基于真實問題情境促進深度學習
——以“二氧化硫的性質(zhì)與用途”為例

徐必亮

一、 基于真實情境的深度學習的意義

新課程標準下的新教材教學，應該基于深度學習對教學主題內(nèi)容進行設計。深度學習不僅是學生在認知經(jīng)驗活動中建構知識體系的過程，更是學生置身于生活、生產(chǎn)和科學研究中解釋或解決實際問題的過程。教師要將學生帶入學習情境中，開展深度學習，促進學生學習能力的提升?；瘜W學科深度學習是在教師引領下，學生圍繞具體學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從宏微結合、變化守恒的視角，運用證據(jù)推理等思維方式，綜合解決問題，獲得結構化的化學核心知識，建立運用化學學科思想解決問題的思路方法，培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任，從而促進化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

情境學習理論認為，學習的本質(zhì)是學生參與真實情境活動并與情境相互作用的過程，也是形成實踐探究能力的過程，所以學習的核心是參與。在參與的相互作用中，對知識建立合理的解釋和靈活的應用。學生越積極地參與活動，就越能認同個體價值，就會投入更多的時間和精力，從而形成良性循環(huán)。真實的問題情境是保持學生學習興趣和學習需求的基礎。在教學中，設置情境化的教學任務，能體現(xiàn)知識的應用價值和育人價值。真實問題情境的使用，有利于學生在真實情境的問題解決過程中鞏固舊知，發(fā)展新知，形成結構化的知識體系，有利于形成解決真實情境問題的思維和能力，以便進一步促進核心素養(yǎng)目標的達成。

二、 基于真實情境的高中化學深度學習的實踐策略

(一)基于真實世界，精選真實情境素材

基于真實問題情境的學習，深度鏈接學生能接觸到的真實世界中的化學問題，引發(fā)學生的學習興趣，賦予學習更深刻的意義。好的情境素材能夠?qū)W習內(nèi)容與真實世界聯(lián)系起來，讓學生意識到化學知識可以運用到未來的生產(chǎn)、生活和實際工作中解決真實的問題。因此，深挖真實生活素材，多角度鏈接生活、生產(chǎn)，尤其是學生能接觸到的真實情境，并結合已有化學知識解決問題，體會化學給生活帶來的便捷，從而讓學生領略化學的魅力。

(二)借助信息技術，增強學生對真實學習內(nèi)容的感知能力

隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，師生獲取學習資源的途徑也越來越多元化，視頻、文字、圖片都可以有效幫助師生創(chuàng)設基于真實問題情境的環(huán)境，從而讓師生獲得更多的學習機會，擁有更多的選擇權。對于化學學科而言，部分化學實驗通過動畫視頻的形式表現(xiàn)出來，能吸引學生注意力，增強學生學習內(nèi)容的感知能力。

(三)基于認知矛盾設置高質(zhì)量的問題群，引發(fā)學生深度學習

高質(zhì)量的問題是基于真實情境中的結構化、層次化的問題。教師應當將教學知識設計成一連串的問題，根據(jù)學生認知發(fā)展規(guī)律和已有經(jīng)驗，創(chuàng)設真實情境，將問題隱含在真實情境之中，讓學生去思考。如果學生在思維碰撞過程中產(chǎn)生了一些認知矛盾，通過現(xiàn)有的知識水平和思維層次還無法解決當前問題，教師也要依據(jù)學生的認知發(fā)展規(guī)律，將學生的認知矛盾融入真實情境中，設計一系列的問題群，邏輯清晰、層次分明，引導學生逐步深層思考，在理解知識過程中形成學科的思維方式，在解決真實問題的認知矛盾中促進深度學習。

三、 教材與學情分析

文章選取滬科版高中化學必修一教材中“二氧化硫的性質(zhì)和作用”課題，集中討論基于真實問題情境促進學生深度學習。二氧化硫是重要的含硫化合物，是非金屬元素知識體系中的重要部分。二氧化硫有其他非金屬氧化物的共性，也有其獨特的性質(zhì)，在生活和工業(yè)上都有重要用途，但是，如果使用不當，同樣也會造成嚴重的食品安全和環(huán)境問題。因此，全面、客觀認識二氧化硫的功與過意義重大。

SO的知識內(nèi)容，即是初中學習過的CO酸性氧化物性質(zhì)的延伸，也是氧化還原反應等知識的具體應用體現(xiàn)，同時，與S和HS等物質(zhì)的性質(zhì)也存在關聯(lián)。學生已經(jīng)具備鹵素、氧化還原反應和硫單質(zhì)等知識，為主動參與該課學習提供了基礎保障，為從真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、梳理分析實驗現(xiàn)象和推理等提供了保障。學生的實驗探究能力不夠強，通過本內(nèi)容的學習，進一步從真實情境中提升實驗探究的能力。

四、 教學目標

①認識二氧化硫的主要性質(zhì)和用途；②根據(jù)真實問題情境，提升預測性質(zhì)、設計實驗方案、探究物質(zhì)性質(zhì)的能力；③通過分析二氧化硫在生活生產(chǎn)中的功和過，培養(yǎng)社會責任感、參與意識；④認識化學與人類生活的密切聯(lián)系，體驗學科價值，樹立良好的食品安全意識。

五、 教學實施過程

(一)從與二氧化硫相關的情境素材引入新課

古詩有曰：“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。”葡萄酒歷史悠久，它不僅幽香高雅，還具有預防心腦血管疾病、緩解疲勞的保健功效。從葡萄酒的配料表中可以看出其原料主要是葡萄和少量添加劑二氧化硫，另外，空氣質(zhì)量報告中也標注有二氧化硫。二氧化硫是空氣污染物，它對身體有害，為何卻出現(xiàn)在美酒中呢？這樣的認知沖突會引發(fā)學生的好奇，二氧化硫到底具有什么樣的性質(zhì)？以人們熟知的葡萄酒為線索進行引入，貼近學生生活的真實情境，可以增強學生的好奇心，激發(fā)學生學習動機，使學生保持積極探索的心理狀態(tài)。

(二)探究二氧化硫是酸性氧化物

沿著葡萄酒中添加SO的真實情境，開始深入挖掘，步步設問，讓學生體會到情境中的化學問題，激發(fā)學生興趣和化學求知欲。硫與氧氣的反應銜接前一課時內(nèi)容，在內(nèi)容組織上具有承上的作用；SO易溶于水，與水反應銜接后面學習環(huán)節(jié)，具備啟下的作用。

(三)二氧化硫的還原性

通過查閱資料，繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的情境。在儲藏過程中，如果葡萄酒中有機物被氧化會影響口感，所以，葡萄酒中可能具有抗氧化的成分。那么SO是否能起到這樣的作用？請學生分小組設計實驗方案，進一步探究SO的性質(zhì)。根據(jù)氧化還原反應原理，SO應該具有還原性，設計并完成學生實驗，如表1所示。

表1 SO2還原性探究的學生實驗

教師引發(fā)學生思考：葡萄酒中的氧氣能否氧化二氧化硫？借助數(shù)字化創(chuàng)新實驗，將SO通入盛有蒸餾水的三口瓶，用pH傳感器監(jiān)測pH值。待讀數(shù)平穩(wěn)后再通入O。(如圖1)

圖1 SO2和O2依次通入蒸餾水中的pH值

學生交流，解釋實驗數(shù)據(jù)：SO和HO反應生成中強酸HSO，pH值下降。通入氧氣，硫元素從+4價被氧化成+6價，生成強酸HSO，PH值進一步下降，再引導學生解釋葡萄酒中的SO抑菌和抗氧化的價值。在葡萄酒放置過程中，SO起抗氧化作用，酸度提高使得抑菌效果增強，SO抗氧化和抑菌作用相輔相成。

在情境中產(chǎn)生問題，深入思考核心內(nèi)容的問題情境并交流討論。猜測物質(zhì)性質(zhì)并設計實驗探究方案，體驗知識的動態(tài)生成過程，促進學生高階思維的發(fā)展。從已有知識出發(fā)，基于實驗事實證據(jù)進行推斷，發(fā)展學生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。一個實驗，多個用途，數(shù)字化實驗，驗證SO的溶解性、溶液呈酸性，也直觀體現(xiàn)出SO跟O反應的情況，溶液酸性變化過程明顯，有利于學生對知識的深度理解。數(shù)字化創(chuàng)新實驗裝置實現(xiàn)了一體化，節(jié)約時間和藥品，實驗手段綠色化。在教學中，利用實驗，將知識內(nèi)容和實驗事實進行圖文轉化，提升學生文字、圖形的表達能力。

(四)二氧化硫的氧化性

從氧化還原視角分析硫元素價態(tài)，分析猜測硫的可能性質(zhì)，并實驗驗證，完善二氧化硫性質(zhì)，促進學生自主建構知識框架。創(chuàng)新實驗現(xiàn)象明顯，簡單便捷，安全可靠。實驗設計中，還能夠引導學生樹立環(huán)保意識，增強社會責任感。

(五)二氧化硫的漂白性

從葡萄酒中SO漂白的情境出發(fā)，結合演示實驗，親身體驗，匯報交流SO的漂白原理。在此過程中，教師扮演著秩序組織和點撥提示的指引者，學生繼續(xù)在真實情景中建構知識內(nèi)容，推動學生學習能力的形成。

SO的漂白性是繼氯水漂白性后的第二個重要的漂白方面的內(nèi)容，同在必修1教材中出現(xiàn)，在教學中，通過舊知再現(xiàn)，對比分析，有助于學生對漂白原理的深度理解，完善漂白知識的深度建構。

查閱資料，找出兩個應用情境：①紙漿、毛和草制品等常用SO漂白；②用化學視角分析文學作品中“在今天的書堆里發(fā)現(xiàn)了兩本20世紀60年代的日記本，翻開那泛黃的書頁……”學生解釋：SO漂白后的紙張呈白色。長久放置，生成的不穩(wěn)定物質(zhì)漸漸分解，紙張恢復泛黃的顏色。基于此，引導學生思考SO和氯水的漂白性的差異。氯水中HClO將有色物質(zhì)氧化而褪色，是氧化還原反應，是永久性褪色；SO與有色物質(zhì)化合成不穩(wěn)定的無色物質(zhì)，不是氧化還原反應，是暫時性褪色。

繼續(xù)設置實驗環(huán)節(jié)，讓學生直觀地知曉問題的答案。教學中，先提取真實問題情境，再通過細小環(huán)節(jié)形成問題鏈，驅(qū)動思考，引導學生交流討論，設計實驗驗證。教學中深化基礎原理的理解，促進學生主動思考，體會在問題解決過程中，培養(yǎng)學生思維能力及實驗探究能力。

(六)科學看待二氧化硫的功與過

真實情境：葡萄酒一般不適宜馬上喝，要先“醒酒”或“搖杯”。開展討論并匯報結果：二氧化硫能從溶液中揮發(fā)出來，醒酒的作用是降低葡萄酒中的二氧化硫濃度，減少二氧化硫的攝入。SO作為食品添加劑，歷史悠久，具有防腐、抗氧化、漂白等作用。在葡萄酒中可以延長保質(zhì)期。低劑量的SO能延長食品保質(zhì)期，但是含量超標會帶來食品安全問題。通過SO的應用，可以引出學生對食品安全問題的深入思考，我們應如何看待二氧化硫?qū)ιa(chǎn)、生活的作用與影響，學生據(jù)此繼續(xù)查閱資料，寫出關于二氧化硫的功與過的小論文，并總結SO性質(zhì)和用途。以此促進學生科學認識物質(zhì)，理解劑量和毒性的關系。通過作業(yè)，引導學生辯證看待SO，增強環(huán)保意識和社會責任感，樹立正確的科學觀和價值觀。

六、 對深度學習的思考

案例通過創(chuàng)設葡萄酒中使用二氧化硫的真實情境，引起學生的學習興趣，激發(fā)深度學習的動機。在教學環(huán)節(jié)中，始終圍繞葡萄酒中二氧化硫的真實情境，多角度挖掘問題探究，預測性質(zhì)并設計實驗方案，將傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗相結合，促進學生進行有效的深度學習。將二氧化硫和氧氣依次通入水中，一個實驗，多個用途，數(shù)字化創(chuàng)新實驗裝置實現(xiàn)多個反應一體化，有效節(jié)約了時間和藥品，實驗手段綠色化，數(shù)據(jù)和圖形直觀明顯，有利于學生對知識進行深度理解。

深度學習和真實問題情境，都是為培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)服務。本課通過一系列的探究實驗活動，引導學生批判、創(chuàng)新思維，注重培養(yǎng)學生的宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)，切實提高學生科學探究與實驗創(chuàng)新能力和證據(jù)推理能力。在正確看待二氧化硫的功與過時，引導學生增強環(huán)保意識和社會責任感，樹立正確的科學觀和價值觀。總之，通過一系列真實問題情境的創(chuàng)設、實驗探究設計、不斷基于證據(jù)意識的嚴密推理過程，師生共同圍繞真實問題進行深度探究學習，在學習活動中發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。

通過創(chuàng)設真實問題情境，帶領學生親身經(jīng)歷和體會知識的真實形成過程，讓學生真正成為學習的主體，有效促進學生知識的吸收和個人成長。加入了個體經(jīng)驗、自我精神力量產(chǎn)生的個性化學習成果，最終轉化為學生的思維和解決真實問題的能力。這樣的深度學習，對學生個體成長和未來發(fā)展的意義是不言而喻的。