕的本質(zhì)原因.

設(shè)計(jì)意圖：第一問引發(fā)學(xué)生思考，回憶之前學(xué)習(xí)的有關(guān)金屬腐蝕的知識，構(gòu)建知識的手腳架；第二問將學(xué)生的思緒帶到了電化學(xué)的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生將金屬腐蝕與電化學(xué)知識建立聯(lián)系，總結(jié)金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng).教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生能夠從電化學(xué)的角度思考金屬腐蝕的原因.

3.2 精選探究性問題鏈、遞進(jìn)性問題鏈，注重科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)

在教學(xué)中精心選擇符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的探究性問題，設(shè)計(jì)成富有邏輯和梯度的探究性問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生篩選有效信息、深入思考、主動探索，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新精神.

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究，金屬腐蝕的電化學(xué)驗(yàn)證

問題2：觀察船舶不同部位的腐蝕情況，你有什么發(fā)現(xiàn)？金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，這兩種腐蝕方式有何不同？

學(xué)習(xí)任務(wù)：尋找船舶腐蝕最為嚴(yán)重的部位；結(jié)合課本思考化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的不同之處.

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生主動分析金屬的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的不同點(diǎn)主要在于金屬自身的結(jié)構(gòu)、所處的環(huán)境、腐蝕速度的快慢等.進(jìn)一步考慮金屬腐蝕所處的環(huán)境有水蒸氣和空氣存在，聯(lián)系原電池模型，初步判定船舶的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主.

問題3：在該電化學(xué)體系中，正極物質(zhì)和負(fù)極物質(zhì)分別是什么？電子和陰陽離子是如何移動的呢？

學(xué)習(xí)資料：海水中含有大量的可溶性鹽，船體主要材料為鋼鐵，因此海水對船體具有很強(qiáng)的腐蝕性.

學(xué)習(xí)任務(wù)：閱讀資料，找出正、負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液分別是什么物質(zhì)，分析該體系外電路電子和內(nèi)電路陰陽離子的流向.

設(shè)計(jì)意圖：這一問緊接上一問，學(xué)生主動尋找正負(fù)極物質(zhì)和電解質(zhì)溶液.學(xué)生在這過程中出現(xiàn)了找不到正負(fù)極物質(zhì)，對于體系中電子和陰陽離子的移動方向感到困惑的現(xiàn)象.教師提供資料并分析船舶所處的環(huán)境，將其與原電池的知識建立聯(lián)系，突破學(xué)生思維盲區(qū)，初步建立原電池認(rèn)知模型.

問題4：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證船舶的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕？反應(yīng)觀察到什么現(xiàn)象？反應(yīng)后兩端各生成什么物質(zhì)？電極反應(yīng)式如何書寫？

提供的實(shí)驗(yàn)藥品：NaCl溶液、鐵片、碳棒、電流表、U型管等.

活動任務(wù)：小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（如圖4所示）證明上述體系能夠發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出電極反應(yīng)式.

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明上述體系能構(gòu)成原電池發(fā)生反應(yīng)，突破學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，意在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的能力.通過從宏微結(jié)合角度分析原電池體系正負(fù)極兩端生成的物質(zhì)等任務(wù)，落實(shí)宏微結(jié)合、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等素養(yǎng)目標(biāo).

環(huán)節(jié)三：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證金屬腐蝕的類型

問題5：鋼鐵在酸性或堿性環(huán)境中的腐蝕與中性環(huán)境下的腐蝕一樣嗎？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溶液的酸堿性變化是否會影響原電池的正負(fù)極反應(yīng).

提供實(shí)驗(yàn)藥品：鐵釘、碳棒、HCl溶液、NaOH溶液、電流表、試管等.

學(xué)習(xí)任務(wù)：通過對比實(shí)驗(yàn)分析金屬在不同的環(huán)境中發(fā)生的腐蝕類型，正極電極反應(yīng)式的差別.（如圖5、圖6所示）

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對比學(xué)習(xí)金屬的吸氧腐蝕、析氫腐蝕的不同，幫助學(xué)生理解金屬腐蝕的不同類型，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、實(shí)驗(yàn)探究能力、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神.

環(huán)節(jié)四：學(xué)以致用，設(shè)計(jì)合理的金屬防腐方案

問題6：從電化學(xué)原理的角度思考如何防止金屬腐蝕？以船舶的腐蝕為例，總結(jié)防止金屬腐蝕的幾種方法.

學(xué)習(xí)任務(wù)：從構(gòu)成原電池的條件（金屬、與金屬接觸的物質(zhì)和反應(yīng)條件等）出發(fā)分析設(shè)計(jì)相應(yīng)的防腐方案.總結(jié)犧牲陽極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法.（如圖7、圖8所示）

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從形成原電池的條件出發(fā)，思考可行的金屬防腐方案，提高學(xué)生將實(shí)際問題和原電池模型相結(jié)合解決實(shí)際問題的能力.

3.3 設(shè)計(jì)遷移性問題鏈，突出知識運(yùn)用，注重科學(xué)探究、社會責(zé)任的培養(yǎng)

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)知識的學(xué)習(xí)發(fā)生在真實(shí)的復(fù)雜問題情境中，教師聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，設(shè)計(jì)遷移性問題，引導(dǎo)學(xué)生利用電化學(xué)模型解決真實(shí)復(fù)雜的問題情境，幫助學(xué)生在解決問題的過程中形成利用電化學(xué)模型分析并解決問題的系統(tǒng)性思維，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識向能力素養(yǎng)轉(zhuǎn)化.

環(huán)節(jié)五：遷移拓展，為海洋平臺設(shè)計(jì)合理的防護(hù)方案

問題7：海洋平臺主要組成材料是鋼鐵，由于長期受到海水的侵蝕而產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕.請根據(jù)金屬腐蝕的原理，為海洋平臺設(shè)計(jì)防護(hù)方案.

學(xué)習(xí)任務(wù)：根據(jù)電化學(xué)原理，思考為海洋平臺制定防腐方案的措施.

設(shè)計(jì)意圖：關(guān)注知識的綜合運(yùn)用，利用本節(jié)課所學(xué)的知識解決綜合性的實(shí)際問題，進(jìn)一步提升學(xué)生利用電化學(xué)模型解決實(shí)際問題的能力.另一方面，幫助學(xué)生培養(yǎng)愛護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的意識.

4 教學(xué)總結(jié)

4.1 利用遞進(jìn)性問題鏈，使學(xué)生學(xué)習(xí)由知識碎片化向結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)化.

金屬的腐蝕與防護(hù)這一節(jié)的內(nèi)容難度不高，但是知識點(diǎn)比較零碎.利用不同類型的問題鏈將看似零散和復(fù)雜的知識串聯(lián)起來，有利于學(xué)生構(gòu)建電化學(xué)認(rèn)知模型解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識的結(jié)構(gòu)化，引導(dǎo)學(xué)生對知識的深度理解.

4.2 利用探究性問題鏈，使學(xué)生思維由低階思維向高階思維轉(zhuǎn)化

從整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的順序來看，按照知識的邏輯順序提出一系列驅(qū)動性問題，通過解決多個(gè)相互串聯(lián)的問題，最終解決復(fù)雜的問題，這樣的設(shè)計(jì)為學(xué)生的思考過程搭建了支架，培養(yǎng)深度思考的能力.

4.3 利用探究性問題鏈，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，從宏觀現(xiàn)象的觀察、微觀粒子行為的分析，通過符號表征建立利用電化學(xué)知識解決實(shí)際問題的認(rèn)知模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生了積極的情感體驗(yàn)，促進(jìn)了學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 胡久華.以深度學(xué)習(xí)促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)教學(xué)［J］.基礎(chǔ)教育課程，2019（Z1）：70-78.

［2］ 周郁.“問題鏈”教學(xué)相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.科教文匯（下旬刊），2020（01）：142-143.

［責(zé)任編輯：季春陽］

收稿日期：2022-11-25

作者簡介：薛蓉（1997-），女，貴州省畢節(jié)人，在讀研究生，從事化學(xué)教學(xué)研究；

張萬舉（1981-），男，山東省臨沂人，教授，從事化學(xué)教育與藥物合成研究.

基金項(xiàng)目：黃岡師范學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目基金（2020CE71；2021CE73），黃岡師范學(xué)院研究生工作站課題（項(xiàng)目編號：5032021041），黃岡師范學(xué)院教育專業(yè)學(xué)位教學(xué)案例項(xiàng)目（編號：5022021014）.