張純佩 范標(biāo)

摘要：深度學(xué)習(xí)是一種處于較高思維認(rèn)知水平的理解性學(xué)習(xí)，具有強調(diào)知識建構(gòu)，著意遷移應(yīng)用，注重批判精神等特征。文章以“二氧化碳與堿溶液反應(yīng)”為例，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)理念重構(gòu)初中化學(xué)課堂，通過設(shè)置“如何使塑料瓶一癟再癟的探究型學(xué)習(xí)任務(wù)，在教師引導(dǎo)與生生互動中提高新舊知識的整合能力，激發(fā)學(xué)生的高階思維，幫助學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：二氧化碳;深度學(xué)習(xí);教學(xué)設(shè)計;初中化學(xué)

文章編號：1008-0546（2021）07-0044-05 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.012

一、設(shè)計背景

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）起源于1976年，由美國學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo根據(jù)學(xué)習(xí)者獲取和加工信息的方式提出[1]。國內(nèi)外的許多學(xué)者均對此展開了深入研究，雖然他們對深度學(xué)習(xí)概念的界定不盡相同，但也達成了一定的共識。深度學(xué)習(xí)是指在理解的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)系和應(yīng)用新舊知識，解決真實問題或復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)，以促進高階思維能力的發(fā)展[2]。深度學(xué)習(xí)具有注重批判理解、強調(diào)內(nèi)容整合、促進知識建構(gòu)、著意遷移應(yīng)用等特征[3]，對應(yīng)于布魯姆認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)的后四個層次——“應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造”[4]。

與深度學(xué)習(xí)相對應(yīng)的是，以單純的知識獲取與記憶為主要特征的淺層學(xué)習(xí)。區(qū)別于此，深度學(xué)習(xí)需要建立新舊知識之間的聯(lián)系，將所學(xué)知識遷移應(yīng)用到實踐中，強調(diào)理解記憶，掌握復(fù)雜概念、深層知識等非結(jié)構(gòu)化知識[5]。然而兩者雖相對應(yīng)，但并不完全對立。淺層學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)的前提，正確的學(xué)習(xí)是一個由淺入深的過程[6]。學(xué)習(xí)者只有牢記通過淺層學(xué)習(xí)得到局部知識，才能在深度學(xué)習(xí)時進行整合與應(yīng)用，搭建知識框架。

目前，已有許多學(xué)者和一線教師對深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)展開研究，主要可分為兩方面。一是結(jié)合相應(yīng)案例，在理論層面研究深度學(xué)習(xí)實施時的要求、方法和關(guān)注點[7-8]。二是根據(jù)相關(guān)理論，闡述和探討深度學(xué)習(xí)在教學(xué)中實施時的具體案例[9-11]。這些案例，從年級上看，大多選自于高中階段。從課型上看，大多為復(fù)習(xí)課或選修型實驗課。而在初中階段的新授課中，促進深度學(xué)習(xí)的具體案例較為少見。

筆者認(rèn)為，可能的原因一方面是在初中新授課中，為深度學(xué)習(xí)留有的余地有限。初中是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的啟蒙階段，學(xué)習(xí)伊始，由于學(xué)生對化學(xué)一無所知，需要從淺層學(xué)習(xí)開始，以習(xí)得分離的基礎(chǔ)知識。隨著學(xué)習(xí)的深入，各部分內(nèi)容才能夠逐漸相關(guān)聯(lián)。另一方面，中考化學(xué)考查的難度不大，知識點多且瑣碎，許多教師在教學(xué)時傾向于記憶性知識訓(xùn)練，忽視了對知識的整合與學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。而啟蒙不僅意味著要打下堅實的知識基礎(chǔ)，更要掌握學(xué)習(xí)化學(xué)的基本方法。但正是由于知識點的零散，教師更應(yīng)該在日常教學(xué)中促進深度學(xué)習(xí)，加強新舊知識的聯(lián)系與應(yīng)用，關(guān)注高階思維的發(fā)展，為以后深入學(xué)習(xí)化學(xué)打下堅實的能力基礎(chǔ)。

依據(jù)初中生的心理特點，讓學(xué)生在內(nèi)部動機驅(qū)使下自發(fā)地深度學(xué)習(xí)有一定的難度。因此，筆者認(rèn)為為了實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，初中教師需要設(shè)計具有思維空間的階梯式學(xué)習(xí)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生利用多向思維解決問題的能力，在探究過程中建構(gòu)知識、學(xué)會遷移。

二、教學(xué)設(shè)計與實施

1.教學(xué)內(nèi)容分析

“二氧化碳與堿溶液反應(yīng)”主要涉及到二氧化碳分別與水、氫氧化鈣溶液、氫氧化鈉溶液三者的反應(yīng)，是二氧化碳的性質(zhì)中較為重要的一個組成部分。這一性質(zhì)不僅是二氧化碳的檢驗與除雜中重要的基礎(chǔ)知識，而且經(jīng)常滲透到酸堿鹽的鑒別之中。由于這一性質(zhì)有一定的遞進與對比關(guān)系，也是探究型對比實驗中經(jīng)?？疾榈膶ο?。

然而滬教版初中化學(xué)教材中，這一性質(zhì)分布得較為零散。早在學(xué)習(xí)第一章時，學(xué)生已經(jīng)掌握了用澄清石灰水檢驗二氧化碳;到了第三章學(xué)習(xí)水的性質(zhì)時也學(xué)習(xí)了二氧化碳可溶于水且與水反應(yīng)的性質(zhì)。而二氧化碳系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)在第四章“二氧化碳一氧化碳”中，但此時并沒有與氫氧化鈉的反應(yīng)內(nèi)容，直到第五章“堿的性質(zhì)研究”時才被提及。這便導(dǎo)致了二氧化碳與水、氫氧化鈣溶液、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的遞進關(guān)系被教材內(nèi)容的編排順序打亂、隱藏了起來。若教師在教學(xué)中并沒有關(guān)聯(lián)、對比的意識，或者學(xué)生的遷移應(yīng)用能力較為欠缺，很可能導(dǎo)致學(xué)生在遇到此類探究型對比實驗常常不知如何下手，使得這類實驗也成為了學(xué)生學(xué)習(xí)的難點與易錯點之一。但正是由于二氧化碳這一性質(zhì)具有遞進、對比的特點，是初中階段進行深度學(xué)習(xí)難得的絕佳素材，筆者認(rèn)為有必要將這一知識點進行整合，通過設(shè)計階梯式的學(xué)習(xí)任務(wù)，聯(lián)系和應(yīng)用已知知識，探究和推斷二氧化碳與堿的反應(yīng)，構(gòu)建二氧化碳性質(zhì)的知識網(wǎng)絡(luò)，促進高階思維的發(fā)展，以實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）應(yīng)用“控制變量法”思想，設(shè)計、評價與完善使“塑料瓶一癟再癟”的系列實驗方案，掌握基本實驗操作，培養(yǎng)實驗設(shè)計能力與觀察能力，形成敢于質(zhì)疑的創(chuàng)新精神，體會知識形成與科學(xué)探究的基本過程。

（2）通過觀察宏觀現(xiàn)象，推斷微觀反應(yīng)，能夠結(jié)合二氧化碳與氫氧化鈣的反應(yīng)，推斷二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的產(chǎn)物、書寫相應(yīng)化學(xué)方程式。并在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合相關(guān)實驗現(xiàn)象，得出氫氧化鈣與氫氧化鈉兩種堿溶液的不同用途。

3.教學(xué)流程

本節(jié)課的線索是“使塑料瓶變癟-更癟-再癟”的階梯式學(xué)習(xí)任務(wù)（見圖1）。通過一而再地加大塑料瓶變癟的程度，不斷提高任務(wù)難度，激發(fā)學(xué)生的多向思維，結(jié)合已學(xué)知識分析使塑料瓶變癟的不同方案，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計與應(yīng)用能力，拓寬思維的廣度。通過不斷深入分析塑料瓶變癟的根本原因及相關(guān)影響因素，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究與評價能力，幫助學(xué)生逐步掌握依據(jù)“控制變量法”設(shè)計探究實驗方案的方法，提升思維的深度。在解決階梯式任務(wù)的過程中，回顧和應(yīng)用了CO2與水、Ca（OH）2的反應(yīng)，又將CO2與NaOH的反應(yīng)與Ca（OH）2以分析、應(yīng)用、探究的方式相聯(lián)系。不僅實現(xiàn)了在高階思維水平理解性學(xué)習(xí)了“CO2與NaOH反應(yīng)”的新知識，也促進了“CO2與堿溶液”的知識遷移與建構(gòu)。

4.教學(xué)實錄

（1）任務(wù)1：“如何使裝滿CO2的塑料瓶變癟？”

[教師設(shè)問]每一組桌面上都有幾個裝有CO2的塑料瓶。請大家思考，根據(jù)我們已學(xué)的二氧化碳的性質(zhì)，如何使一瓶裝滿CO2的塑料瓶變癟？

[學(xué)生回答]可以降溫、向塑料瓶中倒一些水或澄清石灰水。

[教師追問]為什么可以用這些方法？

[學(xué)生回答]塑料瓶變癟的直接原因是瓶內(nèi)壓強小于瓶外。氣體熱脹冷縮，CO2可溶于水，且能與水、Ca（OH）2反應(yīng)，都可使瓶內(nèi)壓強減小。

[教師追問]從操作和原料選擇的簡便性角度分析，你會選擇哪種方案？

[學(xué)生回答]加水。

[教師講解]請大家分組動手實驗，分別往塑料瓶中加入一些水，并充分振蕩。

[教師設(shè)問]我們來對比一下，這兩組同學(xué)的塑料瓶。變癟的程度一樣嗎？為什么？

[學(xué)生回答]不一樣，兩組同學(xué)加的水量不一樣。加的水越多，塑料瓶變癟程度越大。

設(shè)計意圖：設(shè)置探究實驗任務(wù)，在教師的引導(dǎo)和追問下，幫助學(xué)生回憶并應(yīng)用已學(xué)知識：二氧化碳可溶于水，能與水、Ca（OH）2反應(yīng)等等。通過不同小組實驗現(xiàn)象的對比，引出塑料瓶變癟程度的影響因素之一：水的用量，從而引出進一步的任務(wù)：“如何使得裝滿CO2的塑料瓶更癟？”

（2）任務(wù)2：“如何使裝滿CO2的塑料瓶更癟？”

[教師設(shè)問]還有什么方法可以使塑料瓶更癟呢？請小組討論，并填寫在學(xué)案上。

[學(xué)生回答]方案1：加更多的水。方案2：加水后再降溫。方案3：加澄清石灰水。

[教師追問]為什么加水后再降溫可以使得塑料瓶更癟？

[學(xué)生回答]一方面是氣體熱脹冷縮，另一方面氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。降溫可以使二氧化碳更多地溶于水，使瓶內(nèi)壓強進一步減小。

[教師追問]很好，這位同學(xué)思考到了氣體溶解度的影響因素。那請大家思考一下方案3的可行性。澄清石灰水一定比水使塑料瓶更癟嗎？

[學(xué)生回答]不一定，還跟液體用量有關(guān)系。水越多塑料瓶越癟。

[教師追問]除了控制用量，也就是液體體積以外，如果我們想用石灰水使得塑料瓶變癟的程度最大化，還要考慮什么因素？什么樣的石灰水能使塑料瓶變更癟？

[學(xué)生回答]跟Ca（OH）2的濃度有關(guān)……用飽和的石灰水。

[教師追問]看來，液體的體積和種類都會影響實驗結(jié)果。有多個因素影響的時候，要根據(jù)什么方法來進行實驗？

[學(xué)生回答]控制變量法。

[教師講解]為了比較水和飽和石灰水使塑料瓶變癟的程度，請大家以小組為單位進行實驗：分別向2個塑料瓶中加入50mL的水和澄清石灰水，充分振蕩后對比觀察。

設(shè)計意圖：通過提高任務(wù)難度，激發(fā)學(xué)生的多向思維，思考使“塑料瓶更癟”的多種可行性方案，回憶并應(yīng)用CO2溶解性的影響因素與CO2與Ca（OH）2的反應(yīng)。在教師的追問下，幫助學(xué)生分析影響塑料瓶變癟的多種因素，引導(dǎo)學(xué)生逐步形成控制變量的探究意識，從而優(yōu)化實驗方案，培養(yǎng)實驗的設(shè)計、分析與評價能力。

（3）任務(wù)3：“如何使裝滿CO2的塑料瓶再癟一些？”

[教師設(shè)問]當(dāng)把水替換成等體積的飽和石灰水后，塑料瓶更癟了。還有沒有其他方法，能使塑料瓶再癟一些？這對所加入的液體有什么要求呢？我們來看PPT上這三種溶液，見表1。請大家分析一下，哪種液體能使得塑料瓶變癟？

[學(xué)生回答]NaOH溶液，因為它是堿性的。

[教師追問]為什么堿性溶液能使塑料瓶更癟？

[學(xué)生回答]因為二氧化碳溶于水生成碳酸，是酸性的，可以和堿性物質(zhì)反應(yīng)，這樣的話“水”里就能吸收更多的二氧化碳了。

[教師追問]那NaOH溶液就一定能比飽和石灰水使塑料瓶更癟嗎？

[學(xué)生回答]不一定，跟NaOH溶液的濃度有關(guān)。

[教師講解]非常好。等體積的液體能吸收的二氧化碳越多，塑料瓶越癟。在液體體積相同時，我們可以近似認(rèn)為水的體積是相同的。那么也就是要對比NaOH和Ca（OH）2在水中消耗CO2的量了。

[教師設(shè)問]在等體積水，或者說等質(zhì)量水時，NaOH和Ca（OH）2哪一種能消耗CO2更多？這需要比較兩種物質(zhì)的什么？

[學(xué)生回答]兩者在水中的溶解度。

[教師講解]在20℃時，Ca（OH）2的溶解度是0.0165g/100g水，而NaOH是109g/100g水。從數(shù)據(jù)上看，很明顯NaOH溶解度比Ca（OH）2要大得多。

[教師設(shè)問]如果想要使得塑料瓶變癟程度最大化，可以選擇什么濃度的？

[學(xué)生回答]飽和NaOH溶液。

[教師講解]理論上來說，飽和NaOH溶液肯定是效果最好的。但因為NaOH有一定的腐蝕性，出于安全性角度的考慮，我們今天就用20%的NaOH溶液來進行實驗。

設(shè)計意圖：再次提升任務(wù)難度，通過3種酸堿性不同的溶液的選擇以及氫氧化鈉溶液與飽和石灰水的對比，引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)溶液使塑料瓶變癟的根本原因，得出可行溶液的兩個相關(guān)因素：一是堿性溶液;二是溶質(zhì)有較大的溶解度，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理與分析能力。

（4）鞏固訓(xùn)練，總結(jié)提升

[課堂練習(xí)]實驗：驗證二氧化碳的性質(zhì)（改編自2019學(xué)年楊浦二模）

如圖2所示，用3個250mL的燒瓶收集滿CO2進行實驗，同時迅速將注射器內(nèi)液體全部注人各自燒瓶中，關(guān)閉活塞;一段時間后，同時振蕩三個燒瓶。得到如圖3所示的燒瓶內(nèi)壓強與時間的關(guān)系曲線圖。

①曲線1中導(dǎo)致cd段氣壓快速變小的操作是___________。

②曲線2和3中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為_______、_____。

③比較曲線2與曲線3的差異，說明原因_____

④根據(jù)圖3所示，可以得出的結(jié)論是_____（填編號）。

A.1體積水中溶解CO2的量約為1體積

B.CO2能與水發(fā)生反應(yīng)

C.CO2能與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)

D.檢驗CO2用飽和澄清石灰水較合適

E.吸收CO2用氫氧化鈉溶液的效果最好

[練習(xí)解析]①振蕩;②CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O、CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;③40%的NaOH溶液比飽和石灰水濃度大，等體積時能吸收更多的CO2，使得并內(nèi)壓強減小得更多;（4）ACE。

設(shè)計意圖：該練習(xí)與本節(jié)課三次的學(xué)生實驗有著極大的相似性，例如裝滿CO2的瓶子以及等體積的水、石灰水與NaOH溶液等等。較大的不同之處在于將體現(xiàn)瓶內(nèi)壓強變化的表征從直觀地用“塑料瓶變癟程度”數(shù)字化為略為抽象的“氣壓傳感器”。因此該練習(xí)在考查學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況的同時，也檢測了讀圖能力與知識的遷移應(yīng)用能力。此外在教師的引導(dǎo)下，在題②方程式的書寫時，可以使學(xué)生通過對比Ca（OH）2與CO2，書寫NaOH與CO2的反應(yīng)方程式，加強新舊知識的聯(lián)系，培養(yǎng)類比推理能力;在題④D、E選項判斷時，可以聯(lián)系兩種堿溶液與CO2反應(yīng)時的現(xiàn)象與吸收能力的不同，得出兩者不同的用途。

三、教學(xué)反思

1.創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，促進知識建構(gòu)

本節(jié)課的知識點并不難，在課前學(xué)生也已經(jīng)掌握了部分知識點，只不過這些知識較為零散。為了實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容“遞進式特點”，筆者設(shè)計了以“塑料瓶一癟再癟“的階梯式任務(wù)為依托，搭建學(xué)習(xí)的腳手架，使學(xué)生在應(yīng)用、遷移、探究中完成對“二氧化碳與堿溶液反應(yīng)”的知識整合與建構(gòu)。通過設(shè)置趣味性的任務(wù)，可以調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生回憶、應(yīng)用舊知識。再通過進一步提高任務(wù)難度，通過分析、類比舊知識，使學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)中認(rèn)同、內(nèi)化新知識，提高新舊知識的整合能力，更新原有的認(rèn)知框架，形成更為完備的知識體系。

2.及時評價反饋，促進互動反思

雖然本節(jié)課“塑料瓶一癟再癟”的任務(wù)設(shè)計能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。不僅要求學(xué)生能夠聯(lián)系、掌握新舊知識，同時也要求學(xué)生充分理解、應(yīng)用控制變量法。但在實際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)這對于還處于化學(xué)啟蒙階段的初三學(xué)生學(xué)習(xí)的遷移和應(yīng)用能力較高，并且不同學(xué)生之間的差異也較大的。為了突破難點，在課堂實踐中需要教師通過及時、有效的多次追問，例如：“澄清石灰水一定比水使塑料瓶更癟嗎？”“為什么堿性溶液能使塑料瓶更癟？”等等，引導(dǎo)學(xué)生充分思考、開展討論，共同評價、改進、完善實驗方案，加深學(xué)生對二氧化碳與堿溶液反應(yīng)的認(rèn)識。同時，及時有效的追問引導(dǎo)，能夠給予學(xué)生積極正面的反饋，激勵學(xué)生在交流互動中學(xué)會評價和反思。在師生和生生互動中整合集體智慧，激發(fā)學(xué)生的多向思維，促進知識與方法的整合。

3.關(guān)注學(xué)生實驗，加強操作能力

本節(jié)課設(shè)置在九年級第一學(xué)期期末階段，此時學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了近三個月的化學(xué)知識。但由于在前期啟蒙階段的學(xué)習(xí)中，學(xué)生甚少有機會以小組為單位獨立設(shè)計、評價和實施實驗方案，因此在實際教學(xué)中，教師除了要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“控制變量法”在化學(xué)實驗中的應(yīng)用，更要在實際操作中提醒學(xué)生實驗操作的規(guī)范性與安全性，例如如何正確使用膠頭滴管;如何使視線與凹液面最低處相平;應(yīng)將塑料瓶正放后再打開瓶蓋以防二氧化碳逸散等等。另外在實際教學(xué)中還發(fā)現(xiàn)值得思考的小細(xì)節(jié)：在課前準(zhǔn)備時，筆者為每個小組準(zhǔn)備了125mL的滴瓶來裝液體試劑，而在學(xué)生實驗時發(fā)現(xiàn)由于需取用兩次50mL的飽和石灰水，第二次取用時由于液體量已經(jīng)大大減少，個別小組用滴瓶配套的膠頭滴管已經(jīng)無法吸取液體，一時不知道該如何繼續(xù)實驗。在筆者的提醒之下，才使用了放置一旁的普通膠頭滴管完成了實驗，可見學(xué)生在實驗操作能力的欠缺。尤其是在現(xiàn)階段上海中考改革的背景下，化學(xué)實驗操作考試已經(jīng)納人了化學(xué)中考中，一線教師在教學(xué)中除了該思考如何讓學(xué)生有效學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，更應(yīng)該加強對學(xué)生實驗操作能力的關(guān)注。畢竟化學(xué)始終是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，筆者期盼著每一個孩子都能在啟蒙階段真正領(lǐng)略化學(xué)的魅力。

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