基于深度学习的初中化学教学实践研究

沈红英

摘要：简要提出目前初中化学教学中存在的问题，从实践层面提出初中化学教学中实施深度学习的可行性和必要性，发展学生的高阶思维能力和学科核心素养。

关键词：深度学习;浅层学习;化学教学;高阶思维

文章编号：1008-0546（2021）07-0015-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.004

一、问题的提出

化学学科知识的构建需要一定的数学、物理知识，故在初中阶段，化学学习处于化学知识的起始阶段。在进行初中化学教学时，教师往往注重化学基本知识、基本技能的传授，轻视学科方法、学科观念、学科情感和价值观等方面的引导，使得不少学生缺乏用化学学科的视角看待生活中的现象与事物，这样培养出来的学生缺乏主动构建知识的能力、迁移知识的能力、分析解决实际问题的能力等。

2020年初的新型冠状肺炎，有报道称84消毒液和酒精不能混合起来消毒，会产生氯气。这一事例充分体现了学校教育教学的目的主要还是应试，并非提高科学素养。日常教学一般停留在知道结论，用结论去解释事实，学生很难形成自己认识世界的模型，也很难修正固有的认知模型，在解决一个问题时，只凭已经获得的认知模型，并不思考这些认知模型是否科学，是否适合解决实际问题。科学发展到今天，我们并不缺乏“知识”本身，缺乏已有的认知模型，而是缺乏思维和思想，缺少深度学习。

二、什么是深度学习

深度学习的概念源于机器学习。计算机可以凭已有经验、层次概念来学习，理解深层、复杂的知识，具备智能化，不需要人类形式化定义好所有知识。教育教学中的深度学习与之不同，它不是指有难度、有深度、有挑战性的学习，它关注知识的获取方式，强调在深度理解的基础上，主动建构、迁移知识，发展和提升学习者的智力和各种能力。学习者通过深度学习获得的知识和能力，会刻在脑海中，会将这些知识和能力应用到其他知识和能力获取的过程中。美国学者Ference Marton等人于1976年首次提出深度学习的概念，把学习者的学习分为两类：浅层学习和深度学习[1]。下表1是根据有关研究者的研究，分析得出浅层学习和深度学习的不同之处：

浮于表面的浅层学习，主要机械记忆零散知识点，简单地理解和搬运碎片化的知识，不会灵活应用，学习过程中很难做到有生长点。深度学习是学生在教师的指引下，积极主动参与学习过程，融合、整合所学知识，将知识迁移应用到新情境、新问题中并加以解决，建构学科知识体系，促进学生的思维能力、创新和创造能力、解决实际问题能力的发展，形成高级的社会情感、积极的人生态度、正确的学科价值观，发展学生的学科核心素养。

三、初中化学基于深度学习的教学研究

事实性化学知识为主的初中化学教学，教师在传授化学知识时，更应注重化学的学科方法、学科思维能力、学科应用价值等方面的引导，促使学生在学习化学的初始阶段，逐步形成从化学视角认识问题，解决问题的能力，逐步形成正确的价值取向、必备的品格和关键的能力，同时深度学习并不否认事实对于思维和问题解决的重要性。

1.以概念教学为载体，促进学生对化学概念的深度学习

初中化学概念教学往往就是“提出问题、通过事实或实验证明、下结论、机械记忆、练习巩固”这些环节[2]，这是应付纸笔测试相对比较有效的方式，但这种机械的学习方式，学生只会死记硬背概念，属于浅层学习，不能深入理解概念的内在含义，无法正确灵活应用概念解决一些实际问题，很难培养学生的化学学科观念，很难提升学生的化学学科思维能力，不利于学生的终身学习。

以“质量守恒定律”学习为例，它是化学计算的依据。对于这一重要规律、概念的学习，沪教版九年级化学教材采用了科学探究的一般方法。科学探究始于问题的提出，源于事实或现象对问题作出合理的猜想和假设。根据教材提供的实验：密闭装置内用胶头滴管将氢氧化钠溶液滴入硫酸铜溶液的锥形瓶中，用注射器将少量的稀盐酸注入石灰石的锥形瓶中。实验过程中，天平指针不产生偏转，得出质量守恒。这样的教学，浮于表面，没有细致深入的分析，只是为了得出结论，不利于训练学生的思维。教师在教学过程中，更应注重研究这一规律的过程和方法的深入学习，为什么要选择这两个实验？为什么要在密闭装置中实验？质量守恒定律是自然界中存在的普遍规律，但教学时不可能用尽所有实验来研究，只需要选择代表性反应研究。教材中的实验有一定的代表性和逻辑性，利用归纳法研究一类反应。在进行质量守恒定律教学时，应该注重引导学生思考从哪些角度设计实验进行验证，引导学生深入学习科学精神和科学研究方法并反思，让学生深刻理解归纳法是科学研究的重要方法。在对该概念剖析后，设计如下习题，辅助学生进行深入思考、深度学习。

例：定量研究对于化学的发展有重大作用。根据图1A、B、C提供的实验中，天平指针不发生偏转的是__________。

若对质量守恒定律的内容仅仅处于记忆或简单的理解等低阶浅层思维阶段，学生很难正确解答。同样用气球形成密封环境，为什么白磷燃烧最终天平的指针不发生偏转，而碳酸钙和稀盐酸反应，即便产生的二氧化碳气体被气球所收集，天平的指针还是发生了偏转？A和C实验一对比，引发学生思维上的冲突。要作出合理的解释，需要一定的物理知识。可見，深度学习要求学生整合已有的知识或经验，融合不同学科之间的知识。在教学时，教师要知道学生储备的知识，也要指导学生寻找学科之间知识的关联点，有机整合各学科知识，学会跨学科知识的迁移和应用，提高学生高阶思维能力的发展。可见，浅层学习获得的知识很难被迁移，只有对知识进入深入研究、主动反思时，才能顺利进行知识迁移，融会贯通，形成知识体系。

2.以实验教学为依托，激发学生深度学习的欲望

化学实验激活了化学课堂教学，但学生往往仅停留在观察实验现象层面，缺乏思考，尤其缺乏从思维的角度深入分析和研究，不懂得触类旁通，停留在浅层学习阶段。在实验教学中，教师要从关注实验的视角转向关注学生思维发展的视角，引导学生从感性思维走向理性思维。

如研究铁生锈条件的实验，不是简单按教材进行几个实验，得出铁生锈的条件是氧气和水，而是要让学生学会怎样设计实验来研究金属生锈。在深入理解用控制变量的实验方法研究铁生锈条件的基础上，提出铜生锈条件的研究。根据铜锈蚀后形成绿色物质铜绿Cu2（OH）2CO3，先从元素守恒的角度让学生分析，铜制品放置在空气中被锈蚀了，可能需要空气中的哪些成分，再设计实验证明。

根据图2，让学生分析试管中的铜片能否生锈及原因，对实验的设计作出评价，在学生的交流发言中不断进行修正，掌握对比实验分析的方法，以旧促新，发展学生的逻辑思维能力和批判能力，自觉产生反思行为。让学生理解实验设计并非随意，而是据于已有知识开展的设计，有据可循，体现了知识之间的关联性，学生所掌握的知识要学以致用，要把碎片化的知识加以整合，形成系统化的整体知识。

再以“基础实验2 CO2的制取和性质”为例，当观察到锥形瓶内无气泡产生，是否意味着反应已彻底结束？在反应后的残留固体中滴加稀盐酸，意外发现有气泡冒出。对于这一意外的现象，在学习完酸碱盐以后，可以引导学生进行深度学习，培养学生的思辨能力。在锥形瓶中加入足量石灰石和一定体积的稀盐酸，无明显现象后，静置，取上层清夜，测其pH，显示呈酸性，此时锥形瓶内仍有固体残留，是否残留固体中已无CaCO3？是否意味着实验后稀盐酸有剩余，还是产生的CO2溶解于水中形成H2CO3使溶液呈酸性？可设计两个实验验证：①加热反应后的液体，冷却后，测pH;②另取少许稀盐酸，加入到反应后的残留固体中。实验①排除了CO2的干扰后仍呈酸性，实验②又有气泡产生，这两点现象都充分说明稀盐酸没有反应完。为什么观察不到明显现象？是因为随着反应的进行，盆酸中的氯化氢不断被消耗，盐酸浓度变小，反应速率变慢，现象不明显了，而事实上，反应还在持续进行。从有明显现象到现象不明显，并不一定表示化学反应结束，引导学生多角度认识化学变化，辅以下列练习进一步加深理解：

例：取一定质量的石灰石和纯碱粉末于两只小烧杯中，分别倒人一定量的稀盐酸，振荡，一段时间后，观察到石灰石的烧杯中有固体残留，气泡消失;纯碱粉末的烧杯中固体完全消失，气泡消失。再进行如下实验（表2），请分析原因。

从实验数据上引发学生认知思维上的冲突，同样是碳酸盐，实验结果不同。新旧知识之间产生冲突，引导学生得出反应的快慢和反应的程度不仅和盐酸的浓度有关，还和固体在水中的溶解度、分散形式有关。通过实验教学的深度学习，把学生已掌握的知识作为进一步深入学习的起点，形成知识的更新和重组，有利于培养学生的思辨能力和反思能力，发展学生的科学思维能力。

3.以复习课为契机，提升学生深度学习的能力

在化学教学中复习课很难出新意，很多复习课往往就是知识点的复述，配以习题。这样的复习课课堂形式单一，很难达成复习的深度和难度。但好的复习课，却可以让学生将所学知识进行有机整合，脑海中形成知识网络，在解决实际问题过程中，会做到融会贯通。在复习阶段，设计好复习内容，以学生的发展为中心，找到知识点之间的内在关联并进行迁移应用，促进学生积极主动学习、自觉反思，必将使学生的学科素养得到升华。

如进行酸碱盐的复习课时，与“构成物质的微粒”“溶液”这些章节整合起来。微粒的性质决定了宏观物质的性质，从微观粒子的角度进行设计，整体把握酸碱盐的性质和反应的实质，让学生的学习上升到方法和规律。以硫酸型废水中的硫酸的检验、除杂为例，从微粒观的角度进行复习教学。

问题1：怎样检验工厂排放的废水中含有硫酸？

引導学生讨论分析硫酸溶液中的微粒：H+、SO42-和H2O，真正要检验的是H+、SO42-，进入H+和SO42-幸复习。关于H+的复习，实际上就是酸的通性的复习，引导学生用微粒观、元素守恒观、分类观、变化观多角度进行归纳总结：凡是有H+的物质都能与含O元素的金属氧化物、含OH-的碱结合成H2O，都能与含CO32-碳酸盐反应产生H2CO3，H2CO3不稳定分解成H2O和CO2，揭示了酸与金属氧化物、碱、碳酸盐反应的本质，发展学生的高阶思维能力。而SO42-离子的检验，选择氯化钡等可溶性钡盐溶液，提供自由移动的Ba2+即可。从元素、微粒的角度对物质的性质进行总结归纳，找出反应规律，有利于学生主动有效建构新知识，提升学生的学习方法。

问题2：若用Ba（OH）2溶液除杂，怎样证明废水中的H+、SO42-恰好除尽？

这是除去废水中的硫酸的深入研究，从电离角度分析，除杂后溶液呈中性，废水中的SO42-恰好也被除尽。但从直观的实验角度，当废水中的H+被除去，很难说明SO42-也作用完。可以在废水里滴加Ba（OH）2溶液，用电导率数字传感器测实验过程中电导率的改变，从离子视角分析，两者正好完全反应时，水溶液中自由移动的离子浓度降低到最低点，可以认为已经除尽。进一步引导学生酸碱盐的学习要学会从离子的视角分析，让微粒观植根于学生的脑海中，为高中的离子反应打下坚实的基础。

问题3：①在BaCl2和NaOH的混合溶液中滴加稀硫酸，②在氯化钙和盐酸的混合液中滴加碳酸钠溶液;③在氯化铜和盐酸的混合液中滴加氢氧化钠溶液[3]。三种情况下都是一开始就产生沉淀，还是一段时间后产生沉淀？

都是产生沉淀，为什么会在不同时间点产生？引发学生认知上的冲突。教学时引导学生从水溶液中的离子角度分析，问题①中生成的BaSO4难溶于水和酸，所以一开始就能形成稳定的沉淀;而问题②、③在酸性环境中不能形成稳定CaCO3沉淀，Cu（OH）2沉淀，这两种沉淀会和盐酸作用，产生易溶于水的物质，故只有当盐酸作用完后，才会形成稳定的沉淀。问题①和③虽然都是酸碱盐三类物质之间反应形成沉淀，但其反应的微观本质不同，故宏观现象也不同。

可见，酸碱盆之间的复分解反应重在从微粒的角度分析反应的本质，而非简单的机械记忆，尤其酸碱盐溶液混合后发生多个反应时，绝不可以让学生简单地记忆反应的先后顺序，要从反应的本质出发，重在相似题型不同解答的本质，重在思维能力的训练，重在学生反思能力的培养，促使学生从浅层思维走向高阶思维。

有深度的老师，有深度的学生，才能组织好深度学习。作为化学教师，把握化学学科本质及思想方法，让学生明确学习目的和动机;注重学习过程而非学习结果，引导学生对知识进行主动加工和整合，从思维角度深度理解和反思所学知识;要创造更多更好的机会让学生建构新的知识体系，发展学生理性思维能力，让学生成为既具独立性、批判性、又有创造性和创新性的学习者。

参考文献

[1]张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012（10）：7-8

[2]何翔.促进学生化学概念深度学习的教学策略探索[J].北学教学，2017（7）：26

[3]冯杰亮.初中化学模型建构促进深度学习的教学策略探讨[J].教学月刊·中学版，2019（11）：21