指向深度学习的课堂实验教学设计策略

陆卫星　吴境柳

摘  要 分析课堂实验教学现状，结合教学实践提出指向深度学习的课堂实验教学设计策略，以期为中学化学教学改革提供借鉴和参考。

关键词 深度学习;课堂实验教学;化学思维;核心素养;合作学习

中图分类号：G632    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）19-0115-04

1 前言

实验教学是化学教学的重要组成部分，是培养学生学科核心素养的重要途径。为了培育学生的核心素养，需要开展原生态的教学、有高阶思维的深度教学，才能实现知识教学的丰富价值，使学生知识学习与素养实现同步发展[1]。

“布鲁姆学习目标分类法2001版”，在认知领域将教学目标从低到高分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次。其中记忆和理解属于低阶思维，应用、分析、评价和创造属高阶思维[2]。化学实验教学有其独特的教学价值和功能，承载着化学学科的核心思想方法，指向于深度学习的课堂实验教学的设计才能展现其价值和功能。

2 课堂实验教学现状

当前的化学教学过程中，化学实验教学常常作为知识传授的一个辅助手段，帮助学生理解和记忆化学知识。验证性的实验教学和照方抓药式的伪探究在课堂上仍比较普遍，学生在学习过程中思维参与程度低，处于简单记忆、浅层学习的层次。

【案例1】某教师在讲授碳与浓硫酸的反应时进行了如下设计：

[教师]预测碳与浓硫酸反应的方程式并书写。

[学生]完成反应方程式。

[教师]展示碳与浓硫酸实验装置并与分别装有无水硫酸铜、品红、酸性高锰酸钾、品红、澄清石灰水装置进行连接，提问各装置的作用。

[学生]回答各部分装置的作用。

[教师]开始演示实验，让学生观察实验现象。

[分析]教师在设计这个教学片段时，着眼点就是要将碳与浓硫酸反应作为知识点传授给学生，先通过方程式给学生留下初印象，然后设计一个源自试题中实验来进一步掌握碳与浓硫酸的生成物以及各物质的检验方法，通过不断地强化记忆，以应付将来的测试。由于教师在设计初始就忽视学科思想方法的培养，使得实验教学仅作为强化知识记忆的工具，也使得整个实验教学过程处于浅层学习状态。本实验中用第一个品红检验SO2，用高锰酸钾除去SO2，后用品红检验SO2是否被除尽，最后用澄清石灰水檢验CO2，看似完美的方案，但缺乏对该实验的深层次思考和挖掘，如“第一个品红是否可以省略”“后一个品红也褪色了怎么办”等。本实验教学可以设计一些具有一定挑战性的问题，如可以限定试剂或不限定试剂来探究碳与浓硫酸的生成物，让学生通过自主探究、小组合作完成实验方案，培养学生用化学思维解决问题的能力。

3 指向于深度学习的课堂实验教学设计策略

胡九华等将化学学科的深度学习界定为：在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以化学实验为主的探究活动，用化学学科思想解决问题，从而获得结构化的化学核心知识[3]。课堂中实验教学目标应立足于培养学生化学学科核心素养，通过教师精心设计，让课堂实验教学呈现良好的生态。

立足于情境的设计  素养是个体在与各种真实情境持续的社会互动中，在不断解决问题和创生意义的过程中形成的[4]。培养学生的核心素养，就是要培养学生在新的情境中面对新的、真实的问题，通过批判性的思考、沟通协作，在已有概念的基础上进行问题解决和知识建构，从而形成自己应对世界的新方式。新的、真实性的问题源自有意义的情境，有意义的情境应具备三个特征：有一条清晰的活动主线、有渗透于其中的知识构建、有明确的学科素养培养目标。

【案例2】“铁及其化合物”中两个重要的课堂实验是Fe2+和Fe3+的检验与Fe2+和Fe3+的转化。某教师以制备磁性氧化铁（Fe2++2Fe3++8OH-==Fe3O4+4H2O）作为教学情境，设计流程如下：

[情境导入]展示磁性氧化铁在各行业中的应用，给出磁性氧化铁制备的方法，根据已有的条件和要求制备磁性氧化铁。

[情境问题1]实验室提供的是未贴标签的含铁盐溶液和其他必要试剂。

[情境问题2]只能从Fe2+或Fe3+中选择一种为起始原料，完成制备实验。

[探究实验1]依据制备要求，首先要找到制备该物质的原料。教师在设计时并没有直接提供Fe2+和Fe3+，而是提供了未贴标签的含铁盐溶液，学生必须依据教师所提供的实验试剂和资料，通过设计实验方案进行探究性实验来检验出制备磁性氧化铁所需的原料。

[探究实验2]在学生完成检验后，教师要求从Fe2+或Fe3+中的一种出发，完成制备实验。依据制备磁性氧化铁的情境，想要获得产品，学生需要将以往学习的氧化还原反应的知识与磁性氧化铁的制备原理相结合，设计Fe2+和Fe3+

之间转化的探究实验来完成任务。

[分析]教学由磁性氧化铁的应用开始，然后围绕制备磁性氧化铁的这个挑战性主题展开。选择制备磁性氧化铁作为教学情境的理由之一是磁性氧化铁在生产生活中有着广泛的用途，能够激发学生探究的兴趣;之二是磁性氧化铁的制备原料就是Fe2+和Fe3+，与本节课的教学内容吻合度高，容易在活动中渗透知识线。

本节内容涉及Fe2+和Fe3+的检验与Fe2+和Fe3+的转化两个课堂实验，教师在设计时并没有简单处理成验证性实验，而是围绕磁性氧化铁的制备设计了两个问题情境;学生依据问题情境进行探究，让学生在以往学习的基础上进行问题解决和概念转变。这种基于有意义的情境的课堂实验再设计，让教学过程的重点定位于学生知识的构建和学科素养的培养，而不是仅局限于知识的简单传递，能够将教师的教和学生的学都引向更深层次。

立足于问题组的设计  低效提问一般只涉及知识性问题，如对教科书所列事实的解读、对概念或定律的理解等[5]。在很多课堂教学中，实验教学因为没有有价值的问题支撑，实验仅仅是一种为教学增加直观性和为掌握知识所服务的工具，并没有起到开发学生思维的作用。将课堂实验教学设计成问题组的形式来引导学生进行深入思考，问题组既有明确的目标指向，又能为学生解决问题提供支架，让学生在解决问题过程中激发创造性思维。

【案例3】将二氧化硫的还原性实验设计成问题组的课堂教学片段：

[教师]二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色，是否是因为二氧化硫的漂白性？

[学生]高锰酸钾具有强氧化性，可能是被高锰酸钾氧化了。

[教师]如何证明二氧化硫被高锰酸钾氧化了，而不是被二氧化硫漂白了？你能不能设计实验方案来证明？

[学生]联想二氧化硫漂白品红的特点，设计了加热看高锰酸钾颜色是否会恢复的实验。

[教师]刚才同学们实验验证了高锰酸钾溶液褪色不是因为二氧化硫的漂白性，但是否能证明二氧化硫在刚才反应中就体现了还原性？

[学生]困惑不解，提出为什么不能证明？

[教师]高锰酸钾溶液褪色一定是二氧化硫还原性的体现吗？如果我认为是二氧化硫催化了高锰酸钾分解，高锰酸钾不也能褪色吗？

[学生]觉得也有道理，反思自己得出结论的证据不足。

[教师]二氧化硫如果被氧化，化合价将会发生什么变化？你能不能设计实验方案来证明二氧化硫在反应中体现了还原性？

[学生]顿悟，提出可以验证溶液中硫酸根离子来证明二氧化硫的还原性。

[分析]教师在整个实验教学设计过程中，基于宏观辨识与微观探析而设置了“二氧化硫使高锰酸钾褪色是否体现漂白性”这个问题来引导学生去探究;接着又提出“高锰酸钾褪色，不是漂白性，那一定是体现了还原性吗”这个问题，继续引发学生思考;然后以氧化还原知识进一步引导学生去探究二氧化硫在反应中所起的作用，问题设置过程充分体现了模型认知和证据推理培养意识。利用新知与学生已有经验的矛盾和冲突是这个问题组设计的特点，教师在设计问题组时充分考虑学生的最近发展区，不断用问题给出支架，让学生在解决问题的过程中激活思维，形成新的认知。

立足于合作学习的设计  合作学习，是指学生在小组或团队中为了完成共同的目标与任务，有明确的责任分工的互助性学习[6]。传统的实验教学局限于观察和记忆，缺少学生之间的交流、思维的碰撞，而基于合作学习的课堂实验设计能让小组的成员优势互补，提升小组成员的学习积极性。为了完成教师所布置的任务，小组成员将共同设计方案，进行方案研讨、实验操作、实验结果分析，全组成员在合作完成任务的过程中实现学科素养的提升。

【案例4】某教师将亚铁盐与过氧化氢的实验进行了如下设计：

[教师]预测硫酸亚铁与一定浓度过氧化氢混合将会出现什么现象？原因是什么？

[学生]依据已学知识得出溶液呈黄色，过氧化氢能将Fe2+氧化为Fe3+。

[学生]将亚铁盐与过氧化氢混合后发现，除了溶液颜色改变以外，一段时间还有气泡产生。

[教师]该气体是什么？气体从哪里来？为什么一段时间后产生气体？请各组提出猜想，并通过实验来验证猜想？

[学生]猜想一：生成的Fe3+促进过氧化氢的分解，产生氧气。猜想二：反应温度的升高促进过氧化氢的分解，产生氧气。猜想三：反应过程中溶液pH的变化促进过氧化氢的分解，产生氧气。

[教师]将三个猜想分配给各小组，要求各小组成员自主设计实验方案，设计好后进行组内交流，然后小组进行分工，合作完成实验，并完成实验报告。

[学生]小组合作学习，完成实验，并进行展示。

[教师]小组互评后教师点评。

[分析]美国深度学习研究将深度学习能力分为认知能力、人际能力、个人能力，小组合作学习是提升学生人际能力和个人能力的有效途径。教师在设计过氧化氢和硫酸亚铁实验时，用反应的异常现象来引导学生进行猜想，然后将验证猜想作为小组合作的任务，让学生通过思考、沟通、合作参与到学习中来，在合作学习的过程中完成教学任务。

合作学习任务的特征为智力要求高、创造性强、具有开放性[7]。合作学习的任务特征决定了学习过程中需要分析、评价和创造等高阶思维参与，所以立足于合作学习的教学设计有利于将教学引入深度学习。中学化学实验教学过程中会有很多实验异常现象，而这些实验异常现象就是很好的素材，经过教師的精心设计，就能满足合作学习任务的要求。

立足评价的教学设计  传统的课堂实验教学并不重视评价，往往局限于是否得到了教师想要的实验现象。课堂评价是师生处理课堂信息的重要环节，不仅能反馈教学的效果，还有利于学生监控自己的学习过程并进行自我反思[8]。

建立持续性评价的目的在于激发学生学习的自主性和探究性，掌握学习的方法和思想，这与深度学习的要求和内涵是一致的。

【案例5】某教师在执教探究“过氧化钠的水溶液中滴加酚酞先变红后褪色的原因”时设计了表1所示评价量表，表中每一栏优秀为10分、良好为8分、一般为5分，自评占比30%，小组占比30%，教师占比40%。

[分析]教师设计的评价量表贯穿了探究“过氧化钠的水溶液中滴加酚酞先变红后褪色的原因”整个教学过程，既有对学生思维的评价，又有对规范的评价，还关注了学生从探究实验中获得经验和教训。在实施教学过程中，实验的评价量化表有利于学生的自我监督，也有利于教师对学生学习情况的掌握，方便学生和教师在教学过程中及时进行调整。评价量表有助于学生掌握学习化学的一般思路和方法，培养其化学学科素养，达到深度学习的目的。

4 结语

新课程实施的目的是培养学生化学学科核心素养，而化学是以实验为基础的一门学科，所以实验教学以素养为本的教学定位对整个新课程目标的达成有重要意义。指向于深度学习的课堂实验教学设计有利于改变实验教学知识化、简单化的倾向，注重学生高阶思维的参与，突出学生学习过程中的主体性，在解决问题的过程中形成结构化的化学知识。

参考文献

[1]余文森.核心素养的教学意义及其培育[J].今日教育，2016（3）：11-14.

[2]Anderson L W.布鲁姆教育目标分类学（修订版）[M].北京：外语教学与研究出版社，2010：51-52.

[3]胡久华，罗滨，陈颖.指向“深度学习”的化学教学实践改进[J].课程·教材·教法，2017（3）：90-96.

[4]杨向东.如何基于核心素养设计教学案例[N].中国教育报，2008-5-30（5）.

[5]王中荣.高中化学教学中课堂提问的有效性及思考[J].课程·教材·教法，2011（3）：84-88.

[6]王艳国，刘成坤.化学教学中实施小组合作学习的问题与对策[J].化学教育，2014（1）：25-28.

[7]王秀梅.工科高校创新人才培养及评价研究[D].河北：华北电力大学，2009.

[8]刘玉荣，史鹏园.“深度学习”视野下高中化学实验教学：问题与对策[J].化学教育，2018（17）：58-65.

作者：陆卫星，海门市四甲中学，中学高级教师，南通市骨干教师;吴境柳，海门市四甲中学（226141）。