基于深度学习的化学课堂教学设计实践

黄彩霞 张贤金

[摘 要]

基于深度学习的课堂教学设计，在元素及其化合物的学习中具有重要意义，以苏教版《化学1（必修）》“二氧化硫的性质和作用”为例进行教学设计，从创设问题情境、设计实验探究、关注课堂动态生成、落实化学学科核心素养实现深度学习。

[关键词]

高中化学;深度学习;元素及其化合物

元素及其化合物知识是高中化学的重要组成部分，尤其像硫这种具有多种价态的元素，其内容繁杂、琐碎，若采用简单、被动的记忆学习方法显然不适合该部分的学习。官超凡认为，高中生具有一定的深度学习水平，但是理解能力、创造力等方面有所欠缺，并构建创设问题情境，激发学习动机，改变教学方式，注重知识的迁移，注重元素化合物的实验探究实践教学模式。笔者认为，通过创设酸雨等真实问题情境、设计实验探究、促进学生深度学习的课堂教学设计，在硫元素及其化合物教学中具有重要意义。

一、基于深度学习教学设计的提出

深度学习的概念源自于人工神经网络的研究。基于对学生学习过程的实验研究，美国学者Ference Marion 和 Roger Salio于1976 年，首先提出了深度学习（Deep Learning）和浅层学习（Surface Learning）这两个对应的学习概念。基于国内外学者对深度学习的分析研究，张发新认为，深度学习的内容主要包含：一是深入理解学科基本思想、基本思维及特有结构的学习;二是深刻领会并掌握学科知识的符号含义、逻辑含义的学习;三是促进学生深化认识知识真实价值意义的学习。相比于简单地识记零散琐碎知识的浅层学习，深度学习更注重学习者积极地、批判性理解、强调知识网络的建构，更加关注知识的现实意义，同时也是提升学生学科核心素养的重要途径之一。黄清辉等人认为真实问题情境创设的实验探究，是促进学生深度学习的重要手段之一。根据化学深度学习的已有研究和观点，笔者以苏教版《化学1（必修）》“二氧化硫的性质和作用”为例进行教学设计并进行教学反思。

二、基于真实问题情境和实验探究促进深度学习教学设计案例剖析

（一）学情分析

二氧化硫是硫元素的重要化合物之一，作为非金属元素知识体系的一部分，二氧化硫具有一般非金属氧化物的共同性质，工业上，二氧化硫是一种常用的漂白剂。在硫酸型酸雨的防治中，二氧化硫性质的学习对增强学生的环境保护意识起到重要作用。学生在非金属氯、溴、碘等元素的学习基础上，具备通过实验探究物质性质的一般方法和经验。通过二氧化硫的氧化性和还原性学习，学生进一步巩固氧化还原反应中元素价态变化规律。

（二）教学目标

知道硫酸型酸雨的形成过程、危害及防治方法，形成良好的环境保护意识;认识SO2的主要性质和应用。

（三）教学重、难点

硫酸型酸雨的形成原理、二氧化硫的化学性质;二氧化硫的漂白原理。

（四）教学思路

（五）教学过程

[酸雨视频播放]唤起学生的环境保护意识，提出问题（学生课前查找资料）。

[学生回答]我国的酸雨主要是燃烧化石燃料释放的二氧化硫气体导致的。

[追问]二氧化硫究竟具有什么样的性质才会导致酸雨的形成。激发学生从化学角度探究酸雨的形成过程的兴趣。

[学生活动1]分组实验：用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH，记录pH值，并向其中滴加紫色石蕊试液，同学自主讨论得出SO2物理性质。

[设计意图]课前查阅酸雨相关资料，课堂观看视频，直观的视觉感受，激发学生学习如何防治酸雨的兴趣。设计分组实验测定二氧化硫水溶液的pH，自主讨论总结SO2物理性质，初步形成通过化学实验获取知识的深度学习方法。

[学生回答]SO2水溶液显酸性，紫色石蕊试液变红。

[教师活动]类比CO2与水反应，写出对SO2与水反应的方程式，类比碳酸，亚硫酸又能和哪些物质反应呢？引导学生迁移知识，养成正确的学习方法。

[学生回答]能和碱反应

[教师活动]SO2+H2O[]H2SO3，亚硫酸具有酸的通性，能和碱反应，使得酸碱指示剂变色。

[学生活动2]学生根据已学酸性氧化物的通性，写出SO2与碱、碱性氧化物反应的反应方程式。

[设计意图]引导学生采用类比迁移、分类的思想学习物质性质，能应用已学的酸性氧化物CO2的性质，推测SO2的性质，并用相关的化学用语表示其反应过程，将宏观的物质性质与微观的化学用语联系起来，培养宏观辨识与微观探析化学学科核心素养。

[深度学习1]类比CO2的性质，学习SO2的性质。

[学生活动3]分组实验：往二氧化硫水溶液，滴加氯化钡溶液，观察实验现象，再滴加过氧化氢溶液，振荡，再滴加稀盐酸。

[设计意图]通过检验二氧化硫的水溶液中不存在SO42-，而滴加过氧化氢溶液后，生成SO42-证明二氧化硫水溶液具有还原性。将简单识记的氧化还原知识转化为具有方法价值的知识，启迪学生实验探究的思维，初步形成实验探究的化学学习方法。

[深度学习2]从氧化还原角度分析二氧化硫與水的反应是否为氧化还原反应？

[学生回答]二氧化硫中硫的化合价为+4价，具有还原性，能被氧化剂（如H2O2）氧化。

[追问]从化合价的角度分析，二氧化硫具有还原性，是否具有氧化性，如何通过实验验证。

[深度学习3]学生通过实验探究总结二氧化硫的化学性质（还原性、氧化性），并阅读教材硫酸型酸雨的形成有关知识，认识酸雨形成的原理。

[追问]酸雨防治方法：

①从减少污染源入手，开发新能源替代化石燃料，根本上防止酸雨;

②各种方法对含硫燃料预先脱硫处理，减少排放;

③提高环保意识，加强国际间合作，减少酸雨产生。

[深度学习4]学生从独立的化学知识学习层面上升到关注社会问题，初步掌握化学知识解释并解决实际问题的方法。

[追问]二氧化硫虽然会导致酸雨，但是二氧化硫有没有用途呢？（学生课前资料准备：二氧化硫可作为工业漂白剂，食品添加剂）

[学生活动4]分组实验：往二氧化硫水溶液，滴加品红溶液，振荡，然后加热试管，学生观察加热前后溶液颜色的变化，并讨论实验现象，得出结论。

[设计意图]设计实验模拟二氧化硫的漂白作用，学生体验化学在生产生活中的重要地位，并通过设计实验引导探究漂白原理，得出亚硫酸的不稳定性，在探究过程中完善二氧化硫的知识体系。

[学生回答]SO2能漂白某些有色物质（如品红），加热时，恢复原来的颜色。

[学生活动5]二氧化硫的漂白作用是SO2本身性质还是亚硫酸的性质？通过实验改进（干燥二氧化硫通入品溶液和品红的无水乙醇溶液）来验证。

[设计意图]通过层层深入引导，突破二氧化硫漂白原理的难点，学生通过简单的实验改进设计，探究二氧化硫的漂白作用与溶剂水的关系。实验课堂的动态生成是深度学习的重要来源。学生真正体验通过化学实验获取化学知识、检验理论知识的乐趣，学生的批判、创新意识得到提升。

[深度学习5]二氧化硫的漂白性主要是SO2与水生成的亚硫酸起漂白作用。

[教师活动]工业上SO2用于漂泊纸浆、变色的草帽等，SO2也是食品加工常用的防腐剂、抗氧化剂。课外可以网上了解，调查身边的化学。

[追问]二氧化硫、新制氯水都具有漂白性，如果两者混合，漂白效果是否加强？

[学生活动6]分别将二氧化硫水溶液、教师准备的新制氯水、两者混合溶液通过品红溶液，观察实验、讨论实验现象，得出结论。

[设计意图]设计实验现象与学生理论推理上的认知冲突，进一步从氧化还原的角度引导学生去推理获取新知识。由理论储备到实践验证，再反过来完善理论知识体系，学生逐步养成证据推理和模型认知，形成深度学习。

[学生回答]二氧化硫水溶液、新制氯水能使品红溶液褪色，但是混合溶液不能使品红溶液褪色。

[深度学习6]学生从漂白原理、漂白特点、漂白效果，比较碳、HClO、SO2等不同的具有漂白性的物质，对比深度学习。

[深度学习7]采用思维导图总结二氧化硫的主要化学性质。

[主题升华]酸雨的形成引出二氧化硫的学习，通过教师引导，模拟酸雨形成，唤醒环保意识。并从氧化还原角度分析其性质，学生深度学习。

三、基于深度学习的化学课堂教学设计反思

“二氧化硫的性质和作用”通过创设真实的酸雨的情境，引发学生学习的兴趣，设计6个学生活动，关注课堂的动态生成，促进7个深度学习的形成，最终实现培养学生的核心素养的目标。

（一）创设真实问题情境，激发深度学习的兴趣

本课教学设计，结合化学与生活，从现实问题出发，唤起学生的环保意识，激发学生深度学习的动机，并通过一系列的学习过程引导学生从酸雨真实情境出发，学生从独立的化学知识角度转化为社会实际角度看待、解决问题，学生初步形成应用化学知识解决问题的能力，增强社会责任感。

（二）应用多种教学手段，促进深度学习的形成

深度学习是一种深刻的，有助于形成科学方法的学习方式，促进学生有效的深度学习的教学设计显得尤为重要。本节课采用问题情境创设、实验探究、化学符号表征、思维导图等教学手段，改进过程中发现问题、解决问题。根据元素及其化合物知识的特点，切实通过设置酸雨的问题情境，在二氧化硫漂白性过程设置实验探究，最后引导学生建构知识思维导图。

（三）关注课堂动态生成是深度学习的源泉

课堂的动态生成是学生深度学习的重要体现，学生在通过二氧化硫漂白实验中，发现干燥二氧化硫对品红的乙醇溶液不具有漂白作用，引发思考，二氧化硫的漂白是其本身的性质或是其与水的产物，通过实验再验证，得出结论。

（四）化学学科核心素养的培养是深度学习的目标

学生化学学科核心素养的培养是化学课程教学的根本落脚点。本课教学强调三重表征，注重培养学生的宏观辨识与微观探析的核心素养;设置实验活动，引导学生批判、创新思维，切实提高科学探究与实验创新能力。实验过程中学生的证据推理能力得到提升，最后以硫元素为例，提出基于深度学习的教学设计亦可适用于其他元素及其化合物的学习。本课设计培养学生具有安全意识和严谨求实的科学态度，深刻认识化学对环境保护和社会可持续发展的重要意义，提高社会责任感。

总之，通过真实情境的创设、课堂实验探究的设计、不断引导学生利用化学手段获取知识的多种方法，这样的教学设计有助于学生在内容繁杂、琐碎的元素及其化合物学习中實现深度学习。

[参 考 文 献]

[1]官超凡.高中生元素化合物知识深度学习的现状及培养策略研究[D].武汉：华中师范大学，2018.

[2]张发新.谈化学教学中“深度学习”的内涵及实施策略[J].现代基础教育研究，2015（9）.

[3]黄清辉，张贤金，吴新建.基于实验探究促进学生化学深度学习——以鲁科版“原电池的工作原理”为例[J].化学教与学，2016（6）.

（责任编辑：张华伟）