基于“深度學習”促進化學教育價值實現(xiàn)的實踐與思考

張發(fā)新

[摘要]提出深度學習的核心要素：真實的問題情境、主動運用批判性等高階思維、知識的意義建構(gòu)；根據(jù)劉知新先生有關(guān)化學教育價值的論述，提出了基于促進學生“深度學習”，實現(xiàn)化學教育價值的化學教學內(nèi)涵及其實施策略。

[關(guān)鍵詞]深度學習；化學教育價值

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2016）020121041

問題的提出

近年來，“深度學習”這一學習方式和學習理念，引起教師和教學研究群體的普遍關(guān)注和高度重視，國內(nèi)不少學者對“深度學習”做過研究，認為深度學習發(fā)生于真實性和批判性的情境之中[1]。也有認為深度學習是一種主動的、批判性的學習方式，也是實現(xiàn)有意義學習的有效方式，要求學習者進行理解性的學習、批判性的高階思維、主動的知識建構(gòu)、有效的知識遷移及真實問題的解決[2]。從中可以體會到“深度學習”的核心內(nèi)容：深度學習需要教師創(chuàng)設真實情境，引導學生主動地運用批判性等高階思維方式解決問題，并在解決問題的過程中實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。

化學教育“應有助于學生主動構(gòu)建自身發(fā)展所需的化學基礎知識和基本技能，增進對物質(zhì)世界的認識，進一步了解化學學科的特點；有利于學生體驗科學探究的過程，學習科學研究的基本方法，加深對科學本質(zhì)的認識，發(fā)展創(chuàng)新精神和實踐能力；有利于學生形成科學的自然觀和嚴謹求實的科學態(tài)度，更深刻地認識科學、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系，樹立可持續(xù)發(fā)展的思想”[3]。認真領會化學教育的三個“有利于”的課程性質(zhì)，積極實施基于“深度學習”的化學教學活動，有助于實現(xiàn)化學的教育價值：“從知識（或認知）層面考察， 主要是化學知識的傳遞價值、啟智價值和約化價值；從動作技能層面來考察，可分為化學實驗研究的體驗價值、探索價值和規(guī)范價值；從情意態(tài)度層面來考察，主要是作為科學教育的激勵價值、養(yǎng)成價值和發(fā)展價值”[4]。鑒于此，筆者認為基于促進學生“深度學習”，應從以下策略入手來促進化學教育價值的實現(xiàn)。

2基于“深度學習”的化學教學策略

2.1創(chuàng)設認知沖突，引導學生深度理解化學教育的認知價值學校傳授的是結(jié)構(gòu)化和體系化的知識，其中必然貫穿一定的指導理論和方法論，這些理論和方法論都會對學生深度理解化學知識的認知價值產(chǎn)生積極的促進作用?；瘜W知識不僅具有幫助學生認識物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、應用及其創(chuàng)造，把握物質(zhì)世界與人類社會的和諧發(fā)展，而且具有促進學生智力發(fā)展的功能?；瘜W知識的認知價值體現(xiàn)在知識與智力活動間有著不可分割的聯(lián)系中。首先，化學知識是人類在各種社會實踐活動或科學實踐中獲得的對物質(zhì)性質(zhì)“宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)、符號表達”的認識成果，是人類對事物進行再認識的基礎，是人類對物質(zhì)性質(zhì)及其變化的基本事實、基本原理、基本規(guī)律、基本觀念的總結(jié)與提升。只有掌握前人的認識成果，才能更迅速、更深入地認識和把握物質(zhì)性質(zhì)并創(chuàng)造新物質(zhì)，從而推動人類文明的發(fā)展。因而學校教育中不能忽視知識的傳遞價值，化學基礎知識傳授永遠是化學教育的基本任務。其次，化學知識是人類智力活動的成果，每一點關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)及其變化規(guī)律的認識都閃爍著人類智慧的光芒。開展物質(zhì)性質(zhì)及其變化的實驗探究，記錄并解釋發(fā)生的真實現(xiàn)象，探究物質(zhì)性質(zhì)及其變化的基本規(guī)律，在這樣的過程中，學生在觀察、記憶、思維、假說、想象和推理等智力方面的能力都會得到發(fā)展。再次，自然界化學物質(zhì)多種多樣、人類創(chuàng)造的新物質(zhì)層出不窮，物質(zhì)性質(zhì)及其變化紛繁復雜，需要從分子、原子、離子等微觀粒子的角度揭示物質(zhì)性質(zhì)及其變化的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律性，將物質(zhì)性質(zhì)及其變化中某些共同特征、或從物質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象中已經(jīng)分離出來的一般的、共同的屬性和特征結(jié)合起來，建立化學科學模型，形成簡約化的化學基本概念和基本觀念，從中發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化是有序和有規(guī)可循的。由此可見，通過創(chuàng)設真實的問題情境，形成認知沖突，引導學生有效“運用批判性的思維”“主動建構(gòu)知識”等“深度學習”方式尋求問題解決的有效途徑和方法，從而促進學生深度理解化學知識的認知價值。下面以“鋁的相關(guān)反應中能量變化”的主題探究活動為例加以說明。

1） 真實的情境：①觀察鋁片或鋁粉在純氧和空氣中燃燒、鋁熱反應實驗現(xiàn)象；②觀察兩塊相同形狀、相同質(zhì)量的鋁片分別與100 mL 0.5 mol/LH2SO4和100 mL 1.0 mol/L HCl反應速率；③分別測兩塊相同形狀、相同質(zhì)量的鋁片與100 mL0.5 mol/L H2SO4直接反應和與銅片組成原電池后反應液的溫度變化。

2） 認知沖突：情境①問題：鋁是非?；顫姷慕饘?，為什么鋁片在空氣中或純氧中都不能燃燒？而鋁粉卻可以燃燒？常溫下鋁在空氣中能穩(wěn)定存在的原因是什么？鋁制品為何經(jīng)久耐用？情境②問題：兩種酸溶液的H+濃度相同，鋁片又沒有明顯差異，鋁片與鹽酸反應速率大于鋁片與硫酸反應速率，可能的原因是什么？如何證明？情境③問題：測出鋁與酸反應都放熱，熱能從哪里轉(zhuǎn)化來的？原電池能量轉(zhuǎn)化的方式是什么？為什么組成原電池以后溶液溫度升高的值少了許多？

3） 認知價值：情境①：金屬鋁是一種“親氧”元素，形成的氧化鋁既致密又耐高溫（熔點：鋁660 ℃、氧化鋁3 000 ℃）；物質(zhì)之間的接觸面積是影響化學反應速率的重要因素；鋁粉在空氣或氧氣中都可以燃燒，是因為鋁片變成鋁粉表面積增大了許多，反應速率也隨之增大；情境②：溶液的性質(zhì)與溶液中存在的微粒密切相關(guān)，宏觀現(xiàn)象往往都是微觀變化的外在表現(xiàn)。強調(diào)諸多“相同”是體現(xiàn)科學研究的一種基本方法——控制變量法。兩種酸溶液中陰離子不同，反應速率不同的原因有兩種可能： SO42-抑制了反應，或是 Cl-促進了反應。驗證的方法是在H2SO4溶液中添加少量NaCl固體或在鹽酸溶液中添加少量Na2SO4固體；情境③：化學能既可以轉(zhuǎn)化為熱能，也可以轉(zhuǎn)化成電能，能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中是守恒的。化學能轉(zhuǎn)化成熱能可以不需要借助一定的裝置，但化學能轉(zhuǎn)化成電能需要借助一定的裝置。在一定裝置中化學能即使轉(zhuǎn)化成電能，也有一部分轉(zhuǎn)化成熱能，因此提高化學能轉(zhuǎn)化成電能的效率是人們永恒的追求。

通過提出問題、分析問題、解決問題的過程體驗，引導學生將零散的知識進行整合，并完成從具體知識向抽象知識的轉(zhuǎn)換，學生在上述問題解決過程中除了接受、領會鋁的性質(zhì)及其能量轉(zhuǎn)化的內(nèi)容外，還會主動吸收積淀在鋁的性質(zhì)知識中的智慧、才能和思維方式等，達到了舉一反三、聞一知十等深度理解化學知識認知價值的學習效果。

2.2著意遷移運用，引導學生深入領會化學教育的實踐價值對“化學反應速率的教學”，課程標準要求學生“定性地掌握了反應速率的概念，反應速率的定量表示方法，定性地了解影響化學反應速率的因素”。從深度學習的核心要素來看，即應當運用批判性思維，引導學生深入理解化學反應發(fā)生、影響反應速率的微觀本質(zhì)——有效碰撞理論。也需要著意遷移運用，討論比較化學反應速率快慢的方法，幫助學生建立科學的研究問題的意識與方法，同時也應聯(lián)系社會生產(chǎn)和生活的實際，認識控制化學反應速率的關(guān)鍵要素，從“有效碰撞和活化能理論”出發(fā)對新的化學反應做出“舉一反三”的、準確明晰的判斷，從而實現(xiàn)化學反應速率相關(guān)知識的順利遷移運用。同時，通過定量實驗，將反應速率相關(guān)問題與圖像、數(shù)據(jù)相聯(lián)系，引導學生找到解決問題的切入點，與所學的相關(guān)活化能、有效碰撞理論知識發(fā)生準確的鏈接，培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)處理和圖像處理的能力，引導學生深入領會化學知識的探索、體驗、規(guī)范等實踐價值。

“化學反應速率”中有許多新概念，學生往往認識不清、一知半解，為了讓學生更好地接受新概念，多角度設計問題，激發(fā)學生深入探究化學反應速率知識本質(zhì)的欲望。教師設計一組問題：①你了解下列化學反應的快慢與我們有什么關(guān)系嗎？如鐵生銹、牛奶變質(zhì)、溶洞形成、爆炸等；②對于鋅和不同濃度的稀硫酸的實驗，你準備如何比較反應速率的快慢？如冒氣泡快慢、固體量的改變、溫度變化等；③如何從定量的角度來表示化學反應快慢？如測定Zn的質(zhì)量變化、測定H2的體積或體系的壓強測定物質(zhì)或H+或Zn2+的濃度變化、測定溶液的導電能力的不同、測定體系的溫度或測定反應的熱量變化；④如何用數(shù)學表達式表示化學反應速率？并說明它的單位。

化學反應速率知識經(jīng)驗源于化學實踐（實驗），學生在化學實驗中具體運用反應速率知識，并不斷豐富和發(fā)展對影響化學反應速率速率微觀本質(zhì)的認識。當然，實驗需要觀察、概括等思維活動的支持和參與，有深度思維活動的實驗是化學知識教育價值實現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在引導學生體驗“明確實驗目的—預測—設計方案—得出結(jié)論”完整的探究過程中，對化學知識的實踐價值追求就能夠?qū)⒔虒W過程升華為有效促進學生主動探索未知世界，親身驗證自身想法的思維過程與實踐過程。安排一組學生實驗：①5%H2O2、0.5%H2O2 、MnO2、冷水、熱水（實驗不同濃度H2O2在有、無催化劑和有催化劑存在時不同溫度下的分解速率）；②3 mol/L HCl、0.5 mol/L HCl、塊狀CaCO3、粉末CaCO3（實驗不同濃度鹽酸分別與塊狀、粉末狀CaCO3反應的速率）；③1 mol/L HCl、0.1 mol/L HCl、鎂粉、鐵粉（實驗不同濃度鹽酸分別與兩種金屬粉末反應的速率）。

將知識遷移運用至新情境中來解決問題，能克服膚淺的理解、機械的記憶、簡單的復制等淺層學習的水平。著意遷移應用：①從合成氨的生產(chǎn)實際出發(fā)，給出相關(guān)物理量，掌握化學反應速率計算；②研究碳酸鈣與稀鹽酸的反應速率圖象，初步學會圖像分析的方法，提高識圖、識表的能力；③汽車尾氣主要有CO、NO兩種有害氣體，這兩種氣體可以發(fā)生反應：2CO+2NO=2CO2+N2，消除污染。但這個反應太慢，你有什么辦法提高反應速率？如可以將尾氣排氣管加長，增加反應時間；給尾氣加壓，是反應速率加快；利用發(fā)動機的高溫使反應速率加快；使用適當?shù)拇呋瘎ń處熃榻B：約有80%～85%的化工生產(chǎn)過程使用催化劑來加快反應速率、提高生產(chǎn)效率）；哪種方法值得研究？④海水中碘的含量很高，但濃度卻很低，如何運用反應速率原理，提高從海水中提取碘的生產(chǎn)速率？知識遷移應用：先富集，提高濃度增加離子間碰撞幾率。

2.3促進有效反思，引導學生深刻領悟化學教育的情意價值化學知識的情意價值是指化學知識的學習過程中，促進學生從化學的視角看物質(zhì)世界的習慣養(yǎng)成、積極認識化學在社會生產(chǎn)、生活實際和環(huán)境保護事業(yè)等方面的作用和價值等。有效反思是學生通過對自己的思維過程及結(jié)果進行批判性地回顧、分析和檢查，從中發(fā)現(xiàn)問題并通過自主探究來解決問題。學會有效反思有利于引導學生深刻領悟化學知識教育的激勵、養(yǎng)成和發(fā)展等情意價值，學生通過反思對自己的探究活動及過程進行有效地計劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)探究的切入口，從而激勵學生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題的本質(zhì)，進而完善探究活動以促進問題解決。促進學生對化學知識的理解與建構(gòu)、遷移及應用，支持和促進學生從化學的視角看物質(zhì)世界，即反思不僅引導學生回顧過去來“發(fā)現(xiàn)問題”，還要引導學生對當下進行“問題探究”，更引導學生指向未來的“問題解決”。

化學是人類用以認識和改造世界的主要方法和手段之一，諾貝爾獎獲得者西博格博士說：“化學，是人類進步的關(guān)鍵”。在20世紀100年中，化學合成和分離了2 285萬種化合物（包括天然藥物、材料等）。其中大部分都是有機合成的產(chǎn)物，制藥業(yè)的發(fā)展提高了人們的生活質(zhì)量，而制藥業(yè)的發(fā)展與有機合成水平的提升密切相關(guān)。苯甲酸苯甲酯存在于多種植物香精中，它具有殺滅虱、蚤的作用且不刺激皮膚，無異臭和油膩感，可用于治療癤瘡。在思考“運用所學知識合成苯甲酸苯甲酯”問題時，通過反思促進學生對“從目標分子出發(fā)去尋找前提分子，斷鍵的技巧”等化學知識信息的深度理解，從反應的路線簡約性、原子經(jīng)濟性、選擇反應合理化、試劑和催化劑無公害化、原料廉價綠色化、操作安全可靠化等化學教育情意價值上主動建構(gòu)和認真反思：設計的方案中哪個最合理？從哪些角度進行優(yōu)選的？從經(jīng)驗技能的遷移應用及復雜問題的有效解決上認真反思：苯甲酸苯甲酯的工業(yè)合成路線真的是這樣嗎？真正的工業(yè)合成路線比設計的實驗室合成路線有哪些優(yōu)點？今后再用逆合成法設計合成線路你會關(guān)注些什么？進而促進學生在深度學習的基礎上實現(xiàn)化學知識激勵、養(yǎng)成、規(guī)范等化學教育情意價值。

化學知識包含著化學家、化學科學工作者熱愛生活、追求人生幸福美滿的道德情感，學生在接受化學知識教育的過程中常常會受到某種思想的啟迪、熏陶，會受到某位科學家探索事跡的感染與激勵，從而對心靈的成長起到激發(fā)、感召的作用，這其實就是化學知識教育情意價值的體現(xiàn)。如科里（Elias James Corey）創(chuàng)建了獨特的有機合成理論—逆合成分析理論，使有機合成方案系統(tǒng)化并符合邏輯，他和他的學生衛(wèi)普克還根據(jù)逆合成原理編制了第一個計算機輔助有機合成路線設計程序（DCSS），使他的“逆合成分析原理”及有關(guān)原則、方法數(shù)字化。鑒于科里對有機合成有重大貢獻，1990年被授予諾貝爾化學獎。引導學生在上述基于逆合成苯甲酸苯甲酯深度學習后，完成學習任務（從原料庫中挑選合適的原料，無機試劑自選，合成苯佐卡因，學名：氨苯甲酸乙酯（結(jié)構(gòu)：略）。它是一種白色結(jié)晶粉末，無臭、味微苦?？勺鳛榫植柯樽硭帲墒固弁锤袦p輕，軟膏用于表皮輕度燙傷、燒傷。原料庫：乙烯、丙烯、1，3丁二烯、苯、甲苯、苯酚）。在完成合成苯佐卡因設計過程中，學習者的反思能力得到鍛煉和發(fā)展，也從中真切地感悟到“在自然界的旁邊，化學家又創(chuàng)造了另一個世界”。

3結(jié)語

深度學習理論作為一個有積極研究意義的課題，具有很強的理論研究價值與實踐指導意義，“深度學習”是高中學生進行化學學習一種有效的學習方式，如何更好地促進學生的深度學習，值得廣大化學教師進一步研究、實踐和探索。深度學習是實現(xiàn)化學教育價值的關(guān)鍵所在，需要采取多種策略來引導和促進學生進行深度學習，在此基礎上，實現(xiàn)化學教育的認知價值、實踐價值和情意價值，更好地體現(xiàn)新課程的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三維目標的實現(xiàn)，希望通過對深度學習理論和實踐的研究，能夠進一步促進化學教育質(zhì)量的提高。

參考文獻

[1] 閻乃勝.深度學習視野下的課堂情境[J].教育發(fā)展研究，2013，（12）：7679.

[2] 張浩，吳秀娟.深度學習的內(nèi)涵及認知理論基礎探析[J].中國電化教育，2012，（10）：711.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2003年版）[M].北京：人民教育出版社，2003：1.

[4] 劉知新.化學教育面面觀——賀《化學教育》刊慶30 周年[J].化學教育，2010，31（3）：710.

Practicing and thinking of deep learning for achieving

chemical education′s value

ZHANG Faxin

（Jiangning High School，Nanjing，Jiangsu211100，China）

AbstractThe paper puts forward some core elements of deep learning：the real problem situation，high order thinking using active and critical thinking mode，meaning construction of knowledge.Based on the chemical education′s value raised by Liu Zhixin，the paper put forward the connotation and implementation strategy to achieve these values on the basis of the aim to boost the students′ deep learning.

Key wordsdeep learning；chemical education′s value