基于深度學(xué)習(xí)的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐

黃彩霞 張賢金

[摘 要]

基于深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，在元素及其化合物的學(xué)習(xí)中具有重要意義，以蘇教版《化學(xué)1（必修）》“二氧化硫的性質(zhì)和作用”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，從創(chuàng)設(shè)問題情境、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究、關(guān)注課堂動態(tài)生成、落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

[關(guān)鍵詞]

高中化學(xué);深度學(xué)習(xí);元素及其化合物

元素及其化合物知識是高中化學(xué)的重要組成部分，尤其像硫這種具有多種價態(tài)的元素，其內(nèi)容繁雜、瑣碎，若采用簡單、被動的記憶學(xué)習(xí)方法顯然不適合該部分的學(xué)習(xí)。官超凡認(rèn)為，高中生具有一定的深度學(xué)習(xí)水平，但是理解能力、創(chuàng)造力等方面有所欠缺，并構(gòu)建創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，改變教學(xué)方式，注重知識的遷移，注重元素化合物的實(shí)驗(yàn)探究實(shí)踐教學(xué)模式。筆者認(rèn)為，通過創(chuàng)設(shè)酸雨等真實(shí)問題情境、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究、促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，在硫元素及其化合物教學(xué)中具有重要意義。

一、基于深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的提出

深度學(xué)習(xí)的概念源自于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。基于對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的實(shí)驗(yàn)研究，美國學(xué)者Ference Marion 和 Roger Salio于1976 年，首先提出了深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）和淺層學(xué)習(xí)（Surface Learning）這兩個對應(yīng)的學(xué)習(xí)概念?；趪鴥?nèi)外學(xué)者對深度學(xué)習(xí)的分析研究，張發(fā)新認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要包含：一是深入理解學(xué)科基本思想、基本思維及特有結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí);二是深刻領(lǐng)會并掌握學(xué)科知識的符號含義、邏輯含義的學(xué)習(xí);三是促進(jìn)學(xué)生深化認(rèn)識知識真實(shí)價值意義的學(xué)習(xí)。相比于簡單地識記零散瑣碎知識的淺層學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)更注重學(xué)習(xí)者積極地、批判性理解、強(qiáng)調(diào)知識網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)，更加關(guān)注知識的現(xiàn)實(shí)意義，同時也是提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑之一。黃清輝等人認(rèn)為真實(shí)問題情境創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)探究，是促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的重要手段之一。根據(jù)化學(xué)深度學(xué)習(xí)的已有研究和觀點(diǎn)，筆者以蘇教版《化學(xué)1（必修）》“二氧化硫的性質(zhì)和作用”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行教學(xué)反思。

二、基于真實(shí)問題情境和實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)案例剖析

（一）學(xué)情分析

二氧化硫是硫元素的重要化合物之一，作為非金屬元素知識體系的一部分，二氧化硫具有一般非金屬氧化物的共同性質(zhì)，工業(yè)上，二氧化硫是一種常用的漂白劑。在硫酸型酸雨的防治中，二氧化硫性質(zhì)的學(xué)習(xí)對增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識起到重要作用。學(xué)生在非金屬氯、溴、碘等元素的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，具備通過實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)性質(zhì)的一般方法和經(jīng)驗(yàn)。通過二氧化硫的氧化性和還原性學(xué)習(xí)，學(xué)生進(jìn)一步鞏固氧化還原反應(yīng)中元素價態(tài)變化規(guī)律。

（二）教學(xué)目標(biāo)

知道硫酸型酸雨的形成過程、危害及防治方法，形成良好的環(huán)境保護(hù)意識;認(rèn)識SO2的主要性質(zhì)和應(yīng)用。

（三）教學(xué)重、難點(diǎn)

硫酸型酸雨的形成原理、二氧化硫的化學(xué)性質(zhì);二氧化硫的漂白原理。

（四）教學(xué)思路

（五）教學(xué)過程

[酸雨視頻播放]喚起學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識，提出問題（學(xué)生課前查找資料）。

[學(xué)生回答]我國的酸雨主要是燃燒化石燃料釋放的二氧化硫氣體導(dǎo)致的。

[追問]二氧化硫究竟具有什么樣的性質(zhì)才會導(dǎo)致酸雨的形成。激發(fā)學(xué)生從化學(xué)角度探究酸雨的形成過程的興趣。

[學(xué)生活動1]分組實(shí)驗(yàn)：用pH試紙測定二氧化硫水溶液的pH，記錄pH值，并向其中滴加紫色石蕊試液，同學(xué)自主討論得出SO2物理性質(zhì)。

[設(shè)計(jì)意圖]課前查閱酸雨相關(guān)資料，課堂觀看視頻，直觀的視覺感受，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)如何防治酸雨的興趣。設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)測定二氧化硫水溶液的pH，自主討論總結(jié)SO2物理性質(zhì)，初步形成通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取知識的深度學(xué)習(xí)方法。

[學(xué)生回答]SO2水溶液顯酸性，紫色石蕊試液變紅。

[教師活動]類比CO2與水反應(yīng)，寫出對SO2與水反應(yīng)的方程式，類比碳酸，亞硫酸又能和哪些物質(zhì)反應(yīng)呢？引導(dǎo)學(xué)生遷移知識，養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)方法。

[學(xué)生回答]能和堿反應(yīng)

[教師活動]SO2+H2O[]H2SO3，亞硫酸具有酸的通性，能和堿反應(yīng)，使得酸堿指示劑變色。

[學(xué)生活動2]學(xué)生根據(jù)已學(xué)酸性氧化物的通性，寫出SO2與堿、堿性氧化物反應(yīng)的反應(yīng)方程式。

[設(shè)計(jì)意圖]引導(dǎo)學(xué)生采用類比遷移、分類的思想學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)，能應(yīng)用已學(xué)的酸性氧化物CO2的性質(zhì)，推測SO2的性質(zhì)，并用相關(guān)的化學(xué)用語表示其反應(yīng)過程，將宏觀的物質(zhì)性質(zhì)與微觀的化學(xué)用語聯(lián)系起來，培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

[深度學(xué)習(xí)1]類比CO2的性質(zhì)，學(xué)習(xí)SO2的性質(zhì)。

[學(xué)生活動3]分組實(shí)驗(yàn)：往二氧化硫水溶液，滴加氯化鋇溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再滴加過氧化氫溶液，振蕩，再滴加稀鹽酸。

[設(shè)計(jì)意圖]通過檢驗(yàn)二氧化硫的水溶液中不存在SO42-，而滴加過氧化氫溶液后，生成SO42-證明二氧化硫水溶液具有還原性。將簡單識記的氧化還原知識轉(zhuǎn)化為具有方法價值的知識，啟迪學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的思維，初步形成實(shí)驗(yàn)探究的化學(xué)學(xué)習(xí)方法。

[深度學(xué)習(xí)2]從氧化還原角度分析二氧化硫與水的反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)？

[學(xué)生回答]二氧化硫中硫的化合價為+4價，具有還原性，能被氧化劑（如H2O2）氧化。

[追問]從化合價的角度分析，二氧化硫具有還原性，是否具有氧化性，如何通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

[深度學(xué)習(xí)3]學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究總結(jié)二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)（還原性、氧化性），并閱讀教材硫酸型酸雨的形成有關(guān)知識，認(rèn)識酸雨形成的原理。

[追問]酸雨防治方法：

①從減少污染源入手，開發(fā)新能源替代化石燃料，根本上防止酸雨;

②各種方法對含硫燃料預(yù)先脫硫處理，減少排放;

③提高環(huán)保意識，加強(qiáng)國際間合作，減少酸雨產(chǎn)生。

[深度學(xué)習(xí)4]學(xué)生從獨(dú)立的化學(xué)知識學(xué)習(xí)層面上升到關(guān)注社會問題，初步掌握化學(xué)知識解釋并解決實(shí)際問題的方法。

[追問]二氧化硫雖然會導(dǎo)致酸雨，但是二氧化硫有沒有用途呢？（學(xué)生課前資料準(zhǔn)備：二氧化硫可作為工業(yè)漂白劑，食品添加劑）

[學(xué)生活動4]分組實(shí)驗(yàn)：往二氧化硫水溶液，滴加品紅溶液，振蕩，然后加熱試管，學(xué)生觀察加熱前后溶液顏色的變化，并討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M二氧化硫的漂白作用，學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)在生產(chǎn)生活中的重要地位，并通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)探究漂白原理，得出亞硫酸的不穩(wěn)定性，在探究過程中完善二氧化硫的知識體系。

[學(xué)生回答]SO2能漂白某些有色物質(zhì)（如品紅），加熱時，恢復(fù)原來的顏色。

[學(xué)生活動5]二氧化硫的漂白作用是SO2本身性質(zhì)還是亞硫酸的性質(zhì)？通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（干燥二氧化硫通入品溶液和品紅的無水乙醇溶液）來驗(yàn)證。

[設(shè)計(jì)意圖]通過層層深入引導(dǎo)，突破二氧化硫漂白原理的難點(diǎn)，學(xué)生通過簡單的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)，探究二氧化硫的漂白作用與溶劑水的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)課堂的動態(tài)生成是深度學(xué)習(xí)的重要來源。學(xué)生真正體驗(yàn)通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取化學(xué)知識、檢驗(yàn)理論知識的樂趣，學(xué)生的批判、創(chuàng)新意識得到提升。

[深度學(xué)習(xí)5]二氧化硫的漂白性主要是SO2與水生成的亞硫酸起漂白作用。

[教師活動]工業(yè)上SO2用于漂泊紙漿、變色的草帽等，SO2也是食品加工常用的防腐劑、抗氧化劑。課外可以網(wǎng)上了解，調(diào)查身邊的化學(xué)。

[追問]二氧化硫、新制氯水都具有漂白性，如果兩者混合，漂白效果是否加強(qiáng)？

[學(xué)生活動6]分別將二氧化硫水溶液、教師準(zhǔn)備的新制氯水、兩者混合溶液通過品紅溶液，觀察實(shí)驗(yàn)、討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生理論推理上的認(rèn)知沖突，進(jìn)一步從氧化還原的角度引導(dǎo)學(xué)生去推理獲取新知識。由理論儲備到實(shí)踐驗(yàn)證，再反過來完善理論知識體系，學(xué)生逐步養(yǎng)成證據(jù)推理和模型認(rèn)知，形成深度學(xué)習(xí)。

[學(xué)生回答]二氧化硫水溶液、新制氯水能使品紅溶液褪色，但是混合溶液不能使品紅溶液褪色。

[深度學(xué)習(xí)6]學(xué)生從漂白原理、漂白特點(diǎn)、漂白效果，比較碳、HClO、SO2等不同的具有漂白性的物質(zhì)，對比深度學(xué)習(xí)。

[深度學(xué)習(xí)7]采用思維導(dǎo)圖總結(jié)二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)。

[主題升華]酸雨的形成引出二氧化硫的學(xué)習(xí)，通過教師引導(dǎo)，模擬酸雨形成，喚醒環(huán)保意識。并從氧化還原角度分析其性質(zhì)，學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

三、基于深度學(xué)習(xí)的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)反思

“二氧化硫的性質(zhì)和作用”通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的酸雨的情境，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，設(shè)計(jì)6個學(xué)生活動，關(guān)注課堂的動態(tài)生成，促進(jìn)7個深度學(xué)習(xí)的形成，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，激發(fā)深度學(xué)習(xí)的興趣

本課教學(xué)設(shè)計(jì)，結(jié)合化學(xué)與生活，從現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，喚起學(xué)生的環(huán)保意識，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的動機(jī)，并通過一系列的學(xué)習(xí)過程引導(dǎo)學(xué)生從酸雨真實(shí)情境出發(fā)，學(xué)生從獨(dú)立的化學(xué)知識角度轉(zhuǎn)化為社會實(shí)際角度看待、解決問題，學(xué)生初步形成應(yīng)用化學(xué)知識解決問題的能力，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

（二）應(yīng)用多種教學(xué)手段，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的形成

深度學(xué)習(xí)是一種深刻的，有助于形成科學(xué)方法的學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生有效的深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本節(jié)課采用問題情境創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)符號表征、思維導(dǎo)圖等教學(xué)手段，改進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。根據(jù)元素及其化合物知識的特點(diǎn)，切實(shí)通過設(shè)置酸雨的問題情境，在二氧化硫漂白性過程設(shè)置實(shí)驗(yàn)探究，最后引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識思維導(dǎo)圖。

（三）關(guān)注課堂動態(tài)生成是深度學(xué)習(xí)的源泉

課堂的動態(tài)生成是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的重要體現(xiàn)，學(xué)生在通過二氧化硫漂白實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)干燥二氧化硫?qū)ζ芳t的乙醇溶液不具有漂白作用，引發(fā)思考，二氧化硫的漂白是其本身的性質(zhì)或是其與水的產(chǎn)物，通過實(shí)驗(yàn)再驗(yàn)證，得出結(jié)論。

（四）化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)

學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是化學(xué)課程教學(xué)的根本落腳點(diǎn)。本課教學(xué)強(qiáng)調(diào)三重表征，注重培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng);設(shè)置實(shí)驗(yàn)活動，引導(dǎo)學(xué)生批判、創(chuàng)新思維，切實(shí)提高科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的證據(jù)推理能力得到提升，最后以硫元素為例，提出基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)亦可適用于其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)。本課設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生具有安全意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，深刻認(rèn)識化學(xué)對環(huán)境保護(hù)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要意義，提高社會責(zé)任感。

總之，通過真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)、課堂實(shí)驗(yàn)探究的設(shè)計(jì)、不斷引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)手段獲取知識的多種方法，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生在內(nèi)容繁雜、瑣碎的元素及其化合物學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]官超凡.高中生元素化合物知識深度學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀及培養(yǎng)策略研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2018.

[2]張發(fā)新.談化學(xué)教學(xué)中“深度學(xué)習(xí)”的內(nèi)涵及實(shí)施策略[J].現(xiàn)代基礎(chǔ)教育研究，2015（9）.

[3]黃清輝，張賢金，吳新建.基于實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)學(xué)生化學(xué)深度學(xué)習(xí)——以魯科版“原電池的工作原理”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2016（6）.

（責(zé)任編輯：張華偉）