基于深度學習的高中化學教學策略與反思

摘要：基于核心素養的高中化學深度學習在基礎教育領域變得越來越重要，將基于真實情景的STSE 問題與“教、學、評”活動有機結合，突破教師教學的重點以及學生學習的難點，實現在深度學習視域下有效教學，在化學反應規律這一內容的學習中具有極其重要意義。文章以人教版《化學（必修第2冊）》“化學反應的限度”為例提出教學策略，進行教學設計，實施深度學習并反思，為落實學科核心素養的發展提供一些方向與思路。

關鍵詞：核心素養；深度學習；化學反應的限度；教學策略與反思

文章編號：1008-0546（2023）11-0066-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.014

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，高中化學課程應當以培養學生的學科核心素養為主旨，重視開展素養為本的教學，充分發揮化學學科的育人功能。［1］化學反應的限度屬于高中化學反應原理的重要內容，是高中化學教學的重點、學生學習的難點，涉及相關概念原理多，如可逆反應、化學平衡，化學平衡的本質與特征等，學生對這些概念、原理的正確理解，將有助于對后續弱電解質的電離平衡、工業合成氨等原理的學習。［2］因此，學好這部分內容對后續的學習有著重要的理論意義。表1是《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》對于該內容的教學要求和建議。

鑒于本部分內容及相關概念比較抽象，學生難以進行宏微結合、符號與圖像結合等四體一位的表征，并構建認知模型，若采用講授法等傳統的教學方式無疑是達不到新課標的要求的。因此，以先進的教學理念為指導，擬定合理的教學策略，進行以理解性學習為基礎，以發展高階思維和解決實際問題為目標的深度學習［3］就變得非常必要。在實施課堂教學的同時，針對教學過程中遇到的新問題，教師還應不斷調整教學方式與教學內容并進行反思，這樣的教學方式不僅可以促使教師教學方式的轉變，還可以幫助學生自主建構化學反應限度的認知模型，有利于在學習過程中提升學科核心素養。［4，5］

一、基于深度學習的化學反應的限度教學策略

“化學反應的限度”是高中化學的重要概念理論內容。新課標［1］指引我們在實施教學中，應強調生活情境素材對知識的啟發性及引導性，讓學生在真實情境中建立化學反應限度的概念，并通過數據與圖形結合的方式，建立化學平衡的觀念；能從化學反應限度的角度解釋生產、生活中簡單的化學現象。因此，本節課的教學應通過緊密聯系生產生活實際，創設真實情景問題，注重組織學生開展實驗探究、說明論證、分析解釋等活動，引導學生在學習化學反應的限度等概念原理的同時，關注這些重要概念的功能價值，幫助學生建立“限度”等認識化學反應的基本角度，落實學生學科核心素養的發展。鑒于以上分析，擬定以下教學策略：

1.情境創設——激發學生的學習興趣

深度學習是以內在學習需求為動力，以理解性學習為基礎，以高階思維發展和實際問題的解決為目標。批判性地學習新的知識，能夠把相關知識進行整合，將新的知識融入原有的認知體系中進行建構，能夠在不同的情境中創造性地解決真實問題；而發展化學核心素養旨在學生借助化學學習過程形成化學知識及化學思維解決實際問題。［6］因此，基于高中化學教學的重點內容，學生學習的難點內容，創設真實問題情境，進行深度備課，實施深度教學，引發深度學習，有利于培養學生利用化學思維解釋生產生活中的現象或解決生產生活中的真實問題，落實學科核心素養的發展。

化學平衡相關概念內容比較抽象，與高中生的生活經驗有一定的距離。要理解化學平衡的含義，需先理解化學反應存在限度。如果我們在教學中把可逆反應存在反應限度，可逆反應達到反應限度時就是化學平衡的事實直接告訴學生，可能會讓很多學生感到困惑，不利于學生“證據推理與模型認知”等學科核心素養的發展。而要落實好上述學科核心素養，需要創設好情境問題，利用好實驗教學這一重要手段，從生產生活中發現與核心教學內容相關的化學知識，由學生設計相關實驗并驗證，在實驗過程中尋找反應限度的證據。本課例以預測Fe3+與I-能否發生反應創設情境問題，通過對情境問題的思考繼而引發的一系列相關的問題，然后通過對相關的問題進行深入的思考討論，并設計實驗驗證，在驗證過程中得到與學生已有認知不一致的結論——即在一種反應物過量程度很大的情況下，另一種反應物也可能反應不完全，從而體會可逆反應存在一定的限度，進而建立化學反應限度的概念，化解了概念的抽象化，激發了學生的學習興趣。

2.實驗設計與驗證——落實“實驗探究與創新意識”等學科核心素養

新課標的實施特別注重“實驗探究與創新意識”的培養，而現實的化學教學中，教師多采用傳統的演示實驗法進行教學，傾向于對實驗現象和結論的驗證，并讓學生記住現象和結論，而忽視了實驗探究的過程，這無疑不利于學科核心素養的發展。以本課題“化學反應的限度”為例，如果教師只依照課本，直接告訴學生 H2O 與 SO2生成 H2SO3及工業合成 NH3反應是可逆反應，反應不能進行完全。顯然，這是一種淺層學習，不是深度學習，不僅忽略了核心素養對高中生發展的具體要求：“發現和提出有探究價值的化學問題，依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察的實驗信息進行加工并獲得結論”等環節，［1］也忽視了教學過程中學生的主體地位，不利于培養學生獨立思考能力和創新精神。因此，本課例需改變以上教學方式，在預測 Fe3+與 I-能否發生反應這一情景問題的基礎上，進一步進行實驗設計與驗證如下：

（1）如何證明Fe3+與I-發生了反應？

（2）如何保證 Fe3+全部參加反應并驗證 Fe3+是否全部參加反應？

（3）請寫出其離子方程式，并設計實驗證明。

學生經過一系列思考與討論，敲定實驗方案，并實施驗證，最后得到結論：

2Fe3++2I-" 2Fe2++I2為可逆反應，FeCl3和 KI 的反應沒有進行到底，存在一定的限度。

3.數形結合，化抽象為直觀

數形結合是把抽象的數量關系與直觀的圖形結合起來研究問題的一種重要的數學思維方式，在科學研究中具有普遍性。［7］數形結合在化學中的應用就是把抽象的數學語言，以化學原理為基礎，生成直觀的圖像，或者由直觀的圖像變為高度概括的數學語言，在解決化學問題時，常有“他山之石可攻玉”之功效。使用數形結合法通常會使問題變得更為直觀、簡單、靈活。

本課例以工業合成氨這一可逆反應為例：

（1）分析反應開始時v 正（N2）、v 逆（N2）的大小，反應過程中v正（N2）、v逆（N2）的變化趨勢以及達到反應限度時，v正（N2）、v逆（N2）的關系，然后學生根據分析討論結果畫出v-t 草圖，體驗化學平衡建立的過程。

（2）分析反應物 N2與生成物 NH3的起始濃度、變化趨勢以及達到限度時，c（N2）與c（NH3）是否繼續變化，畫出的c-t草圖。

通過進行“數形轉化”，歸納出化學平衡狀態的本質與特征。這一設定讓學生學會從正逆反應速率、反應物生成濃度的視角提取信息，建構化學平衡建立的過程的v-t，c-t 圖，實施深度學習，落實“變化觀念與平衡思想”等學科核心素養的發展。

二、基于真實問題情境和實驗探究促進深度學習教學設計案例

過程環節一：建立“化學反應是有限度”的概念

【學習任務1】根據氧化還原原理預測 Fe3+與 I-能否發生反應？如果它們能發生反應，如何證明？如何保證并驗證Fe3+是否全部參加反應？請寫出其離子方程式，并討論、設計可實施的實驗方案進行驗證。

【學生活動1】學生書寫出離子方程式2Fe3++2I-=2Fe2++I2，并思考、討論以上問題，設計出初步實驗方案：

（1）驗證產物有 I2或者 Fe2+即可以證明它們發生了反應，驗證的方法可以用淀粉溶液檢驗碘單質或者用K3Fe（CN）6檢驗Fe2+。

（2）加入過量的KI溶液可以保證Fe3+全部參加反應，可以用KSCN檢驗Fe3+是否反應完全。

【評價任務1】診斷學生對氧化還原方程式的書寫以及I2、Fe2+、Fe3+等物質的檢驗的掌握程度。

【教師活動1】教師引導學生進行思考與討論，并進一步優化實驗方案如表2：學生分組實驗。

【學習活動2】根據表2的實驗步驟進行分組實驗，觀察實驗現象，展示實驗成果并提出問題、獲取結論。最后通過分析討論得到結論：2Fe3++2I-" 2Fe2++I2為可逆反應，FeCl3和 KI 的反應沒有進行到底，存在一定的限度。

【教師活動2】根據學生展示的實驗成果及獲得的結論，歸納出化學反應的限度的概念。

【評價任務2】診斷學生實驗探究中觀察、分析能力。

設計意圖：將抽象的概念學習轉化為學生感興趣的實驗設計與探究，在探究中得到與學生已有認知不一致的結論——即使在一種反應物過量程度很大的情況下，另一種反應物也可能反應不完全，從而提出化學反應的限度的概念，減少了概念的抽象化，激發學生的學習興趣。

過程環節二：認識可逆反應如何建立化學平衡，歸納出化學平衡的特征

【學習任務2】一定條件下，把1 mol N2和3 mol H2充入1 L密閉容器中，發生反應：

（1）反應剛開始時，v 正（N2）、v 逆（N2）如何？反應進行時，它們變化趨勢如何？反應達到限度（平衡）時， v 正（N2）、v 逆（N2）存在什么關系，反應真的停止了么？

（2）將上述討論畫出v-t草圖。

（3）請分析反應物 N2與生成物 NH3的起始濃度、變化趨勢以及達到限度時，c（N2）與c（NH3）是否繼續變化，畫出c-t草圖。

（4）根據所做的兩個圖分析反應達到限度（平衡狀態）時所表現出來的特征？（從速率、物質的濃度兩個方面來分析）

【學生活動3】對學習任務2中問題進行分析討論，嘗試畫出反應N2+3H2 高溫高壓 2NH3的v-t及c-t草圖，并在老師的引導下進行修正、完善，展示其最終成果如圖1和圖2所示，然后歸納化學平衡的本質和特征。

化學平衡的本質：v（正）= v（逆）≠0

化學平衡的特點：反應物和生成物的濃度（或百分含量）保持不變

【教師活動3】對學生的分析討論及作圖結果進行點評，引導學生針對自己的成果進行糾正、完善。

【評價任務3】診斷學生數形結合能力，即將抽象的化學原理轉化為形象的圖像能力。

設計意圖：設計系列問題幫助學生構建化學平衡過程中的知識網絡，通過v-t 圖構建化學平衡的本質，即v（正）= v（逆）≠0；通過 c-t 圖構建化學平衡的特點，即反應物和生成物的濃度（或百分含量）保持不變；將抽象的知識具體化，發展“證據推理與模型認知”的核心素養。

三、基于深度學習的高中化學教學策略的反思

1.深入調研，不斷調整優化教學策略

深入調研學生知識儲備，并依據調研結果選擇并優化教學策略是實施深度教學，引發深度學習的前提。調研應選擇或設計與教學內容密切相關的系列問題，通過課前訪談或問卷的方式深入了解樣本學生當前的知識儲備，再結合課標的要求以及教材內容，準確把握核心知識的深度和廣度，選擇恰當的教學策略，實施合適學生現有知識儲備的教學，在引發學生深度學習的同時，落實核心素養的發展。比如在概念建立初期，可以通過教師演示實驗，學生觀察實驗現象豐富感性認識，促使學生對概念有初步的理解；而在概念的建立過程中，則可以通過情景問題引發出來問題鏈構建認知模型，再抽象形成概念；而在概念建立后，適當的練習則有助于對概念本質的深入理解。同時，在教學過程如發現學生表現與自己預期不一致時，應及時調整優化教學策略。

2.創設與核心教學內容密切聯系的情景問題

情景問題是為落實教學目標，教師根據核心教學內容而創設的，適合于引發樣本學生深度學習的教學情景，用以增強教學中的啟發性和探究性。因此，創設的情景問題一定要與核心的教學內容密切聯系，與核心教學內容聯系不大的不能用。而現實的課堂教學中，相當部分老師創設的情景與核心教學內容聯系不大，或者根本就沒有創設情景而是直接進入教學內容，然后使用講授法等傳統的教學方法單純的講解化學知識，這樣的教學無疑消減了學科教育的育人價值，無法落實學科核心素養。良好的教學情境應該是建立在樣本學生已有知識儲備的基礎上，并能激活相關知識儲備，能在\"新舊知識的結合點\"上產生的新的問題，最能激發學生的認知沖突。良好的問題情景以及后續的問題鏈，還可以激發學生自行設計實驗，并進行探究驗證的求知欲望，從而促使學生進行深度思考，有利于培訓學生的實驗操作能力，觀察分析能力和邏輯思維能力。

3.重視過程方法，但不忽視基礎知識

掌握化學學習的方法，養成用化學學科思維解釋或解決生產生活中的相關問題是培養化學學科核心素養最重要的目的。因此，教師在教學過程中不是讓學生死記硬背相關化學知識，也不是將學生培養成“小鎮做題家”。比如在探究干燥的氯氣是否能使鮮花褪色時，我們不能僅僅讓學生記住實驗現象和結論，如果有條件更應該讓學生自己去探究，觀察實驗現象，得到實驗結論并做出解釋，只有這樣才能通過化學實驗這一重要手段達成育人的初衷。但這并不代表著實施深度學習，基礎知識的積累變得不再重要，恰恰相反，基于深度學習的教學更注重基礎知識的積累，因為科學探究都是建立在一定基礎知識上的，只是獲取知識的方法應當改變。如果學生能在教師的引導下，通過獨立思考，合作學習，自行設計實驗實施驗證，并對得到的結論做出解釋等手段來獲取知識，所獲取的知識也必然會更加深刻。學生在獲取知識的同時，其實驗操作技能與觀察分析能力也得到了訓練，獨立思考能力和創新精神也得到了培養。

四、結語

以教學中重難點教學內容為研究對象，課前對學生進行深度調研，采用適當的教學策略，創設緊密聯系生產生活的真實情景問題，能促使學生進行深層次的思考，引發學生的深度學習。同時，在教學實施過程中，教師還應根據學生的實際情況，不斷進行反思，調整、優化教學策略。“在實踐中研究，在研究中實踐”不僅可以促使教師的教學方式的轉變，而且還可以通過教師的引導促使學生進入深度學習，落實學科核心素養的養成。

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2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］張緒姝.深入調研學生優化教學策略——“化學反應的限度”教學設計與實踐的反思［J］.化學教育，2010，31（6）：35-37.

［3］胡久華，羅濱，陳穎.指向“深度學習”的化學教學實踐改進［J］.課程·教材·教法，2017，37（3）：90-96.

［4］岑蒙艷，黃都.學科核心素養視域下的化學平衡教學策略及反思［J］.試題與研究（教學論壇），2019（3）：55-57.

［5］劉雅麗，濮江，周青.發展學生建模能力的教學案例研究［J］.化學教學.2019（9）：39-43.

［6］徐龍勝.基于化學核心素養的教學設計優化策略與反思——以江蘇省化學優課“化學平衡的移動”教學設計為例［J］.化學教與學，2018（2）：76-79.

［7］王皖娣.化學教學中的數形結合問題研究［D］.天津：天津師范大學，2016.