深度學習視域下化學核心素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐研究

劉彩雯

摘 要：深度學習是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的有效方式。本文在闡述化學知識的深度、化學思維的深度后，結合案例研究法，歸納總結在課堂中推行深度學習的可行性方式。基于實驗探究的學習、問題解決的學習、實際應用的學習創(chuàng)設真實情境，使深度學習落地，落實和發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

關鍵詞：化學;核心素養(yǎng);深度學習的方式

在我國新時代高等教育變革進程中，核心素養(yǎng)理念受到廣泛關注。深度學習要求學生通過主動探索和創(chuàng)新深化知識理解，從而掌握知識之間的緊密聯(lián)系，以便于更好地處理現(xiàn)實問題。深度學習所注重的價值和核心素養(yǎng)中所強調(diào)的必備品質(zhì)、關鍵能力有著密不可分的關聯(lián)。因此，研究深度學習理論，并在教學實踐中著力推動學校開展深度學習活動，不但有助于培養(yǎng)學生構建化學知識系統(tǒng)，還可以提升學生終身發(fā)展的學習品質(zhì)，以及核心素養(yǎng)。本文以蘇教版的化學反應原理專題二第二單元“化學平衡狀態(tài)”為主要探究對象，探究如何實現(xiàn)深度學習，提升學生的核心素養(yǎng)。

一、深度學習的意義

2014年3月，我國教育部提出將組織研究各學段學生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，把核心素養(yǎng)培養(yǎng)放在推進教育課程變革、實現(xiàn)立德樹人目標的最基本地位[1]?；瘜W學科核心素養(yǎng)中科學探究與創(chuàng)新意識是化學核心素養(yǎng)的實踐基礎，證據(jù)推理與模型認知是化學核心素養(yǎng)的思維核心，宏微結合與變化平衡是化學核心素養(yǎng)的學科特征，科學態(tài)度與社會責任是化學核心素養(yǎng)的價值立場。上述素養(yǎng)將化學知識與技能的學習、化學觀念與思想的建構、科學探究與解決問題能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責任感的形成等方面的要求融為一體，形成完整的化學學科核心素養(yǎng)體系。學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，必須要進行高階思維的深度教學，才能獲得完整的知識系統(tǒng)、實現(xiàn)學生知識掌握和素養(yǎng)培養(yǎng)共同發(fā)展。在信息化時期，學生雖然能夠非常方便地從各種渠道獲取化學知識，但是由于缺乏對知識的理解、實踐和內(nèi)化，因此課堂教學中需要教師為學生創(chuàng)造對化學知識進行實踐和體驗的機會，指導學生解決實際問題，從而幫助學生形成化學學科的正確思維方式，深化深度學習的學習過程。

二、化學知識的深度

化學知識的深度是化學課堂深度教學的重要前提，教師在教學設計時要注意：

（一）重視學生對化學核心概念的掌握，雖然化學知識點相對零碎，但有大部分知識的核心概念都是相通的，如高中階段的難點化學平衡、弱電解質(zhì)的電離平衡、水的電離平衡等，雖然討論的是不同的問題，但是它們都涵蓋在“平衡”這一學科概念之下，所以在學生剛接觸“平衡”這一概念的時候，需要在教師的引導下學習知識的本質(zhì)，深入理解，在后續(xù)的學習過程中才能更好地融會貫通，減少學習的陌生感和難度。

（二）注重化學知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，依據(jù)學生現(xiàn)有的認知特點和認知程度，逐層深入地思考和探究化學知識的建立過程，進而形成完整嚴謹?shù)闹R體系。

（三）加深對化學知識的理解，進行一定程度的拓展和提升，讓學生在生活應用中對所學的化學知識進行整合、深化和提高，促進學生認識的發(fā)展。

三、化學思維的深度

將高考評價體系中考查的教育目標凝練，主要分為“核心價值、學科素養(yǎng)、關鍵能力、必備知識”四層考核內(nèi)涵，其中“關鍵能力”是指面臨與專業(yè)領域有關的生活實踐或學習探究等重大問題情境時，高效地認識提問、剖析問題、解決問題時所必須具備的能力[2]。

化學學科的關鍵能力主要是理解與辨析、分析與推理、歸納與論證、探究與創(chuàng)新能力等。要培養(yǎng)學生這些方面的能力，促進學生深度學習，培養(yǎng)學生的高階思維是關鍵[3]。教師需要注意以下幾個方面：

（一）實驗探究，交流探討?；瘜W是一門依托化學實驗的基礎學科，在探究實驗過程中學生必須更加深入地掌握化學知識的實質(zhì)，在實驗過程中積極思考，在合作交流過程中培養(yǎng)思維，化被動接收為主動學習，持續(xù)探究，求實創(chuàng)新，培養(yǎng)質(zhì)疑和實驗驗證，以及知識遷移等方面的能力，促進學生深度學習。

（二）問題引領，啟發(fā)思維。在教學中教師可以根據(jù)教學情境設置問題，通過由淺入深的提問，啟發(fā)學生進行深入思考，讓學生從淺層理解上升到高階思維，提高學生思維能力。

（三）給足空間，獨立思考。教師在知識重難點的講授過程中要給予學生一定的思考時間，鼓勵同學之間的交流，在交流和討論的過程中深入學生思考知識的深度。

（四）總結歸納，遷移應用。引導學生將所學的知識進行總結歸納，形成體系;利用所學的知識應用于生活實際問題，培養(yǎng)學生知識的遷移和學以致用，在解決實際問題中加深對化學知識理解，鍛煉思維。

四、深度學習的方式

深度學習開展的關鍵是讓學生深度參與教學過程，在學習的過程中自主對所學知識進行深入研究、在原有理解的基礎上進行深化，在此過程中將知識點進行有機整合，從而完成知識體系的建構。真實情境的構建要基于探究的學習、基于問題解決的學習、基于實際應用的學習，幫助學生獲得更多自主學習的體驗，是深度教學的有效方法。

（一）基于探究的學習創(chuàng)設真實情境

在蘇教版化學反應原理專題二第2單元“化學平衡狀態(tài)”教學時，學生雖然通過必修二的學習已經(jīng)對“化學平衡狀態(tài)”有了一定的了解，但是對平衡狀態(tài)的建立過程，以及平衡狀態(tài)的本質(zhì)認識得還不夠透徹。筆者在設計這部分內(nèi)容時，首先利用學生已經(jīng)了解可逆反應的特點這一知識點，從學生的就近發(fā)展區(qū)入手，設計實驗探究內(nèi)容：已知2Fe3++2I-=2Fe2++I2，探究此反應是否為可逆反應？討論并設計出實驗方案加以驗證。實驗藥品：0.1mol·L-1KI溶液，0.1mol·L-1FeCl3溶液，KSCN溶液，K4Fe（CN）6溶液。（信息提示：Fe3+遇K4Fe（CN）6溶液產(chǎn)生藍色沉淀。）

教學過程中教師可以先給足學生時間進行討論和交流實驗方案，如果學生最開始并不知道設計方案應該從哪個角度考慮，可以通過設置一些問題進行提示：1.假設反應能徹底進行，反應后混合物中肯定有什么物質(zhì)？可能有什么物質(zhì)？2.假設這個反應不能徹底進行，反應后混合物中肯定有什么物質(zhì)？可能有什么物質(zhì)？3.通過檢驗什么物質(zhì)的存在可以判斷出這兩種假設哪種成立？

通過思考和討論學生明晰了實驗的方向，可以鼓勵學生闡述實驗方案，教師進行適當?shù)狞c評和指導。例如，如何檢驗反應物是否同時存在，是否需要檢驗兩種反應物，在這一點可以稍加引導：在藥品的取用上可以通過讓一種反應物過量，另一種反應物不足，只需通過檢測反應后的混合物中不足的反應物還有殘留就能證明反應不能徹底進行。那選擇哪一種反應物過量，哪一種不足呢？學生很容易發(fā)現(xiàn)檢驗Fe3+更容易。在學生討論和交流的基礎上，在一些細節(jié)的地方稍加引導，形成較為完整的實驗方案：向2mL0.1mol·L-1KI溶液中加入2滴0.1mol·L-1FeCl3溶液，觀察現(xiàn)象;將所得溶液分成3份，一份作為參照，往另一份中滴加2滴碘水，第三份中滴加2滴KSCN溶液或K4Fe（CN）6溶液，觀察現(xiàn)象。

在實驗操作過程中盡量讓學生操作，過程中的生成性資源也是促進學生深度學習的契機。比如：在檢驗Fe3+時，學生習慣性選擇KSCN溶液，但由于反應中產(chǎn)生I2單質(zhì)，溶液呈棕黃色，溶液本身顏色較深，往反應后的溶液中滴加KSCN溶液檢驗Fe3+離子，溶液顏色變化可能不明顯;有些同學根據(jù)信息提示選擇用K4Fe（CN）6溶液檢驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象更為明顯。讓學生參與實驗操作，不僅提高了學生的學習興趣，拓寬了學生的思維，還培養(yǎng)了學生樹立嚴謹?shù)目茖W精神。

通過以小組為單元進行實驗探究，能充分調(diào)動學生的學習積極性，在互動和討論中促進每位學生更主動地參加教學活動，在實驗過程中培養(yǎng)學生的觀察分析能力;在實驗探究過程中，細節(jié)處細細推敲，逐步引導，層層追問，能夠引導學生深入思考，拓寬思維，逐步培養(yǎng)學生以宏微結合的思維角度，利用證據(jù)推理的邏輯思維方法，處理綜合復雜問題，促進學生深度學習。小組學習對學生的歸納能力、分析推理能力、合作能力、實驗探究能力、自學能力、同學之間交流與合作的能力等都得到了很好的體現(xiàn)，也進一步培養(yǎng)學生嚴謹科學的探究精神和科學態(tài)度。

（二）基于問題解決的學習

當學生經(jīng)過探究實驗，掌握了可逆反應的基本特性后，通過設置問題順勢引導學生思考可逆反應的過程，以及反應進行不徹底的原因，促進學生在了解了表征知識后上升到思維層面，通過深度思考和高階思維活動，主動建構知識體系。

【思考與交流1】可逆反應的反應過程是怎樣的？反應進行不徹底的原因是什么？

引導學生充分交流與討論，從反應的本質(zhì)中尋找原因。通過引導和討論，學生形成以下幾個觀點：

1.只有一部分的SO2與O2發(fā)生化學反應。

2.SO2與O2完全反應生成SO3后，SO3又重新生成SO2。

3.SO2與O2反應生成SO3的同時，SO3也反應生成SO2和O2。

【思考與交流2】SO2與O2是單向反應還是雙向反應？可以通過什么實驗進行驗證。

【觀察與思考】圖片展示以18O2作為反應物在一定條件下與SO2發(fā)生反應后18O的存在：

S18O2、SO2、S18O3、18O2、O2等。

【結論】通過同位素原子示蹤法可以發(fā)現(xiàn)18O不僅僅存在于生成物S18O3中，反應物S18O2中也有18O，說明SO2與O2的反應是雙向的。

【思考與交流3】通過什么方法可以判斷是觀點2正確，還是觀點3正確。

【學生活動】根據(jù)給出的數(shù)據(jù)：起始濃度分別為1mol/L、0.5mol/L的SO2與O2，在密閉容器中發(fā)生反應，每十分鐘容器中SO2、O2、SO3三種物質(zhì)的濃度，畫出c-t圖：SO2、O2、SO3三種物質(zhì)濃度隨時間的變化曲線以及v-t圖：反應過程中反應速率（V正）和逆反應速率（V逆）隨時間變化曲線。

【結論】通過所畫c-t圖學生發(fā)現(xiàn)SO3的濃度隨著時間的變化一直增大后保持不變，說明觀點2不成立，觀點3成立。

【思考與交流4】分析所畫圖表，該反應到什么時候達到了反應的限度？這時候反應是否結束？這時候為什么三種物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化？

【結論】濃度不再發(fā)生變化的時候達到了反應限度，通過v-t可以得出達到反應限度時反應沒有停止，而是達到了動態(tài)平衡。

通過“交流與思考”4個問題，以及“學生活動”的環(huán)節(jié)，由淺入深，由表及里，促進學生深度思考，引導學生以微觀視角理解化學平衡狀態(tài)的形成過程，促進學生深刻理解現(xiàn)象的本質(zhì)，作圖以及數(shù)據(jù)分析的設計很好地訓練了學生的學科思維能力，便于學生理解抽象概念，培養(yǎng)宏微結合的觀念，學生對可逆反應的本質(zhì)，以及化學平衡狀態(tài)的特征有了更深刻的認識，有利于學生知識結構的整合和建構，培養(yǎng)學生的高階思維。

（三）基于實際應用的學習

化學平衡是化學中非常重要的概念，化學平衡也與我們的生活息息相關，在了解了化學平衡的相關概念后將化學平衡與我們的生產(chǎn)生活相聯(lián)系，用本節(jié)課所學的知識解決生產(chǎn)生活中的問題，既能加深學生對所學化學知識的理解，強化學生對所學知識的內(nèi)化，引發(fā)學生深入思考，能讓學生真實地感受化學的存在，感受化學無處不在地影響著我們的生產(chǎn)生活，培養(yǎng)學生的科學精神與社會責任感。

在化學平衡狀態(tài)下這部分內(nèi)容的最后筆者設計了一些化學平衡在我們生產(chǎn)生活中應用的實例，創(chuàng)設真實情境，引發(fā)學生思考。實例一：“科學史話——關于煉鋼高爐的尾氣之謎。19世紀，人們發(fā)現(xiàn)煉鋼爐出口含有大量的CO，最初認為是由于CO與鐵礦石接觸時間不夠導致，為此，人們采取了增加煉鋼爐高度的方法想使反應達到完全進行，但即使耗巨資增加高爐的高度，CO和鐵礦石接觸時間延長，煉鋼高溫爐頂產(chǎn)生的氣體中CO的含量還是沒有發(fā)生變化，造成了很大的浪費”。實例二：為什么可樂打開會冒出大量的氣泡。實例三：大氣臭氧層中的化學平衡。地球表面有大氣層覆蓋，離地面12km以上的高空有一臭氧層，但它是地球生命的保護屏障。我們知道，太陽輻射對生命危害極大的是紫外線。當太陽輻射通過臭氧層時，被吸收了約90%的紫外線，或者說把這些紫外輻射的能量轉變?yōu)闊崃浚沟孛嫔馐軅?。這其中的奧妙是什么？這些化學平衡在生活中的真實情境可以提高學生的學習興趣，促進學生的深度思考，也可以引導學生通過課后查閱資料了解更多的知識，完善自己的知識系統(tǒng)，拓寬學生的思維，激發(fā)學生的深度學習。

結束語

深度教學開展的關鍵就是使學生在已經(jīng)掌握概念的基礎上繼續(xù)探索提問，完成自身知識的建構、問題解決和反思提升[4]，進而完成概念的轉變和知識的遷移。在這個過程中，引領學生將認識任務轉變?yōu)閷W習任務，運用情境構建等教學方式，激發(fā)學生主動參與學習，引發(fā)學生的認知沖突，幫助學生建立更科學的知識體系。經(jīng)過教學設計中的實驗探究的設計、問題設計，以及應用拓展，逐步引導與激發(fā)學生獨立思考，邏輯分析問題，使所學知識得以繼續(xù)穩(wěn)固與加強。從宏微結合、證據(jù)推理的思維方法，逐步掌握結構化的化學核心知識，從而形成運用化學的學科思維解決問題的思維方式，提升學生的核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》節(jié)選[J].教育科學論壇，2017（20）：3-5.

[2]教育部考試中心.“中國高考評價體系”[S].北京：人民教育出版社，2019.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[4]郭元祥.論深度教學：源起、基礎與理念[J].教育研究與實驗，2017（3）：1-11.