基于深度學(xué)習(xí)的金屬學(xué)習(xí)單元設(shè)計(jì)

彭了 于秋紅 鄭弢 吳征輝 周逸清 馮岸超

摘要：以“金屬學(xué)習(xí)單元”的設(shè)計(jì)和實(shí)施為案例，從學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定，核心表現(xiàn)型任務(wù)群的設(shè)立，單元實(shí)施情況和評(píng)價(jià)與反思幾個(gè)方面論述了“深度學(xué)習(xí)”的要求和效果，為教師進(jìn)行基于“深度學(xué)習(xí)”的學(xué)習(xí)單元的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)，基于標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，基于理解的教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）05-0064-06 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.017

在教育領(lǐng)域，“深度學(xué)習(xí)”的概念在1976年被瑞典教育學(xué)家費(fèi)倫斯.馬頓和羅杰.薩爾喬提出，是指學(xué)習(xí)者加工信息水平相對(duì)更加深入的學(xué)習(xí)方式。近年來(lái)，為了進(jìn)一步落實(shí)“核心素養(yǎng)”，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院“深度學(xué)習(xí)”項(xiàng)目組的胡久華老師提出，當(dāng)前的深度學(xué)習(xí)具體是指“在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。”在上述思想的指導(dǎo)下，我們對(duì)“金屬及其化合物”學(xué)習(xí)單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。在這一過(guò)程中，“基于標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)”和“追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)（understanding by design，UbD）”的思路也對(duì)我們有所啟發(fā)。

一、學(xué)習(xí)單元設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

根據(jù)2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱新課標(biāo)），金屬及其化合物的單元學(xué)習(xí)屬于必修課程“主題2常見(jiàn)無(wú)機(jī)物及其應(yīng)用”的內(nèi)容范疇。因此，我們所設(shè)計(jì)的金屬及其化合物的學(xué)習(xí)單元以“2.4金屬及其化合物”作為核心內(nèi)容，同時(shí)滲透了“2.1元素與物質(zhì)”，“2.6物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的價(jià)值”等相關(guān)內(nèi)容。

該金屬及其化合物的學(xué)習(xí)單元面向?qū)W校直升化學(xué)Ⅱ和直升化學(xué)Ⅲ的同學(xué)開(kāi)展。在此之前，學(xué)生已經(jīng)通過(guò)“氧化還原反應(yīng)”和“離子反應(yīng)”的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地掌握了復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)的原理基礎(chǔ);結(jié)合之前學(xué)習(xí)的元素周期表、元素周期律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，他們能夠從元素在周期表中的位置、物質(zhì)類別和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，推測(cè)和解釋元素及其化合物的基本性質(zhì)，初步理解了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本思想;最后，他們也分別學(xué)習(xí)了金屬的代表元素鈉和非金屬代表元素氯及其化合物的性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)化，初步了解了元素化合物的學(xué)習(xí)方法。

二、基于深度學(xué)習(xí)的單元設(shè)計(jì)思路

在金屬及其化合物的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中，將鎂、鋁、鐵、銅四種金屬元素分開(kāi)學(xué)習(xí)，分別學(xué)習(xí)每一種金屬在元素周期表中的位置，金屬及其化合物的物理化學(xué)性質(zhì)這些碎片化的知識(shí)點(diǎn)。為了促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，在單元設(shè)計(jì)之中，我們從解決真實(shí)生活或者工業(yè)生產(chǎn)中存在的實(shí)際問(wèn)題的角度切入，通過(guò)核心表現(xiàn)型任務(wù)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生直接面對(duì)要解決的問(wèn)題，以終為始，真正啟動(dòng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)系統(tǒng)。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，能夠主動(dòng)完成對(duì)金屬及其化合物的學(xué)習(xí)、理解和遷移運(yùn)用。此外，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，注重對(duì)不同金屬的類比和對(duì)比學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系。

進(jìn)行單元設(shè)計(jì)的第一步，就是確定學(xué)習(xí)目標(biāo)。根據(jù)UbD的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，我們從學(xué)習(xí)遷移、持久理解和核心問(wèn)題三個(gè)維度確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，在學(xué)習(xí)單元設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)核心問(wèn)題的設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生持久的思考和學(xué)習(xí)。因此，結(jié)合新課標(biāo)，我們將“如何分離提取、分析鑒定、妥善保存和合理使用金屬材料？”確立為學(xué)習(xí)的核心問(wèn)題，該問(wèn)題包括4個(gè)維度的學(xué)習(xí)內(nèi)容（如表1所示）。

圍繞該核心問(wèn)題，我們進(jìn)而確立學(xué)習(xí)遷移和持久理解的目標(biāo)如表1所示?；趯W(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)，在持久理解的范圍內(nèi)，我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)“元素周期表”和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”作為化學(xué)學(xué)習(xí)基本工具的重要性，即引導(dǎo)學(xué)生建立和強(qiáng)化“位置一結(jié)構(gòu)一性質(zhì)”的模型認(rèn)知。

最后，在鈉及其化合物的舊知基礎(chǔ)上，通過(guò)鎂、鋁、鐵、銅四種常見(jiàn)金屬元素及其化合物的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握金屬元素及其化合物學(xué)習(xí)的一般方法，初步形成自己的思維模式，為元素化合物的繼續(xù)深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（一）單元學(xué)習(xí)目標(biāo)（表1）

（二）核心任務(wù)（群）

在確立單元的核心任務(wù)之前，我們通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行了學(xué)情分析，在“你最愿意參與的課堂活動(dòng)”之中，71%和65%的同學(xué)分別選擇了探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的熱情使得我們決定將綜合性的探究實(shí)驗(yàn)作為單元的核心任務(wù)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，深度學(xué)習(xí)要求，對(duì)單元學(xué)習(xí)主題，也就是核心表現(xiàn)型任務(wù)，需要滿足以下條件：（1）任務(wù)來(lái)源于日常生產(chǎn)生活問(wèn)題;（2）能夠激發(fā)學(xué)生的興趣;（3）具有一定的可操作性;（4）承載化學(xué)學(xué)科的核心知識(shí)和核心素養(yǎng)?；谏疃葘W(xué)習(xí)的要求和學(xué)情分析，我們?cè)诔浞钟懻摰幕A(chǔ)之上，將解決實(shí)際問(wèn)題——“礦石中金屬元素的檢驗(yàn)”作為該單元學(xué)習(xí)的主題。具體地，給學(xué)生提供一種未知礦石，該礦石中含有若干種金屬元素，要通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法將其分離并鑒定。學(xué)生拿到礦石，通過(guò)觀察這種礦石的顏色和狀態(tài)，產(chǎn)生的第一個(gè)問(wèn)題就是“這種礦石中含有哪些金屬元素？”自然而然產(chǎn)生的下一個(gè)問(wèn)題就是，“如何檢驗(yàn)這些金屬元素是否存在？”這就進(jìn)一步涉及到，如何把礦石中的金屬轉(zhuǎn)化為溶液中的離子？在轉(zhuǎn)化過(guò)程中有哪些注意事項(xiàng)？在上述思維過(guò)程中，涉及到金屬在自然界的存在狀態(tài)，金屬礦物的冶煉（濕法冶煉），常見(jiàn)金屬離子的分離（轉(zhuǎn)化）和檢驗(yàn)方法等，這都是金屬及其化合物單元的核心內(nèi)容。

根據(jù)王磊教授的《基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力的研究》，要完成上述核心任務(wù)，需要學(xué)生具有“復(fù)雜關(guān)聯(lián)”和“系統(tǒng)探究”的能力，這對(duì)于學(xué)生提出了較高的要求。為了成功地完成這一具有一定挑戰(zhàn)性的核心任務(wù)，我們?cè)诤诵娜蝿?wù)之前設(shè)計(jì)了一定的預(yù)熱任務(wù)，作為腳手架為學(xué)生提供任務(wù)完成需要的基礎(chǔ)知識(shí)和能力，包括“尋找生活中的金屬材料”和“金屬資源的開(kāi)發(fā)利用”。從尋找生活中的金屬材料開(kāi)始，在熟悉的生活場(chǎng)景中，利用生活中熟悉易得的原料，開(kāi)啟學(xué)生對(duì)于金屬單元學(xué)習(xí)的思維系統(tǒng)，在比較不同金屬單質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步應(yīng)用之前已經(jīng)初步形成的“位置-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能”思維模型;在這個(gè)任務(wù)的基礎(chǔ)之上，學(xué)生自然會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題就是，這些金屬資源是從哪里得到的？我們?nèi)绾文軌驈淖匀唤缰刑崛〗饘儋Y源？從而引出第二個(gè)任務(wù)，金屬資源的開(kāi)發(fā)利用，在該任務(wù)的進(jìn)行過(guò)程之中，落實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)對(duì)于工業(yè)流程的熟悉和對(duì)于化學(xué)方程式的書寫，建構(gòu)學(xué)生自己的思維體系。

（1）尋找生活中的金屬材料

新課標(biāo)關(guān)于金屬及其化合物的學(xué)習(xí)中，要求“結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用，了解金屬及其化合物的主要類型，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)，生活中的應(yīng)用”，“能說(shuō)明金屬及其化合物對(duì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值，對(duì)環(huán)境的影響”。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的第一個(gè)任務(wù)即為“尋找生活中的金屬材料”（表2）。

金屬材料，尤其是合金材料在日常生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位，與學(xué)生的生活有緊密的聯(lián)系。在學(xué)習(xí)過(guò)程中從生活中的金屬材料人手，體現(xiàn)了化學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)和生活實(shí)際的聯(lián)系。金屬單質(zhì)的性質(zhì)是金屬元素性質(zhì)的一種體現(xiàn)，也是金屬化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)，從金屬單質(zhì)的性質(zhì)開(kāi)始學(xué)習(xí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。不僅要尋找和發(fā)現(xiàn)金屬材料，了解它們的組成和用途，還要求用已有的化學(xué)認(rèn)知模型對(duì)其進(jìn)行解釋，強(qiáng)化了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)衍生功能”的基本思想。

（2）金屬資源的開(kāi)發(fā)利用

在發(fā)現(xiàn)和尋找到生活中廣泛存在的金屬材料的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)于金屬材料學(xué)習(xí)的興趣得到促進(jìn)，自主開(kāi)始思考，這些金屬材料從何而來(lái)？如何從自然界中提??？從而開(kāi)啟下一個(gè)任務(wù)“金屬資源的開(kāi)發(fā)利用”。

落實(shí)化學(xué)方程式是元素化合物學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生相對(duì)較為薄弱，需要多次練習(xí)的部分。過(guò)去的化學(xué)方程式的練習(xí)往往較為枯燥，不能夠吸引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。考慮到金屬化合物單元涉及到較多的工業(yè)流程，我們向?qū)W生提供了鎂、鋁、鐵、銅四種金屬冶煉工業(yè)流程的描述性文字，同時(shí)創(chuàng)設(shè)情境，假設(shè)學(xué)生是某金屬冶煉工廠的化學(xué)工程師，需要向工廠的新員工展示這些金屬冶煉的工業(yè)流程圖，盡可能地找尋在整個(gè)工業(yè)流程中涉及到的化學(xué)變化過(guò)程，并寫出它們的化學(xué)方程式并進(jìn)行展示。

該任務(wù)需要學(xué)生在閱讀資料的基礎(chǔ)上完成，培養(yǎng)了學(xué)生在科普閱讀中接收、吸收、分析、整合信息的能力，這些都是新高考所強(qiáng)調(diào)的。在閱讀的過(guò)程中尋找化學(xué)反應(yīng)和繪制工業(yè)流程，有學(xué)生的主動(dòng)參與和創(chuàng)作，增加了任務(wù)的趣味性，同時(shí)創(chuàng)設(shè)了一定的情景，從而能夠引導(dǎo)學(xué)生的自主探究，啟動(dòng)學(xué)生的自我系統(tǒng)，并且在此過(guò)程之中實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。例如，對(duì)于鎂和鐵的金屬資源的獲取，我們分別提供了《海水中鎂的提取》（部分內(nèi)容如資料卡片所示）和《鐵礦石的冶煉（高爐煉鐵）》的文字資料，還穿插了一些問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的思考。同時(shí)，我們也鼓勵(lì)學(xué)生查詢自己感興趣的金屬的冶煉工業(yè)流程，并繪制對(duì)應(yīng)的流程圖。

（3）礦石中金屬元素的檢驗(yàn)

在“金屬資源的開(kāi)發(fā)利用”任務(wù)中，學(xué)生對(duì)金屬冶煉的常見(jiàn)原料“礦石”有了基本的認(rèn)識(shí)并且產(chǎn)生了一定的興趣，但對(duì)于不同金屬元素的學(xué)習(xí)仍然是相對(duì)獨(dú)立的。然而，在自然界中很多礦物中的金屬元素常常是伴生的，這就涉及到混合物中金屬元素的分離和檢驗(yàn)問(wèn)題。因此，我們將“礦石中金屬元素的檢驗(yàn)”作為本單元學(xué)習(xí)的核心任務(wù)，讓學(xué)生在主動(dòng)解決該復(fù)雜真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中獲取知識(shí)和能力。

和常見(jiàn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，“礦石中金屬元素的檢驗(yàn)”是一個(gè)結(jié)果未知的探究性實(shí)驗(yàn)，能夠充分引起學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣，從而能夠改變以往驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生操作積極性不高的狀況。從方案的設(shè)計(jì)，到需要使用的藥品，在實(shí)驗(yàn)安全允許的情況下盡可能地滿足學(xué)生，為學(xué)生的探究提供堅(jiān)實(shí)的保障。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)于同一種離子，通過(guò)多種不同方法進(jìn)行鑒別，也鼓勵(lì)對(duì)于多種不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選，培養(yǎng)學(xué)生分析總結(jié)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的能力。

因?yàn)榈V石中多種金屬元素的伴生，使該任務(wù)的實(shí)質(zhì)是多種混合離子的檢驗(yàn)，而不是單一離子的檢驗(yàn)。需要學(xué)生在檢驗(yàn)一種離子的時(shí)候能夠考慮其他離子可能存在的干擾，有的時(shí)候還需要進(jìn)行分離，以及考慮實(shí)驗(yàn)失敗的可能性。這一過(guò)程能夠有效地在真實(shí)的情景中培養(yǎng)學(xué)生“排除干擾”和“分離提純”的化學(xué)觀念，也促進(jìn)了同學(xué)們對(duì)于“取樣”這一操作的重要性的理解。

從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)角度，這三個(gè)任務(wù)幾乎涵蓋了學(xué)科要求的五大核心素養(yǎng)，即宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念和平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任，重點(diǎn)對(duì)宏微結(jié)合，模型認(rèn)知和科學(xué)探究三大核心素養(yǎng)進(jìn)行了培養(yǎng)和提高。從任務(wù)的設(shè)計(jì)上看，三個(gè)任務(wù)對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)和能力的要求逐步上升，從金屬單質(zhì)的性質(zhì)到金屬化合物的性質(zhì)，再到混合物中金屬的轉(zhuǎn)化和相關(guān)離子的檢驗(yàn)。從馬扎諾目標(biāo)分類學(xué)的角度，第一和第二個(gè)任務(wù)主要涉及知識(shí)提取和理解分析，第三個(gè)任務(wù)主要涉及知識(shí)的綜合運(yùn)用，體現(xiàn)了知識(shí)能力的逐級(jí)提高。任務(wù)的設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，每一個(gè)任務(wù)的結(jié)束并不意味著學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)束，而是下一個(gè)任務(wù)的開(kāi)始。

（三）工具和量規(guī)

整個(gè)單元學(xué)習(xí)的過(guò)程中，我們?yōu)閷W(xué)生提供了多種資源和相應(yīng)的量規(guī)作為學(xué)生學(xué)習(xí)的腳手架。學(xué)習(xí)資源主要包括校本教材（高中化學(xué)Ⅱ《無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)讀本（下冊(cè)）》），參考工具書和實(shí)驗(yàn)視頻（如硫酸銅與氨水的反應(yīng)，氫氧化鐵的制備和性質(zhì)等），以促進(jìn)學(xué)生通過(guò)自學(xué)自研掌握基礎(chǔ)知識(shí)。量規(guī)包括“實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)量規(guī)”和“實(shí)驗(yàn)量規(guī)”，前者更強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的安全性、可行性、簡(jiǎn)約性和有效性，而后者更強(qiáng)調(diào)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作，仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)記錄和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。

三、單元實(shí)施情況

（一）尋找生活中的金屬材料

在“尋找生活中的金屬材料”子任務(wù)中，優(yōu)秀的學(xué)生作業(yè)尋找到了成分比較明確的鋁箔和菜刀。前者通過(guò)金屬鋁較高的熔點(diǎn)（相對(duì)于鈉和鎂而言）解釋了其為什么在能夠在烤制食物過(guò)程中有所應(yīng)用，也通過(guò)其較小的密度和較好的延展性解釋了其為什么能夠廣泛作為食品包裝使用。而在菜刀的例子中，同學(xué)通過(guò)不同金屬的性質(zhì)解釋了它們作為添加成分對(duì)于菜刀性質(zhì)的作用。

（二）金屬資源的開(kāi)發(fā)利用

“金屬資源的開(kāi)發(fā)利用”子任務(wù)中的優(yōu)秀學(xué)生作業(yè)分別完成了鋁土礦冶煉金屬鋁和火法煉銅的工業(yè)流程圖的繪制，和其中化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫。在要求的基礎(chǔ)之外，學(xué)生還饒有興趣地繪制了實(shí)際的工業(yè)流程的裝置圖，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)興趣的提高和自我學(xué)習(xí)系統(tǒng)的啟動(dòng)。

（三）礦石中金屬元素的檢驗(yàn)

“礦石中金屬元素的檢驗(yàn)”由三個(gè)部分組成，即（1）在自學(xué)自研的基礎(chǔ)之上，觀察礦物，分小組討論實(shí)驗(yàn)方案，在方案討論過(guò)程中教師適當(dāng)參與，給予一定的指導(dǎo);（2）在確定實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，每個(gè)小組拿到個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)藥品，小組合作完成檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告;（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)不同小組的不同檢驗(yàn)方案比較，評(píng)價(jià)和總結(jié)。具體不同離子的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)情況如表3所示。

（1）鐵元素的檢驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)中，大部分學(xué)生通過(guò)最常見(jiàn)的加入SCN-生成血紅色的Fc（SCN）₃配合物來(lái)檢驗(yàn)。在后續(xù)檢驗(yàn)Cu²⁺的過(guò)程中，他們又發(fā)現(xiàn)堿如NaOH或者氨水也能夠與Fe³⁺生成紅褐色沉淀，將這一原理也用于鐵元素的檢驗(yàn)之中，從而在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中學(xué)習(xí)掌握了一種元素的多種檢驗(yàn)方法。

（2）銅元素的檢驗(yàn)：在銅元素的檢驗(yàn)中的主要困難是，混合物中可能存在的Fe³⁺也會(huì)生成沉淀，從而對(duì)Cu²⁺的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾。因此，不能夠過(guò)多加入強(qiáng)堿如NaOH生成沉淀的方法來(lái)檢驗(yàn)Cu²⁺。同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)和思考另辟蹊徑，通過(guò)生成有特殊顏色的配位化合物（加入過(guò)量氨水生成[Cu（NH3）]²⁺，此時(shí)Fe³⁺和Fe²⁺已沉淀，不干擾配離子顏色的觀察），置換反應(yīng)（生成有特征顏色的金屬單質(zhì)），以及焰色反應(yīng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)。

（3）鋁元素的檢驗(yàn)：與Cu²⁺類似，在鋁元素的檢驗(yàn)中，如果直接生成Al（OH）^{3+*沉淀，那么Fe3+和Cu2+的存在都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾，因此需將Cu2+和Fe3+分離。此時(shí)，大部分同學(xué)采用了加入過(guò)量氫氧化鈉的方法，在生成氫氧化物沉淀之后取上層清液，然后通人過(guò)量CO₂觀察是否生成氫氧化鋁的絮狀沉淀來(lái)檢驗(yàn)溶液中是否存在Al2+。有一組同學(xué)嘗試了加入鋅通過(guò)置換反應(yīng)除去鐵和銅的方法。這種方法雖然能夠除去雜質(zhì)，但是會(huì)引入Zn2+對(duì)Al3+的檢驗(yàn)產(chǎn)生影響，從而得到錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后通過(guò)小組討論，同學(xué)們共同意識(shí)到了這種方法的問(wèn)題，從而培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)于“除雜不引雜”的思想的深入理解。}

為了改變以往的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄習(xí)慣較差，如不能夠真實(shí)細(xì)致地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不能夠?qū)⒒瘜W(xué)方程式與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋結(jié)合在一起等情況，我們將本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成為了實(shí)驗(yàn)考試，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄和解釋進(jìn)行精確賦分，對(duì)每一種離子通過(guò)多種方法進(jìn)行檢驗(yàn)的小組給予加分，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)中仔細(xì)觀察和忠實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在完成實(shí)驗(yàn)之后認(rèn)真反思總結(jié)的習(xí)慣。

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，針對(duì)大家不同的實(shí)驗(yàn)方案，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題和相應(yīng)的解決方案，同學(xué)們以小組為單位進(jìn)行了分享和討論，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)，通過(guò)這一過(guò)程，將本單元學(xué)習(xí)的金屬及其化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能整理成為了結(jié)構(gòu)化的知識(shí)。

在三個(gè)任務(wù)結(jié)束之后，我們對(duì)不同班級(jí)的同學(xué)分別進(jìn)行了訪談，了解他們?cè)谕ㄟ^(guò)基于深度學(xué)習(xí)的單元學(xué)習(xí)之后的感受和體會(huì)，總結(jié)如表4所示。從同學(xué)們的感想體會(huì)可以看出，此次以綜合性探究實(shí)驗(yàn)為核心的任務(wù)群的學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)生五大化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)的發(fā)展都起到了一定的促進(jìn)作用。絕大多數(shù)同學(xué)能夠從更加真實(shí)、更加動(dòng)態(tài)的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)不是書本上的一個(gè)個(gè)方程式，化學(xué)反應(yīng)有一定的速率，因此需要一定的時(shí)間才能夠完成;化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生以及發(fā)生的速率也會(huì)受到外界環(huán)境的影響，因此我們需要控制反應(yīng)條件來(lái)讓化學(xué)反應(yīng)按照希望的方向進(jìn)行。本單元的學(xué)習(xí)也為后續(xù)開(kāi)展化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)埋下了伏筆，比如在礦石提取液中加入Z。以置換Cu和Fe的時(shí)候，隨著Zn先和溶液中的H⁺發(fā)生反應(yīng)，溶液pH的升高會(huì)導(dǎo)致Fe（OH）₃紅褐色沉淀的生成;再比如加入氨水的多少會(huì)明顯影響生成的[Cu（NH₃）₄]²⁺的顏色深淺，這其中涉及到的水解和平衡的知識(shí)都是以后學(xué)習(xí)反應(yīng)原理時(shí)的重難點(diǎn)，因此提高了實(shí)驗(yàn)作為素材的利用效率。此外，此次設(shè)計(jì)也在真實(shí)情境中促進(jìn)了學(xué)生的思考以形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，比如對(duì)比不同離子的性質(zhì)尋找不同情況下的最優(yōu)檢驗(yàn)方案，比如理解配位化合物的生成對(duì)于物質(zhì)鑒定和分離的重要意義等。

四、評(píng)價(jià)與反思

總之，在金屬學(xué)習(xí)單元的設(shè)計(jì)和實(shí)施中，核心任務(wù)群的內(nèi)容承載了學(xué)科的思想方法和學(xué)科的核心素養(yǎng)，學(xué)習(xí)的活動(dòng)和任務(wù)具有一定的挑戰(zhàn)性，促進(jìn)了學(xué)生的高度參與和深度思維;設(shè)計(jì)的任務(wù)具有層次，體現(xiàn)了知識(shí)能力從信息提取、理解到分析、應(yīng)用的提高;學(xué)習(xí)的結(jié)果表明，學(xué)生能夠自主應(yīng)用學(xué)科思想解決問(wèn)題，也能夠自主說(shuō)出在學(xué)科核心素養(yǎng)方面的具體收獲，在一定程度上滿足了深度學(xué)習(xí)的要求。但是，通過(guò)實(shí)施過(guò)程中的總結(jié)反思以及與學(xué)生的訪談，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題，我們提出了以下改進(jìn)措施，以在后續(xù)的實(shí)施過(guò)程中取得更好的效果。

（一）發(fā)現(xiàn)生活中的金屬材料

在該任務(wù)中，學(xué)生很容易就能夠發(fā)現(xiàn)生活中的金屬材料，也能夠體會(huì)金屬材料在生活中的廣泛應(yīng)用，但是缺少適當(dāng)?shù)墓ぞ?，無(wú)法對(duì)于金屬材料的元素成分進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，從而對(duì)任務(wù)的完成帶來(lái)了一定的困難。在實(shí)際任務(wù)的進(jìn)行過(guò)程中，能夠確定明確成分的金屬材料較少，比如鋁箔和鐵刀等，而大部分金屬材料無(wú)法準(zhǔn)確指出其成分。在解釋金屬材料的性質(zhì)時(shí)，大部分學(xué)生能夠聯(lián)想到的出發(fā)點(diǎn)比較少，或者解釋不夠深入，比如學(xué)生在任務(wù)中只解釋了金屬鋁能夠作為鋁箔用于烤制食物是鋁的熔點(diǎn)高（相對(duì)于鈉和鎂），但是并不能進(jìn)一步聯(lián)想到通過(guò)金屬晶體中金屬鍵的強(qiáng)度來(lái)解釋鋁的熔點(diǎn)為什么相對(duì)較高。

因此，在方案的后續(xù)改進(jìn)中，我們可以提供更多的范例和工具，幫助學(xué)生搭建腳手架，以對(duì)生活中的金屬材料進(jìn)行指認(rèn)。另外，也需要向?qū)W生提供更多將物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)結(jié)合在一起的角度，引導(dǎo)學(xué)生從元素周期表和元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)（金屬晶體、金屬鍵）、金屬氧化物的性質(zhì)等角度人手進(jìn)行分析，更好地培養(yǎng)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)衍生功能”的基本思想。

（二）金屬資源的開(kāi)發(fā)利用

該任務(wù)使用的文字材料在后續(xù)使用過(guò)程中可以進(jìn)行更多的精雕細(xì)琢，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的描述和提供更加多元的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。一方面，要對(duì)文字描述進(jìn)行核對(duì)，盡量避免不規(guī)范或者語(yǔ)意模糊的描述。另一方面，將化學(xué)方程式的不同難度標(biāo)注出來(lái)，以滿足不同學(xué)習(xí)程度學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。針對(duì)學(xué)生在書寫方程式過(guò)程中暴露的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，如缺少反應(yīng)條件，不注意反應(yīng)環(huán)境等，在作業(yè)講評(píng)的時(shí)候重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成全面思考的能力，樹(shù)立良好的書寫方程式的習(xí)慣。

（三）礦石中金屬元素的檢驗(yàn)

在小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的討論課中，因?yàn)椴煌M的學(xué)習(xí)節(jié)奏不一樣而造成了課堂資源的浪費(fèi)。同樣的任務(wù)對(duì)某些組可能時(shí)間綽綽有余，而對(duì)某些組來(lái)講難度太大而無(wú)從下手，導(dǎo)致了時(shí)間的浪費(fèi)。為了解決這一問(wèn)題，在后續(xù)的改進(jìn)中，可以將整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)分解成若干個(gè)更容易完成的小任務(wù)，比如如何轉(zhuǎn)化為離子，如何對(duì)Fe³⁺進(jìn)行檢驗(yàn)，如何對(duì)Cu²⁺進(jìn)行檢驗(yàn)等，對(duì)于每個(gè)任務(wù)的方案設(shè)計(jì)討論設(shè)置時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在到達(dá)時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)，如果某些組在某個(gè)任務(wù)上卡住，可以利用課下的時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)充;而對(duì)于已經(jīng)得到一定結(jié)果的小組，可以鼓勵(lì)他們嘗試思考多種方法，通過(guò)個(gè)性化的討論學(xué)習(xí)以提高班級(jí)的總體學(xué)習(xí)效率。

總之，深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的教學(xué)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者以解決實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)，積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新知，將其融入原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)之中并且能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)的遷移應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展是我們進(jìn)行單元設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)。