以《氨》為例的深度學(xué)習(xí)模式研究與探討

韓麗麗

[摘要]從深度學(xué)習(xí)的概念出發(fā)，結(jié)合化學(xué)元素及其化合物的學(xué)科特點(diǎn)，以《氨》為例研究和探討深度學(xué)習(xí)模式在高中化學(xué)元素及其化合物教學(xué)中的應(yīng)用，以提升高中化學(xué)理論教學(xué)的有效性。

[關(guān)鍵詞]深度學(xué)習(xí)；元素及其化合物；氨

[中圖分類(lèi)號(hào)]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]16746058（2018）05005602

一、背景

1976年，美國(guó)學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo基于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)表了《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別：結(jié)果和過(guò)程》一文，最早提出了兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)概念：深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)。

深度學(xué)習(xí)模式主張通過(guò)組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類(lèi)別或特征，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式特征表示。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是大腦對(duì)于事物和概念的記憶，不是存儲(chǔ)在某個(gè)單一的地點(diǎn)，而是像全息照片一樣，分布式地存在于一個(gè)巨大的神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)里。當(dāng)你表達(dá)一個(gè)概念的時(shí)候，不是用單個(gè)神經(jīng)元一對(duì)一地存儲(chǔ)定義，概念和神經(jīng)元是多對(duì)多的關(guān)系：即一個(gè)概念可以用多個(gè)神經(jīng)元共同定義表達(dá)，同時(shí)一個(gè)神經(jīng)元也可以參與多個(gè)不同概念的表達(dá)。例如，氨氣是無(wú)色、有刺激性氣味、極易溶于水且形成堿性溶液的氣體。如果分布式地表達(dá)，即一個(gè)神經(jīng)元代表無(wú)色，一個(gè)神經(jīng)元代表氣味，一個(gè)神經(jīng)元代表極易溶于水，一個(gè)神經(jīng)元代表形成堿性溶液。只有四個(gè)神經(jīng)元同時(shí)激活，才可以準(zhǔn)確描述我們要表達(dá)的物質(zhì)。

元素及其化合物是高中化學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，它對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)、理解化學(xué)具有重大的意義。但是由于內(nèi)容繁雜、瑣碎，相關(guān)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)不易構(gòu)建，所以元素及其化合物對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的難度。因此，研究和探討深度學(xué)習(xí)模式在元素及其化合物中的應(yīng)用具有非常重大的意義。

二、教學(xué)案例

現(xiàn)以人教版必修1第四章第四節(jié)《氨》的教學(xué)為例，研究和探討深度學(xué)習(xí)模式在高中化學(xué)元素及其化合物教學(xué)中的應(yīng)用。

[教學(xué)情分析]氨是氮的氫化物，作為非金屬元素知識(shí)體系的一部分，氨也有大多數(shù)非金屬元素的氫化物所具有的性質(zhì)，同時(shí)它又是水溶液呈堿性的唯一氣體。氨是重要的基本化工產(chǎn)品，有必要認(rèn)識(shí)它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防中的重要用途。學(xué)生已在上一章學(xué)過(guò)典型金屬及其化合物的知識(shí)，具備掌握物質(zhì)及其性質(zhì)的一般方法和經(jīng)驗(yàn)。氨作為教材中唯一一個(gè)非金屬氫化物的典型代表，它的性質(zhì)既具有普遍性又具有獨(dú)特性，易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[教學(xué)目標(biāo)]認(rèn)識(shí)氮循環(huán)對(duì)生態(tài)平衡的重要作用；了解氨的主要性質(zhì)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的操作技能，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用；培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會(huì)的意識(shí)和責(zé)任感。

[教學(xué)重難點(diǎn)]氨的化學(xué)性質(zhì)和制取。

[教學(xué)過(guò)程]

【問(wèn)題1】每年的10月16日是世界糧食日，觀察歷年世界人口與谷物產(chǎn)量的增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)表可以看出，糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)趕不上人口增長(zhǎng)。請(qǐng)從化學(xué)的角度，談一談如何解決這一問(wèn)題。

【學(xué)生回答】合理使用化肥，如鉀肥、磷肥、氮肥等，增加糧食產(chǎn)量。

【追問(wèn)1】常見(jiàn)的氮肥有哪些？如何生產(chǎn)這些氮肥？

【學(xué)生回答】銨鹽、尿素、氨水等。（關(guān)于如何生產(chǎn)氮肥，學(xué)生回答不出來(lái)）

【教師活動(dòng)1】展示圖片

【化學(xué)史料】百年內(nèi)與氨有關(guān)的三次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的主要成就：1918年哈伯發(fā)明了N2和H2直接合成氨的方法；1931年博施改進(jìn)了反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)氨的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)；2007年埃特爾發(fā)現(xiàn)了合成氨的反應(yīng)機(jī)理。

【問(wèn)題2】通過(guò)一則工廠氨氣泄漏事件，思考為什么在液氨泄漏時(shí)工廠里會(huì)寒氣逼人？如何吸收彌漫在空氣中的大量氨氣？被圍困在污染區(qū)的群眾怎樣做才能保避免吸入氨氣？

【學(xué)生活動(dòng)1】通過(guò)小組內(nèi)討論和交流，小結(jié)出氨氣的物理性質(zhì)：無(wú)色、有刺激性氣味、密度比空氣小、易液化且極易溶于水。

【學(xué)生活動(dòng)2】分組實(shí)驗(yàn)——噴泉實(shí)驗(yàn)，探究氨氣典型的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。

【學(xué)生活動(dòng)3】自主描述現(xiàn)象，得出結(jié)論。①現(xiàn)象：水進(jìn)入燒瓶，形成噴泉；結(jié)論：氨氣極易溶于水。②現(xiàn)象：燒瓶?jī)?nèi)溶液為紅色；結(jié)論：其水溶液顯堿性。

【深度學(xué)習(xí)1】利用噴泉實(shí)驗(yàn)的原理——燒瓶?jī)?nèi)外形成較大的氣體壓強(qiáng)差，結(jié)合已學(xué)物質(zhì)，設(shè)計(jì)其他的噴泉實(shí)驗(yàn)。

【學(xué)生回答】HCl+H2O、HCl+NaOH、Cl2+NaOH、CO2+NaOH等。

【深度學(xué)習(xí)2】噴泉實(shí)驗(yàn)若失敗，原因可能有哪些？

【學(xué)生回答】裝置氣密性不好；氣體不純；收集氣體時(shí)燒瓶不干燥等。

【深度學(xué)習(xí)3】通過(guò)氨氣與水的反應(yīng)探討氨水中存在的微粒。

【學(xué)生回答】根據(jù)反應(yīng)NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH-可知，氨水中的分子有：H2O、NH3和NH3·H2O；氨水中的離子有：NH+4、H+和OH-。

【追問(wèn)2】氨水能做化肥嗎？

【學(xué)生回答】可以吧。（因缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生的回答充滿(mǎn)了不確定性）

【教師活動(dòng)2】氨水可以做化肥。但有缺陷：因易揮發(fā)，肥效降低，污染環(huán)境；

呈堿性，易燒傷植物，堿化土壤；液態(tài)，不易保存與運(yùn)輸；等等。

【追問(wèn)3】怎樣改進(jìn)氨水做化肥的缺陷呢？

【學(xué)生回答】制成銨鹽。

【深度學(xué)習(xí)4】氨水與濃鹽酸反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：

現(xiàn)象：在C點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)白色的圓環(huán)。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

【學(xué)生回答】濃氨水揮發(fā)出氨氣，濃鹽酸揮發(fā)出氯化氫，兩者擴(kuò)散接觸后生成白色固體氯化銨。白環(huán)出現(xiàn)在C點(diǎn)，說(shuō)明氨氣擴(kuò)散速度比氯化氫的擴(kuò)散速度快。

【追問(wèn)4】將濃鹽酸改成濃硫酸或濃硝酸能否有上述現(xiàn)象？

【學(xué)生回答】濃硫酸不會(huì)，濃硝酸會(huì)。在這套裝置中，濃氨水與揮發(fā)性的酸才會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)4】初中已接觸過(guò)幾種常見(jiàn)的銨鹽，如碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、硝酸銨，請(qǐng)自主歸納銨鹽常見(jiàn)的化學(xué)性質(zhì)，如受熱易分解、能與堿反應(yīng)等。

【深度學(xué)習(xí)5】請(qǐng)用思維導(dǎo)圖對(duì)本節(jié)課進(jìn)行小結(jié)。

【主題升華】中國(guó)以占世界7%的耕地，養(yǎng)活了占世界21%的人口，卻用了占世界35%的化肥，合理施用氮肥，保護(hù)我們的環(huán)境是我們每一個(gè)人應(yīng)具備的公民素質(zhì)。

三、反思

這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)符合深度學(xué)習(xí)模式的核心思想，即自下而上、層層構(gòu)建，模仿大腦神經(jīng)元之間傳遞和處理信息的模式。具體表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

1.深度學(xué)習(xí)關(guān)注生活，聯(lián)系實(shí)際，尋找化學(xué)有機(jī)課堂的出發(fā)點(diǎn)

本課教學(xué)結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容聯(lián)系自然、生產(chǎn)、生活和社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)并能夠解決實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)看待、處理化學(xué)問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生形成用化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的基本習(xí)慣，摒棄只關(guān)注解決考試問(wèn)題所需的公式和外在線索的淺層學(xué)習(xí)。本節(jié)課從世界糧食危機(jī)的情境切入，引起學(xué)生共鳴，激發(fā)學(xué)生對(duì)于氨及銨鹽性質(zhì)的深層次學(xué)習(xí)的緊迫感，找到化學(xué)有機(jī)課堂的出發(fā)點(diǎn)。

2.深度學(xué)習(xí)注重實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)學(xué)科特色，構(gòu)建化學(xué)有機(jī)課堂的立足點(diǎn)

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。而深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)及其變化過(guò)程中的基本現(xiàn)象、基本規(guī)律深入研究，并在微觀粒子運(yùn)動(dòng)層面上進(jìn)行判斷和理解，逐步形成化學(xué)基本觀念。只有這樣，才可以在相似物質(zhì)及其變化情境中“舉一反三”，在新情境中分析、判斷差異，并對(duì)化學(xué)基本觀念進(jìn)行遷移運(yùn)用。這一切都離不開(kāi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課的重難點(diǎn)包括氨氣的性質(zhì)、氨水成分的分析和銨鹽的性質(zhì)。通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，由下而上，層層推進(jìn)，使學(xué)生在積極主動(dòng)應(yīng)用中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新問(wèn)題，感悟新知識(shí)，領(lǐng)悟化學(xué)知識(shí)“生長(zhǎng)”的意義，提高學(xué)生化學(xué)知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用能力，從而構(gòu)建化學(xué)有機(jī)課堂的立足點(diǎn)。

3.深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，到達(dá)化學(xué)有機(jī)課堂的最高點(diǎn)

化學(xué)核心素養(yǎng)是具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的關(guān)鍵能力和品格?；谏钊胨伎肌⑸钊胩骄康纳疃葘W(xué)習(xí)是建構(gòu)觀念、培養(yǎng)思維、提高探究能力的有效途徑，而碎片化、快餐式的淺層學(xué)習(xí)則與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)無(wú)緣?；瘜W(xué)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造世界的主要方法和手段之一。學(xué)生在接受化學(xué)知識(shí)教育的過(guò)程中常常會(huì)受到某種思想的啟迪、熏陶，或受到某位科學(xué)家探索事跡的感染與激勵(lì)，從而對(duì)心靈的成長(zhǎng)起到激發(fā)、感召的作用，愿意將化學(xué)知識(shí)和思想運(yùn)用于生活中，最終到達(dá)化學(xué)有機(jī)課堂的最高點(diǎn)。

總之，深度學(xué)習(xí)理論具有較強(qiáng)的理論研究?jī)r(jià)值，是高中學(xué)生進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)的一種有效學(xué)習(xí)方式。如何更好地促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，針對(duì)不同的化學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式，應(yīng)用不同的深度學(xué)習(xí)策略和方法，值得廣大化學(xué)教師進(jìn)一步研究、實(shí)踐和探索。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫志軍，薛磊，許陽(yáng)明，等.深度學(xué)習(xí)研究綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012（8）.

[2]吳孫富，秦麗，張圣濤，等.例談深度學(xué)習(xí)與深度教學(xué)的關(guān)系[J].化學(xué)教學(xué)，2016（5）.

（責(zé)任編輯羅艷）