基于深度學(xué)習(xí)的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

沈紅英

摘要：簡(jiǎn)要提出目前初中化學(xué)教學(xué)中存在的問題，從實(shí)踐層面提出初中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施深度學(xué)習(xí)的可行性和必要性，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力和學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);淺層學(xué)習(xí);化學(xué)教學(xué);高階思維

文章編號(hào)：1008-0546（2021）07-0015-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.004

一、問題的提出

化學(xué)學(xué)科知識(shí)的構(gòu)建需要一定的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)，故在初中階段，化學(xué)學(xué)習(xí)處于化學(xué)知識(shí)的起始階段。在進(jìn)行初中化學(xué)教學(xué)時(shí)，教師往往注重化學(xué)基本知識(shí)、基本技能的傳授，輕視學(xué)科方法、學(xué)科觀念、學(xué)科情感和價(jià)值觀等方面的引導(dǎo)，使得不少學(xué)生缺乏用化學(xué)學(xué)科的視角看待生活中的現(xiàn)象與事物，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的能力、遷移知識(shí)的能力、分析解決實(shí)際問題的能力等。

2020年初的新型冠狀肺炎，有報(bào)道稱84消毒液和酒精不能混合起來消毒，會(huì)產(chǎn)生氯氣。這一事例充分體現(xiàn)了學(xué)校教育教學(xué)的目的主要還是應(yīng)試，并非提高科學(xué)素養(yǎng)。日常教學(xué)一般停留在知道結(jié)論，用結(jié)論去解釋事實(shí)，學(xué)生很難形成自己認(rèn)識(shí)世界的模型，也很難修正固有的認(rèn)知模型，在解決一個(gè)問題時(shí)，只憑已經(jīng)獲得的認(rèn)知模型，并不思考這些認(rèn)知模型是否科學(xué)，是否適合解決實(shí)際問題?？茖W(xué)發(fā)展到今天，我們并不缺乏“知識(shí)”本身，缺乏已有的認(rèn)知模型，而是缺乏思維和思想，缺少深度學(xué)習(xí)。

二、什么是深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)的概念源于機(jī)器學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)可以憑已有經(jīng)驗(yàn)、層次概念來學(xué)習(xí)，理解深層、復(fù)雜的知識(shí)，具備智能化，不需要人類形式化定義好所有知識(shí)。教育教學(xué)中的深度學(xué)習(xí)與之不同，它不是指有難度、有深度、有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)，它關(guān)注知識(shí)的獲取方式，強(qiáng)調(diào)在深度理解的基礎(chǔ)上，主動(dòng)建構(gòu)、遷移知識(shí)，發(fā)展和提升學(xué)習(xí)者的智力和各種能力。學(xué)習(xí)者通過深度學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)和能力，會(huì)刻在腦海中，會(huì)將這些知識(shí)和能力應(yīng)用到其他知識(shí)和能力獲取的過程中。美國(guó)學(xué)者Ference Marton等人于1976年首次提出深度學(xué)習(xí)的概念，把學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)分為兩類：淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)[1]。下表1是根據(jù)有關(guān)研究者的研究，分析得出淺層學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的不同之處：

浮于表面的淺層學(xué)習(xí)，主要機(jī)械記憶零散知識(shí)點(diǎn)，簡(jiǎn)單地理解和搬運(yùn)碎片化的知識(shí)，不會(huì)靈活應(yīng)用，學(xué)習(xí)過程中很難做到有生長(zhǎng)點(diǎn)。深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在教師的指引下，積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，融合、整合所學(xué)知識(shí)，將知識(shí)遷移應(yīng)用到新情境、新問題中并加以解決，建構(gòu)學(xué)科知識(shí)體系，促進(jìn)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新和創(chuàng)造能力、解決實(shí)際問題能力的發(fā)展，形成高級(jí)的社會(huì)情感、積極的人生態(tài)度、正確的學(xué)科價(jià)值觀，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、初中化學(xué)基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)研究

事實(shí)性化學(xué)知識(shí)為主的初中化學(xué)教學(xué)，教師在傳授化學(xué)知識(shí)時(shí)，更應(yīng)注重化學(xué)的學(xué)科方法、學(xué)科思維能力、學(xué)科應(yīng)用價(jià)值等方面的引導(dǎo)，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的初始階段，逐步形成從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)問題，解決問題的能力，逐步形成正確的價(jià)值取向、必備的品格和關(guān)鍵的能力，同時(shí)深度學(xué)習(xí)并不否認(rèn)事實(shí)對(duì)于思維和問題解決的重要性。

1.以概念教學(xué)為載體，促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的深度學(xué)習(xí)

初中化學(xué)概念教學(xué)往往就是“提出問題、通過事實(shí)或?qū)嶒?yàn)證明、下結(jié)論、機(jī)械記憶、練習(xí)鞏固”這些環(huán)節(jié)[2]，這是應(yīng)付紙筆測(cè)試相對(duì)比較有效的方式，但這種機(jī)械的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生只會(huì)死記硬背概念，屬于淺層學(xué)習(xí)，不能深入理解概念的內(nèi)在含義，無法正確靈活應(yīng)用概念解決一些實(shí)際問題，很難培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科觀念，很難提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維能力，不利于學(xué)生的終身學(xué)習(xí)。

以“質(zhì)量守恒定律”學(xué)習(xí)為例，它是化學(xué)計(jì)算的依據(jù)。對(duì)于這一重要規(guī)律、概念的學(xué)習(xí)，滬教版九年級(jí)化學(xué)教材采用了科學(xué)探究的一般方法。科學(xué)探究始于問題的提出，源于事實(shí)或現(xiàn)象對(duì)問題作出合理的猜想和假設(shè)。根據(jù)教材提供的實(shí)驗(yàn)：密閉裝置內(nèi)用膠頭滴管將氫氧化鈉溶液滴入硫酸銅溶液的錐形瓶中，用注射器將少量的稀鹽酸注入石灰石的錐形瓶中。實(shí)驗(yàn)過程中，天平指針不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，得出質(zhì)量守恒。這樣的教學(xué)，浮于表面，沒有細(xì)致深入的分析，只是為了得出結(jié)論，不利于訓(xùn)練學(xué)生的思維。教師在教學(xué)過程中，更應(yīng)注重研究這一規(guī)律的過程和方法的深入學(xué)習(xí)，為什么要選擇這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)？為什么要在密閉裝置中實(shí)驗(yàn)？質(zhì)量守恒定律是自然界中存在的普遍規(guī)律，但教學(xué)時(shí)不可能用盡所有實(shí)驗(yàn)來研究，只需要選擇代表性反應(yīng)研究。教材中的實(shí)驗(yàn)有一定的代表性和邏輯性，利用歸納法研究一類反應(yīng)。在進(jìn)行質(zhì)量守恒定律教學(xué)時(shí)，應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生思考從哪些角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)科學(xué)精神和科學(xué)研究方法并反思，讓學(xué)生深刻理解歸納法是科學(xué)研究的重要方法。在對(duì)該概念剖析后，設(shè)計(jì)如下習(xí)題，輔助學(xué)生進(jìn)行深入思考、深度學(xué)習(xí)。

例：定量研究對(duì)于化學(xué)的發(fā)展有重大作用。根據(jù)圖1A、B、C提供的實(shí)驗(yàn)中，天平指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是__________。

若對(duì)質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容僅僅處于記憶或簡(jiǎn)單的理解等低階淺層思維階段，學(xué)生很難正確解答。同樣用氣球形成密封環(huán)境，為什么白磷燃燒最終天平的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)，即便產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w被氣球所收集，天平的指針還是發(fā)生了偏轉(zhuǎn)？A和C實(shí)驗(yàn)一對(duì)比，引發(fā)學(xué)生思維上的沖突。要作出合理的解釋，需要一定的物理知識(shí)?？梢姡疃葘W(xué)習(xí)要求學(xué)生整合已有的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)，融合不同學(xué)科之間的知識(shí)。在教學(xué)時(shí)，教師要知道學(xué)生儲(chǔ)備的知識(shí)，也要指導(dǎo)學(xué)生尋找學(xué)科之間知識(shí)的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，有機(jī)整合各學(xué)科知識(shí)，學(xué)會(huì)跨學(xué)科知識(shí)的遷移和應(yīng)用，提高學(xué)生高階思維能力的發(fā)展?？梢?，淺層學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)很難被遷移，只有對(duì)知識(shí)進(jìn)入深入研究、主動(dòng)反思時(shí)，才能順利進(jìn)行知識(shí)遷移，融會(huì)貫通，形成知識(shí)體系。

2.以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為依托，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的欲望

化學(xué)實(shí)驗(yàn)激活了化學(xué)課堂教學(xué)，但學(xué)生往往僅停留在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象層面，缺乏思考，尤其缺乏從思維的角度深入分析和研究，不懂得觸類旁通，停留在淺層學(xué)習(xí)階段。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要從關(guān)注實(shí)驗(yàn)的視角轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展的視角，引導(dǎo)學(xué)生從感性思維走向理性思維。

如研究鐵生銹條件的實(shí)驗(yàn)，不是簡(jiǎn)單按教材進(jìn)行幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，得出鐵生銹的條件是氧氣和水，而是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來研究金屬生銹。在深入理解用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法研究鐵生銹條件的基礎(chǔ)上，提出銅生銹條件的研究。根據(jù)銅銹蝕后形成綠色物質(zhì)銅綠Cu2（OH）2CO3，先從元素守恒的角度讓學(xué)生分析，銅制品放置在空氣中被銹蝕了，可能需要空氣中的哪些成分，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。

根據(jù)圖2，讓學(xué)生分析試管中的銅片能否生銹及原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)作出評(píng)價(jià)，在學(xué)生的交流發(fā)言中不斷進(jìn)行修正，掌握對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析的方法，以舊促新，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力和批判能力，自覺產(chǎn)生反思行為。讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并非隨意，而是據(jù)于已有知識(shí)開展的設(shè)計(jì)，有據(jù)可循，體現(xiàn)了知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，學(xué)生所掌握的知識(shí)要學(xué)以致用，要把碎片化的知識(shí)加以整合，形成系統(tǒng)化的整體知識(shí)。

再以“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2 CO2的制取和性質(zhì)”為例，當(dāng)觀察到錐形瓶?jī)?nèi)無氣泡產(chǎn)生，是否意味著反應(yīng)已徹底結(jié)束？在反應(yīng)后的殘留固體中滴加稀鹽酸，意外發(fā)現(xiàn)有氣泡冒出。對(duì)于這一意外的現(xiàn)象，在學(xué)習(xí)完酸堿鹽以后，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。在錐形瓶中加入足量石灰石和一定體積的稀鹽酸，無明顯現(xiàn)象后，靜置，取上層清夜，測(cè)其pH，顯示呈酸性，此時(shí)錐形瓶?jī)?nèi)仍有固體殘留，是否殘留固體中已無CaCO3？是否意味著實(shí)驗(yàn)后稀鹽酸有剩余，還是產(chǎn)生的CO2溶解于水中形成H2CO3使溶液呈酸性？可設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：①加熱反應(yīng)后的液體，冷卻后，測(cè)pH;②另取少許稀鹽酸，加入到反應(yīng)后的殘留固體中。實(shí)驗(yàn)①排除了CO2的干擾后仍呈酸性，實(shí)驗(yàn)②又有氣泡產(chǎn)生，這兩點(diǎn)現(xiàn)象都充分說明稀鹽酸沒有反應(yīng)完。為什么觀察不到明顯現(xiàn)象？是因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，盆酸中的氯化氫不斷被消耗，鹽酸濃度變小，反應(yīng)速率變慢，現(xiàn)象不明顯了，而事實(shí)上，反應(yīng)還在持續(xù)進(jìn)行。從有明顯現(xiàn)象到現(xiàn)象不明顯，并不一定表示化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，引導(dǎo)學(xué)生多角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，輔以下列練習(xí)進(jìn)一步加深理解：

例：取一定質(zhì)量的石灰石和純堿粉末于兩只小燒杯中，分別倒人一定量的稀鹽酸，振蕩，一段時(shí)間后，觀察到石灰石的燒杯中有固體殘留，氣泡消失;純堿粉末的燒杯中固體完全消失，氣泡消失。再進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（表2），請(qǐng)分析原因。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上引發(fā)學(xué)生認(rèn)知思維上的沖突，同樣是碳酸鹽，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同。新舊知識(shí)之間產(chǎn)生沖突，引導(dǎo)學(xué)生得出反應(yīng)的快慢和反應(yīng)的程度不僅和鹽酸的濃度有關(guān)，還和固體在水中的溶解度、分散形式有關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度學(xué)習(xí)，把學(xué)生已掌握的知識(shí)作為進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，形成知識(shí)的更新和重組，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和反思能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.以復(fù)習(xí)課為契機(jī)，提升學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力

在化學(xué)教學(xué)中復(fù)習(xí)課很難出新意，很多復(fù)習(xí)課往往就是知識(shí)點(diǎn)的復(fù)述，配以習(xí)題。這樣的復(fù)習(xí)課課堂形式單一，很難達(dá)成復(fù)習(xí)的深度和難度。但好的復(fù)習(xí)課，卻可以讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合，腦海中形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在解決實(shí)際問題過程中，會(huì)做到融會(huì)貫通。在復(fù)習(xí)階段，設(shè)計(jì)好復(fù)習(xí)內(nèi)容，以學(xué)生的發(fā)展為中心，找到知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)并進(jìn)行遷移應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)、自覺反思，必將使學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)得到升華。

如進(jìn)行酸堿鹽的復(fù)習(xí)課時(shí)，與“構(gòu)成物質(zhì)的微?！薄叭芤骸边@些章節(jié)整合起來。微粒的性質(zhì)決定了宏觀物質(zhì)的性質(zhì)，從微觀粒子的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體把握酸堿鹽的性質(zhì)和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)上升到方法和規(guī)律。以硫酸型廢水中的硫酸的檢驗(yàn)、除雜為例，從微粒觀的角度進(jìn)行復(fù)習(xí)教學(xué)。

問題1：怎樣檢驗(yàn)工廠排放的廢水中含有硫酸？

引導(dǎo)學(xué)生討論分析硫酸溶液中的微粒：H+、SO42-和H2O，真正要檢驗(yàn)的是H+、SO42-，進(jìn)入H+和SO42-幸復(fù)習(xí)。關(guān)于H+的復(fù)習(xí)，實(shí)際上就是酸的通性的復(fù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生用微粒觀、元素守恒觀、分類觀、變化觀多角度進(jìn)行歸納總結(jié)：凡是有H+的物質(zhì)都能與含O元素的金屬氧化物、含OH-的堿結(jié)合成H2O，都能與含CO32-碳酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生H2CO3，H2CO3不穩(wěn)定分解成H2O和CO2，揭示了酸與金屬氧化物、堿、碳酸鹽反應(yīng)的本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。而SO42-離子的檢驗(yàn)，選擇氯化鋇等可溶性鋇鹽溶液，提供自由移動(dòng)的Ba2+即可。從元素、微粒的角度對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行總結(jié)歸納，找出反應(yīng)規(guī)律，有利于學(xué)生主動(dòng)有效建構(gòu)新知識(shí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)方法。

問題2：若用Ba（OH）2溶液除雜，怎樣證明廢水中的H+、SO42-恰好除盡？

這是除去廢水中的硫酸的深入研究，從電離角度分析，除雜后溶液呈中性，廢水中的SO42-恰好也被除盡。但從直觀的實(shí)驗(yàn)角度，當(dāng)廢水中的H+被除去，很難說明SO42-也作用完?？梢栽趶U水里滴加Ba（OH）2溶液，用電導(dǎo)率數(shù)字傳感器測(cè)實(shí)驗(yàn)過程中電導(dǎo)率的改變，從離子視角分析，兩者正好完全反應(yīng)時(shí)，水溶液中自由移動(dòng)的離子濃度降低到最低點(diǎn)，可以認(rèn)為已經(jīng)除盡。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生酸堿鹽的學(xué)習(xí)要學(xué)會(huì)從離子的視角分析，讓微粒觀植根于學(xué)生的腦海中，為高中的離子反應(yīng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

問題3：①在BaCl2和NaOH的混合溶液中滴加稀硫酸，②在氯化鈣和鹽酸的混合液中滴加碳酸鈉溶液;③在氯化銅和鹽酸的混合液中滴加氫氧化鈉溶液[3]。三種情況下都是一開始就產(chǎn)生沉淀，還是一段時(shí)間后產(chǎn)生沉淀？

都是產(chǎn)生沉淀，為什么會(huì)在不同時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生？引發(fā)學(xué)生認(rèn)知上的沖突。教學(xué)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從水溶液中的離子角度分析，問題①中生成的BaSO4難溶于水和酸，所以一開始就能形成穩(wěn)定的沉淀;而問題②、③在酸性環(huán)境中不能形成穩(wěn)定CaCO3沉淀，Cu（OH）2沉淀，這兩種沉淀會(huì)和鹽酸作用，產(chǎn)生易溶于水的物質(zhì)，故只有當(dāng)鹽酸作用完后，才會(huì)形成穩(wěn)定的沉淀。問題①和③雖然都是酸堿鹽三類物質(zhì)之間反應(yīng)形成沉淀，但其反應(yīng)的微觀本質(zhì)不同，故宏觀現(xiàn)象也不同。

可見，酸堿盆之間的復(fù)分解反應(yīng)重在從微粒的角度分析反應(yīng)的本質(zhì)，而非簡(jiǎn)單的機(jī)械記憶，尤其酸堿鹽溶液混合后發(fā)生多個(gè)反應(yīng)時(shí)，絕不可以讓學(xué)生簡(jiǎn)單地記憶反應(yīng)的先后順序，要從反應(yīng)的本質(zhì)出發(fā)，重在相似題型不同解答的本質(zhì)，重在思維能力的訓(xùn)練，重在學(xué)生反思能力的培養(yǎng)，促使學(xué)生從淺層思維走向高階思維。

有深度的老師，有深度的學(xué)生，才能組織好深度學(xué)習(xí)。作為化學(xué)教師，把握化學(xué)學(xué)科本質(zhì)及思想方法，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的和動(dòng)機(jī);注重學(xué)習(xí)過程而非學(xué)習(xí)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)加工和整合，從思維角度深度理解和反思所學(xué)知識(shí);要?jiǎng)?chuàng)造更多更好的機(jī)會(huì)讓學(xué)生建構(gòu)新的知識(shí)體系，發(fā)展學(xué)生理性思維能力，讓學(xué)生成為既具獨(dú)立性、批判性、又有創(chuàng)造性和創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)者。

參考文獻(xiàn)

[1]張浩，吳秀娟.深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及認(rèn)知理論基礎(chǔ)探析[J].中國(guó)電化教育，2012（10）：7-8

[2]何翔.促進(jìn)學(xué)生化學(xué)概念深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略探索[J].北學(xué)教學(xué)，2017（7）：26

[3]馮杰亮.初中化學(xué)模型建構(gòu)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略探討[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版，2019（11）：21