孫春霞 李宛洋 劉頭明

摘要：以人類火星探索活動為情境，進行了以“人類登陸火星的氣體準備”為情境的課堂探究活動，整合了初中化學中與氧氣相關(guān)的部分知識，建構(gòu)了有關(guān)制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，探索在初中常規(guī)課堂教學中實施基于情境的深度學習活動。

關(guān)鍵詞：常規(guī)課堂;情境;深度學習;制取氣體

文章編號：1008-0546（2022）05-0053-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.012

莫琳·希凱認為：深度思考就是不斷逼近問題的本質(zhì)[1]。而深度學習是對學習者學習狀態(tài)的本質(zhì)描述，包括學習的學習效度、思維層次及認知進階等方面。

教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心負責的深度學習總項目組將深度學習界定為：“在教師引領(lǐng)下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。在這個過程中，學生掌握學科的核心知識，理解學習的過程，把握學科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學習動機、高級的社會情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀，成為未來社會歷史實踐的主人。[2]”該界定通過“具有挑戰(zhàn)性的學習主題”明確教學要有核心活動，確保學生思維的深度，通過“全身心積極參與、體驗成功”界定學習過程中學生參與的思維深度和情感深度，通過“獲得發(fā)展”界定學習結(jié)果的深度[3]。

課堂是促進學生發(fā)展的主陣地。如何在常規(guī)課堂教學中促進學生深度學習，培養(yǎng)學生的高階思維能力呢？

2021年 5月，我國祝融號火星車成功著陸火星，全民振奮。在中考前的復(fù)習階段，我們以這一高科技素材為依托，設(shè)計了一節(jié)以“人類登陸火星的氣體準備”為情境的課堂探究活動，整合了初中化學中與氧氣相關(guān)的部分知識，建構(gòu)了有關(guān)制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，探索在初中常規(guī)課堂教學中實施基于情境的深度學習活動。

一、教學內(nèi)容分析和教學現(xiàn)狀分析

初三中考前的化學復(fù)習時間往往比較緊張，化學復(fù)習課主要以教師引領(lǐng)學生復(fù)習知識點、練題講題形式進行，知識的再現(xiàn)往往浮于表面，形式比較枯燥，不能讓學生感受到化學學習的價值，因而不能真正觸動學生心靈。學生的學習主要由考試驅(qū)動，而不是源于認知的需要和解決問題的需要，復(fù)習效果也往往不理想。

初中化學中與氧氣相關(guān)的知識如氧氣的性質(zhì)、用途和制取，一直是中考考查重點。氣體制取的原理和方法，是中考考查的難點內(nèi)容，是初中化學的核心問題之一，也是初高中銜接的重要方面。本課例以初中學生十分感興趣的探索火星情境展開教學，將知識鑲嵌于情境中，以驅(qū)動性問題引導探究，引導學生建構(gòu)制取氧氣的原理模型，形成學生對化學學科核心問題的理解，促進學生的深度理解和高階思維能力發(fā)展，實現(xiàn)深度學習。

二、教學目標

1.知道地球大氣的成分，能用對比的方法，分析地球大氣和火星大氣成分異同點和主要成分性質(zhì)的異同點;

2.通過思考人類登陸火星過程中氧氣的用途，深化對氧氣用途的認識;

3.通過頭腦風暴全面了解制取氧氣的方法，能通過小組討論評價各方法的優(yōu)缺點和適用范圍，并建構(gòu)模型形成制取氧氣的原理，使碎片化知識細節(jié)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的核心知識，體驗變化觀念，發(fā)展模型認知素養(yǎng);

4.利用制取氧氣的原理模型，挑戰(zhàn)火星原位資源利用制取氧氣的方案設(shè)計與評價，提升資料閱讀能力，發(fā)展實驗探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)、科學態(tài)度與社會責任素養(yǎng)。

三、教學流程

四、教學過程

1.情境導入：鏈接高科技

【播放視頻】2021年5月我國祝融號火星車（見圖2）成功著陸火星的過程以及天體化學家歐陽自遠院士的火星夢。

【導入】看到祝融號火星車成功著陸火星，同學們都熱情澎湃，滿滿的自豪感！讓我們展望一下：火星探測的下一步就是人類登陸火星。人類若要登陸火星，需要做哪些氣體方面的準備呢？

【生】人類登陸火星需要氧氣。

設(shè)計意圖：利用火星探索的高科技素材情境，激發(fā)同學們的愛國主義情懷和學習興趣，導入：人類登陸火星的氣體準備。

2.對比學習：探究大氣成分

【師】說到氣體，地球和火星表面都有大氣層。

【ppt】火星大氣成分含量的圖表（見圖3）。

【驅(qū)動性問題1】火星大氣有哪些成分？是否有氧氣呢？

【驅(qū)動性問題2】結(jié)合你所知道的地球大氣成分含量，分析地球大氣和火星大氣成分有哪些異同點？

【驅(qū)動性問題3】人類呼吸需要氧氣，而火星大氣的主要成分是二氧化碳，氧氣和二氧化碳的性質(zhì)和用途有哪些異同點呢？

設(shè)計意圖：利用表格（見表1），引導學生比較地球大氣和火星大氣的成分差異，學會閱讀圖表分析數(shù)據(jù)，學會用對比的方法綜合復(fù)習兩種不同氣體的性質(zhì)和用途。

3.建立模型：探究制取氧氣的原理

【驅(qū)動性問題1】人類登陸火星為什么需要大量氧氣？

【生】火星探測需要大量氧氣。宇航員呼吸需要氧氣，航天器飛行也需要氧氣作為助燃劑，并且后者消耗氧氣的量更多。

【驅(qū)動性問題2】你知道哪些制取氧氣的方法？請小組討論，寫出制取氧氣的方法，方法越多越好。

【生】頭腦風暴，在黑板上寫出制取氧氣的方法。

【驅(qū)動性問題3】這些制取氧氣的方法，各有什么優(yōu)缺點，又分別適用于什么場合呢？你能具體舉例說說嗎？

【生】小組討論、課堂分享、交流評價。表2 制取氧氣的方法

設(shè)計意圖：引導學生通過頭腦風暴方式復(fù)習制取氧氣的方法，從而將平時零散所學的制取氧氣的方法聚集整合起來。通過學生小組討論、課堂分享和交流評價的方式，以學生為主體，學生能從反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)條件、氣體是否純凈、成本、環(huán)保、產(chǎn)生速度等角度分析各制取氧氣方法的優(yōu)劣，從而進一步分析這些方法的適用場合，如實驗室、工業(yè)、醫(yī)療、宇航、潛水等。進一步深化學生對制取氧氣方法的理解，提高解決實際問題的能力，形成化學核心知識和學科思想。

【驅(qū)動性問題4】這么多種制取氧氣的方法，你能分類嗎？

【生】可以分為三類，物理方法、化學方法和生物方法。

設(shè)計意圖：建構(gòu)制取氧氣原理的模型（見圖4），解決核心問題，使知識結(jié)構(gòu)化，為后續(xù)運用此模型完成挑戰(zhàn)性任務(wù)做鋪墊。

4.創(chuàng)新應(yīng)用：探究在火星上制取氧氣的方法

【提供資料】教師事先以學案方式，提供有關(guān)火星大氣、土壤、氣候、環(huán)境等方面資料。

【驅(qū)動性問題1】人類登陸火星并從火星返回地球時，需要大量氧氣做助燃劑。如何利用火星原位資源制取氧氣？請大家結(jié)合制取氧氣的原理以及學案資料，小組討論并設(shè)計合理方案。

【生】小組討論、課堂分享、交流評價（見表3）。表3 火星原位資源利用制取氧氣的方案設(shè)計

設(shè)計意圖：通過設(shè)計火星原位資源利用制取氧氣的方案，運用制取氧氣原理的模型，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，獲得對化學核心知識和學科思想的深刻理解，實現(xiàn)知識的遷移和應(yīng)用。

【驅(qū)動性問題2】有一位同學提出，火星大氣中含大量二氧化碳，因此能以二氧化碳為原料制取氧氣，大家覺得這個方案可行嗎？

【大多數(shù)學生】不可行。我們沒有學過這樣的反應(yīng)。

【學生A】也許可行，符合質(zhì)量守恒定律。

【學生B】從原料看，二氧化碳含有氧元素，可能可以作為制取氧氣的原料。也許存在這樣的反應(yīng)只是我們不知道呢？

【師】化學是一門實驗科學，可用實驗來檢驗假設(shè)。火星科學家已經(jīng)在火星上用二氧化碳為原料制取出了少量氧氣?，F(xiàn)在請同學們觀看視頻。

【播放視頻】2021年4月美國毅力號火星車利用火星大氣中的二氧化碳成功制取氧氣。

【師】課堂小結(jié)：相信科學、展望未來！

設(shè)計意圖：從二氧化碳能否作為制取氧氣的原料，引發(fā)學生認知沖突，進一步深化學生對制取氧氣原理的認識，能夠跳出知識的局限，站在更高的原理角度看問題。

五、教學效果與反思

本節(jié)課以“人類登陸火星的氣體準備”為情境，層層遞進，設(shè)計了由淺入深的三個探究任務(wù)，分別是：探究地球和火星大氣成分、探究制取氧氣的原理、探究火星原位資源利用制取氧氣的方案。整個課堂的學習活動成為解決問題的過程。通過全身心投入，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，學生獲得對化學核心知識和學科思想的深刻理解，實現(xiàn)了知識的遷移和應(yīng)用，體會了化學學科價值。

1.貫穿整節(jié)課的火星探索情境，充滿科技感，學生興趣濃厚，充滿好奇，能夠全身心積極參與課堂，小組討論熱烈，課堂分享和評價交流踴躍，發(fā)展了學生的團隊協(xié)作能力。整節(jié)課以學生為主體，氣氛活躍，有思維的流動和碰撞。學生在回顧制取氧氣的方法時，除了一些常規(guī)方法，部分學生還想到了課本上拉瓦錫分解氧化汞獲得氧氣的方法、習題中出現(xiàn)的過氧化鈉與水或二氧化碳反應(yīng)制取氧氣、次氯酸鈉與過氧化氫反應(yīng)制取氧氣等。我相信部分學生探索火星的熱情，一定會延伸到課后，使他們更加關(guān)注國家重點發(fā)展的航天領(lǐng)域，進一步激發(fā)出他們的科學精神、自豪感和使命感。

2.以驅(qū)動性問題鏈展開教學，建立化學視角，促進學生的深度思考，體驗化學學科方法。學生發(fā)展了閱讀圖表的能力、資料信息的提取和加工能力;通過對比氧氣和二氧化碳的性質(zhì)和用途，進一步領(lǐng)會對比學習的方法;通過建立模型，深化了學生對制取氧氣原理的理解，建立解決問題的思維框架;通過分析制取氧氣方法的優(yōu)劣和適用場合，深化了學生對物質(zhì)變化、性質(zhì)和用途的理解。

3.挑戰(zhàn)性任務(wù)引領(lǐng)學生高階思維。在設(shè)計火星原位資源利用制取氧氣方案時，當有學生提出電解水制取氧氣時，有學生馬上質(zhì)疑說，根據(jù)資料，火星上的鹽湖水中含有氯化鈉，電解鹽湖水會不會產(chǎn)生其他雜質(zhì)氣體。當老師提出火星大氣中的二氧化碳是否可以作為制取氧氣的原料時，大多數(shù)同學質(zhì)疑和反對，而個別同學經(jīng)過認真思考制取氧氣的原理后，提出也有可能，這是十分了不起的。接著同學們通過觀看視頻，了解到在火星上利用二氧化碳制取氧氣已經(jīng)成為現(xiàn)實，感到震撼。這一認知沖突，恰恰有利于進一步培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維。

參考文獻

[1][美]莫琳·希凱.深度思考：不斷逼近問題的本質(zhì)[M].南京：江蘇鳳凰文藝出版社，2018：5.

[2]劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養(yǎng)：理論普及讀本[M].北京：教育科學出版社，2018：32.

[3]胡久華，羅濱，陳穎.深度學習：走向核心素養(yǎng)（學科教學指南·初中化學）[M].北京：教育科學出版社，2019：2.