深度學習下的高中化學實驗項目教學的設計與實施

——以離子反應發(fā)生條件之Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性質探究為例

摘 要：基于核心素養(yǎng)的深度學習模式是指在教師啟發(fā)下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性、探究性的學習主題，深入探索、實踐知識規(guī)律與思想，從而通過問題的解決獲得相應的能力與品格.就此，文章結合Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性質探究教學，闡述了實驗項目式教學設計的探究、項目拆解、設計探究活動、實踐與評價四個重要環(huán)節(jié).并著重分析了教學實踐中應用信息技術、突出教與學的轉化、優(yōu)化教學環(huán)節(jié)三項重要的實施策略.

關鍵詞：深度學習；實驗項目；高中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）36-0119-03

收稿日期：2023-09-25

作者簡介：周日生（1971.3-），男，福建省連城人，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.

基金項目：福建省中青年教師教育科研項目（基礎教育研究專項）2021年度立項課題“基于深度學習的高中化學項目式教學應用研究”成果之一（課題編號：JSZJ21174）

相對于淺層學習，深度學習更注重對知識的深層次認知、理解及對學生高階思維、問題解決能力的培養(yǎng).實驗項目教學正是實現(xiàn)這一目標的重要方式.為此，教師應積極探索實驗項目式教學的設計與實施，高效整合學習內容與學習方法，并在其中滲透深度學習理念，提升學生學習質量.

1 實驗項目式教學設計

結合現(xiàn)有的理論及研究成果，教師可按照如圖1所示的開發(fā)流程，設計與實施實驗項目式教學.

1.1 項目單元選擇及項目相關內容探究

項目單元選擇是設計實施項目式教學的初始環(huán)節(jié).其選擇依據(jù)為學生學情、教材內容、教學進度.教師需要考慮的是通過項目探究學生能獲得什么知識，掌握什么概念，形成什么思維，培養(yǎng)什么能力.同時，考慮如何引導學生將從項目問題解決中獲得思路應用到實際生活中，而不是完成學習后就將其束之高閣.本文所選項目主題為離子反應發(fā)生條件中的Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性質探究.Na₂CO₃俗名純堿，用于造紙、冶金、玻璃生產、紡織、肥皂、洗滌劑等工業(yè)，以及用于食品加工.重鉻酸鹽（K₂Cr₂O₇）和鉻酸鹽（Na₂CrO₄）廣泛用于火柴、顏料、涂料、制革、搪瓷、金屬防腐等生產中.通過該項目的探究學習，學生可以充分認識到金屬防腐、洗滌、發(fā)酵、環(huán)保等與化學知識的關聯(lián)性，且可以應用化學知識解決一些簡單的生活問題^[1].

1.2 項目拆解

項目拆解是指對項目進行細化.反映在實驗項目式教學中是根據(jù)教材內容，篩選出重點知識，并將教學內容分解、細化，構建出知識點之間的聯(lián)系，從而使其轉化為項目內容.同時，教師還需考慮學生學情.在項目拆解前了解學生的學習情況、想法及基本能力.之后，再對項目拆解中遇到的問題進行完善、優(yōu)化，設計出科學的實驗項目式教學方案.結合離子反應發(fā)生的條件、Cr₂O^2-₇及Na₂CO₃性質內容，可將實驗項目式教學拆解為Na₂CO₃性質探究、Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性質、總結離子反應發(fā)生的實質.同時，考慮到學生的認知規(guī)律、學習能力，進一步將Na₂CO₃性質探究拆解為從分類角度認識Na₂CO₃、了解Na₂CO₃用途、設計實驗證明Na₂CO₃溶液的堿性是由CO^2-₃離子水解產生的.將Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性質拆解為認識重鉻酸鹽（Cr₂O^2-₇）和鉻酸鹽（CrO^2-₄）、了解其用途、設計實驗探究Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性質、含Cr₂O^2-₇的酸性廢水處理.這樣拆解更符合學生認知事物的規(guī)律，且從易到難、由淺到深更有利于學生發(fā)展思維、發(fā)展問題解決能力.另外，在項目拆解中發(fā)現(xiàn)知識的理論性過強，所以為了提高學生學習興趣，降低學生學習難度，在項目內容中穿插了一些生活經驗，并補充了部分學生尚未掌握的知識，強化了化學知識與生活之間的聯(lián)系.

1.3 設計探究活動

在具體設計中，教師應當根據(jù)不同階段的項目實施目的，設計不同活動的實施目標，并結合項目整體以一定的邏輯性將不同探究活動整合在一起，保證整體活動目標實施成效大于不同活動目標實施成效之和.

1.3.1 證明Na₂CO₃溶液的堿性是由CO^2-₃水解產生的探究活動

其設計思路為：第一，引導學生從化合價、物質分類角度認識Na₂CO₃；第二，從用途角度認識Na₂CO₃；第三，展示思考問題：如何設計實驗證明Na₂CO₃溶液的堿性是由CO^2-₃水解產生的？第四，教師引導學生探究，用酚酞溶液、氯化鈣、氯化鋇等化學試劑，設計實驗證明上述結論，并寫出其中涉及的離子方程式；第五，由教師總結離子反應發(fā)生的條件，回歸項目探究總任務.

1.3.2 Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄的性質探究活動

其設計思路為：第一，從 Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄本身及其化合物的化合價、用途入手，介紹Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄.第二，設計實驗，提出問題，啟發(fā)學生聯(lián)想質疑.實驗①：取Na₂CrO₄溶液，向其中滴加AgNO₃溶液，觀察實驗現(xiàn)象，之后再滴加硝酸，觀察現(xiàn)象.實驗②：取K₂Cr₂O₇溶液，向其中逐滴滴加NaOH溶液至溶液恰好變色，之后滴加AgNO₃溶液，觀察現(xiàn)象.實驗③：取K₂Cr₂O₇溶液（橙色）2份，分別滴入Na₂SO₃溶液、FeSO₄溶液，觀察現(xiàn)象.提出問題一：Ag₂CrO₄沉淀能否溶于硝酸溶液，為什么？問題二：電鍍、印染工業(yè)排放的酸性含Cr₂O^2-₇廢水，應經過如何處理達標后才能排放？接下來，引導學生從離子反應角度思考酸性Cr₂O^2-₇廢水的處理，最后總結知識，回歸項目探究總任務：離子間發(fā)生氧化還原反應，使離子濃度減小，離子反應發(fā)生.第三，介紹含Cr₂O^2-₇的酸性廢水處理方法教學，豐富學生知識體系，強化化學與生活聯(lián)系.重點介紹化學還原法、電解法、光催化法、離子交換法四種方法.同時，按照方法講解、聯(lián)系生活、設計習題練習的次序進行講解，促使學生深入理解抽象的廢水處理理論知識.

1.4 實施與評價

在實驗項目探究活動實施中，教師應多啟發(fā)、引導學生，并合理把控項目實施時間、節(jié)奏，確保項目實施的順利開展.同時，在項目活動實施過程中可融入綜合性評價.針對離子反應發(fā)生的條件之Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性質探究，可設計學生評價表（略）.

2 實驗項目式教學實施策略

2.1 利用信息技術

首先，在實驗探究活動開始前可以利用多媒體呈現(xiàn)Na₂CO₃、 Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的簡單性質及用途.比如，在K₂Cr₂O₇性質探究的初始環(huán)節(jié)中插入視頻，視頻中穿插圖片展示K₂Cr₂O₇的狀態(tài)，讓學生直觀觀察K₂Cr₂O₇的顏色、狀態(tài)；穿插視頻片段演示該物質溶于水的過程，幫助學生了解其溶解性；繼續(xù)穿插圖片展示K₂Cr₂O₇的用途，讓學生充分認識到K₂Cr₂O₇、Na₂CO₃在生產、生活中廣泛使用.這樣能更好地營造學習氛圍，強化知識與生活的聯(lián)系，改觀學生對化學學科的認識.其次，利用信息技術補充知識，拓寬學生見識面.比如，為了幫助學生深入理解不同化合價鉻離子與其對應化合物的性質之間的關系，教師可通過圖片展示橙色的Cr₂O^2-₇的水溶液、黃色的CrO^2-₄的水溶液、綠色的Cr³⁺的水溶液、灰藍色的Cr（OH）₃的水溶液、綠色的Cr（OH）^-₄的水溶液.最后，利用信息技術構建智慧課堂.如依托智慧課堂軟件、平板設計智能化的實驗項目式教學模式.教師通過互聯(lián)網(wǎng)將有關Na₂CO₃、 Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的基本性質及用途知識傳送到學生的平板之上.在學生大致學習完后，出示實驗探究問題.接下來，學生在以小組為單位設計探究實驗活動時可以將設計思路、方法、現(xiàn)象、結論等內容匯總到平板中.若小組合作探究中出現(xiàn)了無法解決的問題，則可及時通過平板反饋給教師，由教師進行指導.在學生合作探究完成后，教師可任意選出一個小組，要求該小組代表將實驗設計通過平板傳送到共享大屏幕，以便教師和其他學生共同討論、評價.若教師需要演示實驗，則可以利用錄像設備將教師的實驗過程投放到大屏幕上，方便整個班級的學生觀察、分析.另外，在教學評價過程中也可以利用平板由學生本人、教師、其他學生進行針對性的評價、反饋.

2.2 突出教與學的轉化

雖然實驗項目式教學以學生實驗探究活動為主，但是也不能忽視教師的引導作用.因為只有教與學的充分融合，才能最大程度地實現(xiàn)學生思維品質與能力的高階發(fā)展^[2].

具體來說，證明Na₂CO₃溶液的堿性是由CO^2-₃水解產生的，可設計如下實驗步驟：①取Na₂CO₃溶液，向其中滴入1～2滴酚酞溶液，觀察溶液顏色是否變化，之后再加熱該溶液，觀察現(xiàn)象；②取加熱后的溶液，向其中滴入過量氯化鈣溶液，并觀察實驗現(xiàn)象；③另取Na₂CO₃溶液向其中滴入2～3滴氯化鋇溶液，再滴入1～2滴酚酞溶液，觀察現(xiàn)象；④取NaCl溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，觀察現(xiàn)象.實驗分析：通過步驟②可以初步認定Na₂CO₃溶液顯堿性、使酚酞溶液變紅色與CO^2-₃有關；通過步驟③可以進一步證明有CO^2-₃，溶液顯堿性；通過步驟④確認Na⁺、Cl^-不使酚酞溶液變紅色.通過整個實驗設計可以證明Na₂CO₃溶液的堿性是由CO^2-₃水解產生的：加入過量氯化鈣，CO^2-₃生成碳酸鈣沉淀，溶液中c（CO^2-₃）減小，水解平衡逆向移動，溶液不顯堿性.為了鞏固學生所學知識，教師可以讓學生寫出CO^2-₃水解離子方程式，加入氯化鈣溶液后發(fā)生反應的離子方程式，并進行離子反應的總結：離子間發(fā)生復分解反應或雙水解，生成沉淀、氣體、弱電解質，使離子濃度減小，離子反應發(fā)生.

2.3 優(yōu)化教學環(huán)節(jié)

為了深化學生對知識的理解，提升學生的知識遷移、應用能力，教師在實際實施項目實驗探究活動中還可以增加練習，但是要保證練習與實驗探究活動的連貫性.例如，在學生探究、回答問題“如何處理酸性Cr₂O^2-₇廢水”之后，教師可拓展含Cr₂O^2-₇的酸性廢水處理的四種處理工藝知識.同時，為了加深學生對這些工藝知識的理解和應用，設計與其相關的練習.另外，完成課堂小結后教師還可以讓學生繪制思維導圖，進一步深化學生對所學知識的理解.

參考文獻：

[1]張莉.走向深度學習的高中化學項目化學習設計及實施：以“自制原電池”教學為例[J].現(xiàn)代教學，2022（S1）：82-83.

[2]馬靜雅.基于真實情境的高中化學深度學習的標準化探索[J].中國標準化，2022（04）：139-141.

[責任編輯：季春陽]