巧用游戲化教學(xué)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)

摘 要 水的電解實(shí)驗(yàn)證明有氫氣和氧氣生成且體積比為2∶1，但未從微觀視角做定量解釋，導(dǎo)致易形成“水是由氫氣和氧氣組成”的錯誤概念。同時，因未從元素層面深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類，導(dǎo)致難區(qū)分同種元素組成的混合物?！胺肿幽Ｐ托〗M”游戲可以定量解釋水電解的過程；該游戲還有助于從微觀視角深入理解物質(zhì)的分類。而“520化學(xué)桌游”則從“宏－符”視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類。可見，游戲化教學(xué)方法能夠促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，幫助他們形成化學(xué)分類觀和發(fā)展科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞 深度學(xué)習(xí)；初中化學(xué)；分子模型；水的組成；520化學(xué)翻翻樂；核心素養(yǎng)；游戲化教學(xué)

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-0-06

0 引言

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）明確指出：“化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從分子層次認(rèn)識物質(zhì)，通過化學(xué)變化創(chuàng)造物質(zhì)?！盵1]可見，中學(xué)生不僅需要從宏觀的視角認(rèn)識物質(zhì)，更需要從微觀的視角理解物質(zhì)及其變化，并借助觀察、想象、類比和模型化的方式，理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。

落實(shí)“宏觀辨識與微觀探析”能力是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵所在。《標(biāo)準(zhǔn)》同時提倡學(xué)生通過愉快的方式學(xué)習(xí)生動有趣的化學(xué)，激發(fā)學(xué)生對探究化學(xué)變化的T1kgdztbGJaeeRl0HOsatPCU6hwvEfoALBrFllvasIE=興趣，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性和信心。研究表明，游戲化的學(xué)習(xí)方式可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績[2]。

1 問題的提出

“水的組成”是初中化學(xué)首次以水為例學(xué)習(xí)研究化合物，其研究的視角和方法對學(xué)生有重要的示范和引領(lǐng)作用。然而，通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究和實(shí)際教學(xué)情況的觀察，發(fā)現(xiàn)有關(guān)“水的組成”的教學(xué)中存在以下兩個問題。

1）水通電后生成氫氣和氧氣的體積比未深入分析解釋。當(dāng)前的教學(xué)設(shè)計通常是讓學(xué)生通過觀察水電解結(jié)束后的兩個電極的水位差，推斷出氫氣和氧氣的體積比。這種教學(xué)方式主要強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力，卻未能幫助學(xué)生從微觀層面理解化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，也未能從定量的角度去研究化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)[3]。對于抽象推理能力較弱的學(xué)生來說，理解該內(nèi)容存在困難。初中化學(xué)是形成化學(xué)核心素養(yǎng)的啟蒙階段，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的不斷建構(gòu)，對學(xué)生初步探索從宏觀到微觀、從定性到定量兩個維度來研究水的組成具有重要意義。

2）教材對物質(zhì)分類的視角不明確。教材僅從元素種類層面對單質(zhì)、化合物、氧化物進(jìn)行簡單介紹，導(dǎo)致學(xué)生遇到元素組成相同的混合物如氧氣和臭氧、金剛石和石墨等物質(zhì)時無法正確區(qū)分。可見，學(xué)生僅從元素層面進(jìn)行物質(zhì)分類會存在一定困難，因此需要學(xué)會從微觀視角學(xué)習(xí)物質(zhì)分類。

本課題從兩個方面對“水的組成”教學(xué)設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)。首先，通過“分子模型小組”拼裝活動模擬水電解過程，從而直觀感受微觀世界并理解化學(xué)變化的過程；再通過“分子小組”過家家游戲活動引導(dǎo)學(xué)生從微觀視角認(rèn)識并理解混合物、純凈物、單質(zhì)、化合物和氧化物的區(qū)別與聯(lián)系。這種游戲化的學(xué)習(xí)方式可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效地培養(yǎng)學(xué)生的微觀探析能力。其次，通過設(shè)計“520化學(xué)翻翻樂”游戲活動，幫助學(xué)生從宏觀視角學(xué)習(xí)物質(zhì)分類，同時可以預(yù)習(xí)新物質(zhì)，不僅能夠提高課堂參與度和活躍度，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識能力[4]。

2 教學(xué)理念與設(shè)計

2.1 教學(xué)思想

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）是指在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的知識和思想，并將新的知識和思想融入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多的思想間進(jìn)行聯(lián)系并將已有知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的一種學(xué)習(xí)方

式[5]。深度學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是通過知識的內(nèi)化、結(jié)構(gòu)化和意義化的學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平螺旋式上升和認(rèn)知層級不斷向縱深發(fā)展[6]。

本課題是學(xué)生初次學(xué)習(xí)物質(zhì)微觀構(gòu)成并建立化學(xué)分類觀的關(guān)鍵課題。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課題前，已經(jīng)掌握了分子、原子等基本粒子的概念，并能識別一些簡單的單質(zhì)分子模型和原子模型[7]，而對于元素和分子如何構(gòu)成物質(zhì)的宏觀和微觀認(rèn)識尚未系統(tǒng)整合。另外，學(xué)生雖知道物質(zhì)可以分為純凈物和混合物，但對于純凈物的單質(zhì)和化合物，以及化合物中的氧化物和其他化合物的分類并不清楚。這是因?yàn)閷W(xué)生還未建立系統(tǒng)的化學(xué)分類觀，因此不能準(zhǔn)確地從“宏—微—符”層面進(jìn)行物質(zhì)分類。

設(shè)計“分子模型小組”拼裝活動模擬水電解過程，得到水電解生成氫氣和氧氣體積比為2∶1的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)水的電解過程，培養(yǎng)學(xué)生的定量分析思維和發(fā)展學(xué)生的微觀探析核心素養(yǎng)。通過“分子小組”過家家游戲活動，實(shí)現(xiàn)微觀視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類，完善化學(xué)分類觀和發(fā)展微觀探析核心素養(yǎng)。最后，通過“520化學(xué)翻翻樂”游戲活動，實(shí)現(xiàn)“宏—符”視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類，建立系統(tǒng)的物質(zhì)分類觀和發(fā)展“宏觀辨識”核心素養(yǎng)?？梢?，將化學(xué)學(xué)習(xí)游戲化，正是一種“創(chuàng)中學(xué)”，可以讓學(xué)生學(xué)到化學(xué)知識，也可以達(dá)到發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的[8]。主要教學(xué)思路如圖1所示。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

1）通過本堂課的學(xué)習(xí)，了解水通電生成氫氣和氧氣的體積比為2∶1的原因。

2）通過游戲教學(xué)，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的物質(zhì)分類觀，學(xué)會準(zhǔn)確物質(zhì)分類。

3）通過本堂課的學(xué)習(xí)，建立研究物質(zhì)的思維框架和培養(yǎng)科學(xué)思維核心素養(yǎng)。

2.3 教學(xué)流程

教學(xué)流程圖見圖2。

3 教學(xué)問題解決

3.1 設(shè)計“分子模型小組”拼裝活動，深度學(xué)習(xí)水的電解過程

化學(xué)教育在義務(wù)教育階段應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)世界的變化規(guī)律并建立基本的化學(xué)觀念，微觀觀念是其中的一個基礎(chǔ)概念。構(gòu)建微觀觀念有助于學(xué)生理解宏觀現(xiàn)象和解釋化學(xué)符號的意義，還有助于深化對微觀知識的理解。在教學(xué)中，教師提問：本課題通過小組學(xué)生自主使用球棍模型拼裝2個、4個、6個、8個等水分子的模型（各兩組）模擬電解水的過程，發(fā)現(xiàn)通過拆分和重組得到的氫分子個數(shù)和氧分子個數(shù)始終為2∶1。使用“分子模型小組”模擬水電解過程的教學(xué)方法可以使學(xué)生的思維得到外顯，通過觀察氫分子與氧分子的個數(shù)比始終是2∶1，得出水通電生成的氫氣與氧氣的體積比是2∶1的結(jié)論。可見，“分子模型小組”游戲可以建立宏觀與微觀的聯(lián)系，在實(shí)現(xiàn)微觀可視化的同時深度學(xué)習(xí)水的電解過程。此外，該教學(xué)方法還能培養(yǎng)學(xué)生的定量分析和微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)[9]，教學(xué)過程見表1。

3.2 設(shè)計“分子小組”過家家游戲，從微觀視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類

設(shè)計“分子小組”過家家游戲活動，通過自主拼裝單質(zhì)、化合物、氧化物、純凈物、混合物的模型，幫助學(xué)生從微觀角度了解混合物、純凈物、單質(zhì)和化合物的形成過程，并準(zhǔn)確識別元素組成相同的混合物，如氧氣和臭氧、金剛石和石墨等。在“分子小組”過家家游戲模擬混合物和純凈物的形成過程中，學(xué)會從分子視角區(qū)分混合物和純凈物，還學(xué)會從分子中的原子種類來區(qū)分純凈物中的單質(zhì)和化合物?？梢姡谖⒂^視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類有利于建立化學(xué)分類觀和培養(yǎng)微觀探析學(xué)科核心素養(yǎng)，教學(xué)過程見表2。

3.3 設(shè)計“520化學(xué)翻翻樂”游戲活動，從“宏—符”視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類

物質(zhì)分類是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是死記硬背和大量習(xí)題強(qiáng)化訓(xùn)練，這種簡單機(jī)械的記憶方法增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，并可能導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生的科學(xué)思維和化學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。然而，錢揚(yáng)義設(shè)計的“520化學(xué)翻翻樂”可以突破這個教學(xué)難點(diǎn)，讓學(xué)生通過游戲方式享受學(xué)習(xí)過程，輕松認(rèn)識常見的26種化學(xué)物質(zhì)，同時通過物質(zhì)牌的花色與分類聯(lián)系，建立起化學(xué)分類觀和學(xué)會進(jìn)行物質(zhì)分類。相對于常規(guī)的記憶學(xué)習(xí)方法，通過游戲?qū)W習(xí)化學(xué)在興趣激發(fā)上具有優(yōu)勢。

此外，物質(zhì)牌上的符號表征不僅有利于學(xué)生理解化學(xué)符號的意義，還有利于學(xué)生深化對微觀知識的理解。符號表征對于宏觀和微觀起著重要的橋梁作用，可以順利實(shí)現(xiàn)宏觀世界和微觀世界思維之間的雙向轉(zhuǎn)換[10]。因此，“520化學(xué)翻翻樂”可以幫助學(xué)生從“宏—符”視角深度學(xué)習(xí)物質(zhì)分類，還可以提前記住一些物質(zhì)如碳酸鈉、鹽酸和氫氧化鈉等，教學(xué)過程見表3。

4 問題解決成效分析

4.1 問題研究方法

2020年10月，選取惠州市某中學(xué)同層次的某兩個班級學(xué)生分別作為實(shí)驗(yàn)組和對照組，每個班級都有46名學(xué)生參加教學(xué)實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)組采用游戲化的教學(xué)方式，對照組采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式。教學(xué)完成后，采用問卷調(diào)查、測評試題和半結(jié)構(gòu)訪談法對學(xué)生展開調(diào)查。

4.2 調(diào)查結(jié)果與分析

調(diào)查問卷共18題，采用李克特式5點(diǎn)量表計分法，調(diào)查實(shí)驗(yàn)組學(xué)生對于游戲化教學(xué)的態(tài)度，各項(xiàng)平均得分均在4.8分以上，說明學(xué)生喜歡這樣的教學(xué)方式。進(jìn)一步訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生喜歡用微觀顯性化方式學(xué)習(xí)水的電解和物質(zhì)的分類?？梢姡糜螒蚧慕虒W(xué)方式可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和積極性，同時培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識和微觀探析的核心素養(yǎng)。

在半結(jié)構(gòu)訪談中，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生均表示很喜歡游戲化教學(xué)方式，認(rèn)為游戲教學(xué)比傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)更輕松和更有趣，還表示在玩游戲的過程中不僅在“宏—微—符”層面掌握了物質(zhì)分類方法，還增強(qiáng)了同學(xué)間的溝通能力與合作能力。

測評試題主要是考查學(xué)生對于宏觀和微觀表征的轉(zhuǎn)換能力，共12題，試題示例及作答正確率見表4。

總之，實(shí)驗(yàn)組的作答情況普遍優(yōu)于對照組，說明實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生對于從宏觀和微觀兩個角度認(rèn)識物質(zhì)的能力更強(qiáng)，減少了錯誤概念生成的比例?？梢?，游戲化教學(xué)可以引發(fā)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，結(jié)果是游戲化教學(xué)的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式。

5 教學(xué)反思

5.1 分子模型的價值

“分子模型小組”拼裝游戲模擬水的電解過程，幫助學(xué)生學(xué)會從宏觀到微觀、從定性到定量的視角研究物質(zhì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的定量分析思維?！胺肿有〗M”過家家游戲不僅可以從微觀視角區(qū)分混合物、純凈物、單質(zhì)、化合物和氧化物等，還能準(zhǔn)確區(qū)分元素組成相同（如氧氣和臭氧等）的混合物。因此，運(yùn)用“分子模型小組”和“分子小組”游戲教學(xué)實(shí)現(xiàn)微觀過程可視化，學(xué)生輕松解決學(xué)習(xí)難點(diǎn)的同時發(fā)展微觀探析核心素養(yǎng)。

5.2 化學(xué)桌游的功能

將“520化學(xué)翻翻樂”游戲融入課程教學(xué)，可以在趣味性活動中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力，有效解決宏觀層面物質(zhì)分類學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。同時，通過物質(zhì)牌的花色與分類聯(lián)系，學(xué)生可以建立化學(xué)分類觀，而這個分類觀可以幫助學(xué)生從宏觀、微觀兩個維度進(jìn)行物質(zhì)分類，也有助于學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)物質(zhì)的微觀本質(zhì)。

可見，利用分子模型和化學(xué)桌游進(jìn)行化學(xué)游戲教學(xué)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，在建立研究物質(zhì)的思維框架的同時建立化學(xué)分類觀、發(fā)展科學(xué)思維。

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DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.

*項(xiàng)目來源：中山市教育科研2020年重點(diǎn)項(xiàng)目課題“基于‘證據(jù)推理與模型認(rèn)知’核心素養(yǎng)培養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)研究”（編號：

A2020024）；2023年度中山市教育科研課題“核心素養(yǎng)導(dǎo)向的初中化學(xué)‘教學(xué)評一體化’實(shí)踐研究”（課題編號：B2023

020）；2023年度廣東省中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題“手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展中學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的

教學(xué)實(shí)踐研究——以‘證據(jù)推理素養(yǎng)’為例”（課題編號：2023ZQJK097）。

作者簡介：劉慶豐，中山紀(jì)念中學(xué)初中化學(xué)科組長，高級教師。