基于深度學習的初中化學實驗教學探究

摘要：初中化學實驗教學是培養(yǎng)學生深度學習意識和習慣的最佳載體。基于深度學習的初中化學實驗可以從科學整合實驗、合理優(yōu)化實驗、運用探究實驗、拓展課外實驗等方面激發(fā)深度學習，引導深度思考，導向高階思維，促進深度研究，培養(yǎng)學生進行融合創(chuàng)新的深度學習能力。

關鍵詞：實驗教學;深度學習;初中化學教學

中圖分類號：G633.8 文獻標志碼：A 文章編號：1673 -9094（2020）05B-0057-03

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是化學研究和教學的重要方法。初中化學實驗教學是培養(yǎng)學生深度學習意識和習慣的最佳載體。本文結合“金屬的化學性質”一課，談談基于深度學習的初中化學實驗教學。

一、科學整合實驗，激發(fā)深度學習

傳統(tǒng)的化學課堂常常會有演示實驗。然而，很多演示實驗就是根據物質不同的性質進行的簡單實驗操作，學生只能從表象得出結論，思維被禁錮，創(chuàng)造性得不到激發(fā)，不利于綜合能力的培養(yǎng)。如何拓展學生的實驗能力，達到更好的教學效果呢？筆者嘗試將數字化儀器和傳統(tǒng)演示實驗進行科學整合，發(fā)展學生的思維，提升學生的技能。例如“金屬與氧氣的反應”中“銅在空氣中的灼燒”，此處的處理不僅要讓學生了解銅能與氧氣發(fā)生反應，而且要讓他們學會整合書本知識，與第二單元中“測定空氣中氧氣含量”相結合，把該實驗設計成定量實驗，換個角度來進行認知和學習。學生是帶著前概念進入課堂的，他們已經知道部分金屬會與氧氣發(fā)生反應，且在密閉容器中，可以利用氣體的量的減少來推出物質和氧氣發(fā)生了反應。學生利用測定空氣中氧氣含量的實驗原理，得出可以利用連接壓力傳感器對該實驗進行定量研究。

利用壓力傳感器，不僅能定性研究銅和空氣中的氧氣發(fā)生反應，還能通過實驗數據得出空氣中氧氣的含量?；跀祿膶W習分析和處理，對測定空氣中氧氣含量進行了融合創(chuàng)新。在化學實驗教學中，可以借助壓力傳感器、數據采集器等設備對現象不明顯的實驗進行實時監(jiān)測，跟蹤采集過程數據，實現實驗過程的數據化采集。同時，進行曲線擬合、對比及數據分析，把新舊知識科學整合，將更多的定性實驗轉化成定量實驗，為師生定量化研究實驗數據提供支撐平臺，有助于學生理解科學的本質[1]，大大激發(fā)學生深度學習的熱忱。

二、合理優(yōu)化實驗，引導深度思考

理想的化學實驗可以激發(fā)學生的求知欲和積極性，提升學生的思維能力和動手能力，培養(yǎng)學生良好的思維習慣。教師應該引導他們對實驗方案進行改進，整合教材中的實驗素材，對實驗裝置進行改進并優(yōu)化。在這樣的實驗教學中，學生不再是看客，而是參與者和思考者。以“金屬與酸的反應”為例，筆者改課堂演示實驗為學生分組實驗，讓學生探究銅、鐵、鋅、鎂分別與稀鹽酸或稀硫酸的反應。教材中設計在試管中進行這四種金屬與酸的反應的對比實驗，該實驗的不足之處是實驗過程中酸的用量較多，滴管使用較麻煩，容易把酸滴在外面，且通過對比四個實驗的反應劇烈程度來判斷金屬的活動性存在時間差，不能很好地控制變量。師生一起對存在的問題進行討論、分析，得出了一致的意見：在現有資源條件下，利用實驗室的點滴板進行實驗，不僅節(jié)約藥品，而且操作簡單，反應對比區(qū)別明顯。同時，筆者引導學生進一步通過實驗探討：能否利用我們生活中常見的材料來設計優(yōu)化該實驗呢？

【學習任務】利用廢棄的塑料瓶來設計一套可以同時進行多種金屬與稀鹽酸或稀硫酸反應的裝置，6位同學一組。

【藥品儀器】每位同學從家里帶來的廢棄塑料瓶（可樂瓶、雪碧瓶、礦泉水瓶等）、剪刀、雙面膠、稀鹽酸、稀硫酸、銅、鐵、鋅、鎂金屬。

在此啟發(fā)學生根據以往課堂教學實驗的基礎，進行智慧遷移，比較塑料瓶的構造與點滴板的結構，觀察、分析、交流、探討，以塑料瓶為載體，改進優(yōu)化實驗裝置。于是學生有了如下實驗設計方案：

【方案一】把6個塑料瓶蓋粘在一起組成多個隔離的容器。

【方案二】把塑料瓶的底部剪下，它也有多個小凹槽，把金屬放在這些凹槽里進行實驗。利用塑料瓶的剩余部分做成一個加液器漏斗，把它倒放在塑料瓶的底部中央。

各組推薦學生代表發(fā)言，比較不同方案的優(yōu)缺點：（1）方案二中加液器起到一個同時加液并與金屬反應的功能，更好地控制了變量。此方案的實驗性能更優(yōu)越，達到了更好的實驗效果。（2）利用廢棄的塑料瓶，就地取材，可以節(jié)能節(jié)材，節(jié)約藥品;實驗的趣味性較強，綠色、環(huán)保。（3）實驗裝置簡單易得，適用于家庭小實驗和條件薄弱的鄉(xiāng)村學校。（4）裝置可以重復使用，適合固液常溫的反應，而且能同時進行;操作簡單，便于觀察，節(jié)省時間。（5）在實驗過程中發(fā)現一些礦泉水瓶的底部凹槽較淺，不適合多個實驗同時進行，但雪碧和可樂瓶可以。

塑料瓶的引入不僅豐富了實驗裝置，還教會了學生利用生活中常見的器材來開發(fā)設置新的實驗，改進了實驗方式，增加了實驗機會，激發(fā)了學生的學習興趣和實驗探究的積極性，有利于初中開展實驗探究教學。學生通過頭腦風暴，設計、交流、評價，對實驗進行了多角度的探究和有深度的思考。學生利用自己所設計的器材來進行實驗，體驗到了成功的喜悅。

在實驗教學過程中，教師要注意自己的角色，體現主導作用，適時適地、恰如其分地啟發(fā)引導。很多化學知識的應用，實驗操作的分析、推理、優(yōu)化、總結，應放手由學生去深度思考，獨立完成，要體現學生的主體性。鑒于此，教師在引導學生進行實驗改進、優(yōu)化，運用智慧遷移時，要讓學生充分展示自己的思維過程，在學習中不斷暴露思維缺陷，通過交流討論、歸納總結、糾正優(yōu)化，學會深度學習和思維。

三、運用探究實驗，導向高階思維

化學實驗一般可以分為驗證性實驗和探究性實驗。驗證性實驗只是在已有的實驗方案上進行實驗操作，按部就班，不利于學生思維的深度發(fā)展和科學素養(yǎng)的提高。而探究性實驗關注學生的深層思考和深度學習，重視學生的學習過程和學習方法的指導。探究性實驗的基本步驟：圍繞探究的主題提出問題，進行假設，設計方案，開展實驗，反思評價。在實驗探究過程中，學生需要經過一系列研究，才能實現對知識的深度理解和發(fā)展。

例如：探究“金屬鎂與稀鹽酸反應中產生的氣泡是什么氣體？”驗證性實驗直接告訴學生這是氫氣，讓學生用氫氣的可燃性去驗證。改為探究性實驗，則能充分調動學生的學習興趣和求知欲，實現學生學習方式的轉變。探究過程如下：

【猜想依據】根據質量守恒定律，化學反應前后元素種類不變。據此，從鎂條和酸溶液反應中的反應物的化學式出發(fā)，推測可能是氫氣、氧氣、氯氣。

【猜想假設】猜想1：可能是氫氣;猜想2：可能是氧氣;猜想3：可能是氯氣。

【討論交流】根據資料信息：Cl2是黃綠色、有刺激性氣味的氣體，無可燃性，而實驗過程中的氣體是無色無味的，因此排除氯氣。應從氣體的性質人手，根據氫氣的可燃性和氧氣的助燃性設計實驗。

【實驗方案】把鎂條放入試管中，放入適量的稀鹽酸，在試管口放一根燃著的小木條。聽到尖銳的爆鳴聲，說明該氣體是氫氣。

【實驗改進】因為存在一定的安全隱患，學生在實驗過程中有點畏懼。那是否可以對實驗進行進一步改進呢？通過研討，決定利用氫氣的密度小于空氣的原理，用氫氣來吹肥皂泡，并用電子打火槍代替小木條來點燃。實驗可以設計成微型實驗：將藥品裝入廢棄的青霉素瓶中，連接醫(yī)用輸液導管并通入裝有肥皂水的培養(yǎng)皿中。

【改進優(yōu)點】改進后的實驗增加了趣味性，在引燃肥皂泡的過程中，連續(xù)發(fā)出的“啪啪”聲，吸引了學生的注意力，調動了學生學習的興趣。利用廢棄的材料改進裝置，環(huán)保、節(jié)約、簡單。在此肥皂水的配置要作細節(jié)上的優(yōu)化：一般的肥皂水吹出的氣泡很容易破損，效果不明顯。為了得到較大且不易破裂的氫氣泡，需要提前配置吹泡液，即向10mL蒸餾水中滴入2mL洗潔精，4mL文具膠水與2mL甘油，然后攪拌均勻[2]。

該實驗探究過程關注學生高階思維能力的發(fā)展，學生通過自主探究、合作探究，對知識進行主動加工、建構、遷移應用，能對初中化學已有的實驗從原理、裝置和方法等方面進行改進和創(chuàng)新。教師在實驗教學過程中，要多運用探究實驗，充分挖掘學生的潛能，鍛煉他們的發(fā)散思維、創(chuàng)新思維、批判性思維，把思維推向高階。

四、拓展課外實驗，促進深度研究

化學教學中教師要努力使學生獲得學習的快樂，為他們設計與其個性特征相適應的學習任務、學習環(huán)境和學習活動，幫助他們在學習化學的過程中“嘗到甜頭”，獲得快樂的體驗。可以嘗試一些課外興趣實驗.精選與社會生活和學生經驗密切聯系的內容，增加所學內容的實用性和可操作性，促進深度研究。

例如，“金屬制品的腐蝕和保護”的知識內容學習，就可以把學習和實驗延伸到課外。學習時空的拓展，學科內外的整合，喚起了學生愉快、成功的學習情緒體驗，激發(fā)了學生學習化學的興趣。

【資料卡片】人類每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數以億噸計的金屬。據報導，每年因腐蝕而廢棄的金屬占到年產量的20%-40%。那如何更好地來保護金屬資源呢？

【方案一】家庭小實驗：探究鐵制品銹蝕的條件（以鐵釘為例，時間為一周，觀察現象并完成實驗報告，可以拍照片或小視頻，進行資源共享），找到保護金屬制品的方法，并尋找金屬的代用品。

【方案二】分組調查校園里不同的金屬材料（如鐵柵欄、水龍頭、餐具、不銹鋼窗戶等）的腐蝕情況，收集圖片，匯報交流，制成小視頻。

雖然實驗、調查花費的時間較長，但學生上傳到作業(yè)平臺的視頻、圖片、小論文等表明，學生的視角是多元的，思維是多向的。學生從真實的情境中獲取、加工信息，提煉相關的化學知識，培養(yǎng)了他們會思考、會質疑，并能運用所學化學知識科學有效地解決實際問題的能力，讓他們體會到知識來源于生活，且為生活服務。這種學習方式比課堂上的實驗更具有生命力，它增強了學校教育與現實生活的聯系，更能激發(fā)學習興趣，更能轉變學習方式，更能提升自主學習探究的能力，促進了學生在有意義的情境中的深度學習。

參考文獻：

[1]劉邦奇，李新義.基于智慧課堂的學科教學模式創(chuàng)新與應用研究[J].課程與教學，2019（4）：89.

[2]李德前，魏海.借助長柄U型玻璃管改進氫氣性質實驗[J].化學教學，2019（9）：75.

責任編輯：丁偉紅

作者簡介：黃海云，宜興外國語學校（江蘇宜興，214200）教師。