深度学习视角下的高三化学实验复习教学

杨恒建 贝伟浩

[摘   要]文章基于教育部下发的《关于做好2021年普通高校招生工作的通知》和高三教学生态背景思考教学的意义，简要介绍浅层学习和深度学习的内涵，以深度学习理论和必备知识整合为切入点，结合课堂案例分析，浅谈高三化学实验复习教学策略，即选取科学有价值的情境素材、创设多维有深度的问题系统、提炼分析装置的观念与模型和建立协同学习模式。

[关键词]深度学习;高三化学;实验复习教学

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）32-0061-03

一、背景

2021年2月，教育部下发了《关于做好2021年普通高校招生工作的通知》，其中在深化考试内容改革方面指出，高考命题要坚持立德树人，加强对学生德智体美劳全面发展的考查和引导，减少死记硬背和机械刷题现象。该通知对高三教学有很好的启示。那么复习备考时我们该如何引导学生减少死记硬背和机械刷题呢？我们该如何让教学更有活力，更有意义呢？

2021年3月4日，在南宁市高三视导活动中，笔者有幸以“深度学习视角下的高三化学实验复习教学”为主题与同行们进行了交流探讨，获得了大家的肯定。本文以深度学习理论和必备知识整合为切入点，结合课堂案例分析，浅谈高三化学实验教学复习策略。

二、指向深度学习的实验复习教学策略

高三实验教学多以复习课为主，学生动手实验甚至触摸实验器材的机会很少，有些教学生态是“背”字诀：背实验、背现象等，背熟后再辅以大量练习，然后再背再练，如此往复，机械记忆替代了有意义的理解，学生获得的知识渐渐固化，思维逐渐惰化，情感也慢慢失活，这样的学习方式是浅层化的。与浅层学习对应的是深度学习，深度学习是起于理解，具有“理解认知”“高阶思维”“整体联通”“创造批判”“专家构建”等特征的学习[1]。简单地讲，深度学习就是建立在理解的基础上，通过解决真实问题所进行的可迁移学习。

以下是笔者结合学情，对指向深度学习的高三化学实验复习教学的尝试。

1.选取科学有价值的情境素材

情境是学习的重要载体，是教学的逻辑起点和线索。好的情境素材能调动学生正向的情感体验，促进学生完善知识结构，利于学生学科素养和价值观的提升。情境主要有学习情境、生活情境、社会情境、学术情境等。从生活、社会或高深的学术文献中加工提取科学有价值而且适合高三学情的情境素材并不容易，这可能需要时间和强大的研究团队。但作为高三一线教师，从教材和高考真题中寻找情境素材还是相对容易做到的。

【案例1】阅读高中化学必修1第59页有关硫酸铝钾的“资料卡片”。

思考链：①如何制备明矾？②制备明矾的实验原理是什么？③如何分离提纯明矾？④明矾的产率是多少？⑤如何制备硫酸铁铵？

分析：（1）情境素材源于教材又深于教材。教材的“资料卡片”中并没有介绍明矾的制备方法，需查阅文献。学生小组讨论后得知：十八水硫酸铝和硫酸钾按等物质的量投料，溶于热水，降温结晶后可得到明矾。素材分析激发了学生的学习兴趣，拓宽了学生的视野，提升了学生的认知，同时呈现了从教材中挖掘素材的新模式。（2）构建制备性实验结构。思考链涵盖了制备方法、实验原理、产率计算等内容，问题多元有深度，提高了学生对制备型实验结构化的认识。硫酸铁铵是由硫酸铁和硫酸铵以等物质的量反应生成的，其制备问题的解决是基于明矾制备实验原理的运用，培养学生对相关实验原理的迁移运用能力。（3）鼓励质疑，引导深入探究。思考⑤源自2019年高考全国Ⅰ卷化学第27题“利用废铁屑制备硫酸铁铵”，笔者分析这道题时有学生在课堂上提出了疑问：过氧化氢为什么要分批加入？铁屑上的油污从哪来？这些问题有深度、有价值，笔者引导学生小组共同探讨并达成共识：过氧化氢在铁离子的催化下反应过快，会引发暴沸，同时也会造成试剂浪费;而工业上为防止机器切割铁屑时的摩擦损耗，通常会在机器上涂油，因此铁屑会沾上油污。学生敢于提出问题批判质疑，这是令人欣慰的。深度学习课堂是提倡对话的，和自己对话，和他人对话，在对话互动中加深理解。当然，如果条件允许，可以在实验室进行相关实验，这更利于促进学生对实验原理的理解。

2.创设多维有深度的问题系统

问题是教学进行的推动力，好的问题系统有利于整合零散的知识，提升学生的化学表征能力，使学生形成学科大观念。问题的设计应起点低、有层次、有深度、多元化，从而形成思维进阶式的问题系统。

【案例2】二氧化硫化学性质的复习（高三一轮复习）。

问题系统：①A、B、C、D、E、F（如图1）中的实验现象是什么？②若将褪色后的C试管加热，会有什么现象？③各实验原理是什么？④如何书写各反应方程式？⑤若将试管F中的溴水替换成硝酸钡溶液[2]，会有什么现象？⑥若将硝酸钡溶液换成氯化钡溶液，是否会有白色沉淀生成？为什么？⑦向BaCl2溶液中通入SO2气体为什么没有白色沉淀生成？请运用相关原理进行解释。（常温下，H2SO3：[Ka1=1.0×10-2]，[Ka2=6.0×10-8];BaSO3：Ksp=5.0 × 10-7）⑧哪些方法可以使通入SO2的BaCl2溶液中產生沉淀？请设计实验方案并进行验证。

分析：（1）构建必备知识结构图。将有关二氧化硫的重要反应嵌入整个装置系统中，呈现了真实的反应情境，有利于学生将“虚”的孤立的反应个体和“实”的仪器药品装置关联复位，形成直观、整体的认识，加深对化学三重表征的理解。通过对问题①②③④的分析，学生学会从学科概念去思考，较容易地梳理提取出二氧化硫化学性质的必备知识，即酸性氧化物、特性（漂白性）、氧化性（弱）、还原性（强）等。但这些必备知识点依然有些孤立，知识点之间有没有联系呢？笔者引导学生再次思考试管A、B、C和试管D、E、F中反应的特点，学生分析得出二氧化硫在体现酸性和漂白性的反应过程中化合价不变，而体现氧化性和还原性时化合价变了，进而形成基于价态观的新的认知结构图（如图2）。

（2）必备知识结构图的应用。对于问题⑤，学生能较快回答出有“白色沉淀”，也能回答出大致原因是硝酸氧化二氧化硫产生的硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡沉淀，思维有一定的逻辑性但还不够清晰。笔者追问：硝酸根离子能氧化二氧化硫吗？硝酸中的氢离子从哪来？学生讨论分析得出：二氧化硫通入硝酸钡溶液中，二氧化硫和水反应产生亚硫酸，亚硫酸电离产生氢离子，硝酸根离子在有氢离子的酸性环境中氧化性增强，氧化二氧化硫生成硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡白色沉淀。在“宏微”分析中，学生对该反应的认识逐渐清晰化，思维逐渐显性化。对于问题⑥，学生很快回答出“没有白色沉淀”，并给出一致性经验解释：弱酸不能制强酸。笔者追问：为什么亚硫酸不能制盐酸呢？你的证据是什么？问题⑦的设计培养了学生的证据推理能力，使学生的思维实现纵深发展，认知也有了新的提升。问题⑧让学生运用必备知识进行实验设计，培养创新能力，而基于一维价态观的必备知识的调用还不能很好地完成此任务，为此笔者引导学生从二维价类观支配必备知识去完成实验设计任务。学生设计了加入氢氧化钠、过氧化氢、次氯酸钠、硝酸、氯水、氯化铁等溶液多种方案并进行了评价，最后结合实际条件选取一些方案进行实验验证。整个课堂有多元的“思”，有兴致的“动”，充满了活力和生机。

3.提炼分析装置的观念与模型

实验装置是实验本体发生的场所，能整合意义相关的内容，能呈现真实的实验探究情境。正确理解实验装置在探究过程中承载的作用，既有利于学生对化学反应过程的理解，又利于培养学生的创新意识。

【案例3】广口瓶的用途： 一瓶多用。

分析：（1）提炼“进出观”。图3中装置A有收集作用，B有收集和测量作用，C有洗气作用，D有混合作用，E可作安全瓶。广口瓶的用途是实验原理必备知识，各用途之间有没有关联呢？为此，笔者提出“进出观”的概念，即广口瓶无论是用于收集还是洗气，其实就是考虑谁进谁出、怎么进怎么出、从哪进从哪出以及进出的速度等问题。当然“进出观”不是化学本原观，只是一种分析实验装置的方法观。如可用“进出观”思考：图3中G装置能否替代F装置？液溴是快进还是慢进？

（2）构建基于“进出观”的综合实验装置分析模型。先通过分析教材中制备氯气的装置，构建基础实验装置模型：发生—除杂—收集—尾气处理;再基于“进出观”，按照气流进出方向和速度分析2020年高考全国Ⅲ卷化学第26题，涉及制备氯酸钾和次氯酸钾的装置，由产生氯气、除去氯化氢、制备氯酸钾和次氯酸钾、处理氯气尾气四部分组成。教师和学生探讨互动，建构出复杂的实验装置模型： 产气—除杂—主反应—处理，这是基础模型的迁移和发展。

4.建立协同学习模式

在深度学习过程中，学生还可以通过小组研究性学习以及合作交流，达到对自己、对他人甚至对社会的深入理解。共同体式的学习可以让学生情感外显，思维互补，共享共赢。协同学习的类型可以是项目主体型、兴趣自选型、深度持续型等;研究内容有学科阅读、试卷分析、方法优化、实验本体研究等。如在复习有关装置气压原理问题时，教师给学习小组布置了课后研究性任务：量气管的使用及误差分析。某男生通过和组内同学交流探讨，利用医用输液管模拟自制了量气管装置并准确分析了液面调节引起的误差问题。可以想象在今后很长的岁月里，若这位男生去医院打点滴，肯定会想到曾经在班上的美好，或许这就是深度学习中情感的“深”吧。

三、教学反思

化学实验复杂多变，能力要求高，是有着良好的育人功能的载体。实验教学复习需着眼于化学研究的四个维度，即宏观、微观、符号和建模，聚焦高考考查内容，即必备知识、关键能力、学科素养和核心价值，而深度学习是很好的途径。笔者认为，深度学习的逻辑顺序是“知识—理解—迁移—远迁移”，即通过运用必备知识实现理解，再在陌生情境中靈活运用实现迁移，最后在复杂的情境中熟练地运用必备知识实现远迁移。

[   参   考   文   献   ]

[1]  付亦宁.深度学习的教学范式[J].全球教育展望，2017（7）： 47-56.

[2]  张潇.高三化学复习课学案的编制与应用研究[D].济南：山东师范大学，2016.

（责任编辑 罗 艳）