线上线下虚实结合的高中化学深度学习策略

摘要： 教师利用深度学习要素和化学学科教学特点，设计线上线下融合的教学活动，可以关联学生的知识结构与学习目标，关联学生的个体经验与学习方式，有效整合了学习任务。教师以学生为中心提供自主、合作、探究的学习空间，构建探究活动与知识转化的路径、支架，实施多元化的过程性评价，能够引导学生在构建新知、学会方法、形成思维、运用知识解决实际问题的主题活动过程中深度学习。教师开展虚实结合的教学活动，通过情境导入、事实证据，引导学生进行微观解释、迁移应用，可以丰富学生的探究体验，为学生高效构建概念和思维模式创造有利条件，进而促进学生深层认知和思维发展。

关键词：深度学习；线上线下结合；虚实结合；化学教学

《中国教育现代化2035》将“构建基于信息技术的新型教育教学模式”列为推进教育信息化的一项重要任务。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标）在修订工作基本原则中提到：要反映先进的教育思想和理念，关注信息化环境下的教学改革，关注学生个性化、多样化的学习和发展需求，促进人才培养模式的转变，着力发展学生的核心素养。

一、深度学习与虚实结合的高中化学教学概述

深度学习的概念从提出至今，其内涵与外延不断深化。美国威廉和佛洛拉·休利特在2013 年提出了深度学习包括掌握核心知识内容、批判性思考、解决复杂问题等的基本框架。郭华教授总结了深度学习需具有联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价五个基本特征，并指出，深度学习是落实学生核心素养培养的重要途径。然而，有效地开展深度学习，要通过全新的教育理念、学习方式来达到高级深层认知能力，尤其是创造能力的培养目标，需要有智慧学习环境与先进学习工具的支持。从中国知网收录的中等教育教学研究文献来看，近十年来有关深度学习的研究逐年趋热，但在 6107篇文献中，以化学教学为主题且涉及信息技术应用的文献仅21篇。笔者研究发现，在高中化学课堂教学中普遍存在“探究没有深度和挑战”“活动不自主，没有自我空间”等问题。为此，笔者基于“高中化学实验探究信息化教学环境调研”，聚焦新课标与教材、立足课堂，探索数字化背景下发挥线上线下融合、虚拟实验等技术优势，促进学生深度学习，发展学生核心素养的方法策略。

化学学科的深度学习，指学生在教师引领下，围绕具有挑战性的学习主题，开展以实验为主的多种探究活动，从宏观与微观相结合、变化与守恒的视角，通过证据推理与模型认知的思维方式，解决综合复杂问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路方法，培养科学探究等能力，促进化学学科核心素养的发展。新课标在课程实施建议中，鼓励教师将交互式多媒体、即时通信、移动智能终端、大数据分析和虚拟现实技术适时引入教学中，依托网络开发有特色的化学学习空间和教学资源为师生提供交流、反馈和资源共享平台，努力为学生创造信息化环境下的学习条件，促进教师教学方式和学生学习方式的改变，提高课堂教学效率和质量。

下面结合高中化学数字化教学实践，简要论述线上线下融合、虚实结合的两大教学策略，引导学生深度学习，促进学生核心素养发展。

二、线上线下融合，构建学生深度探究与知识转化的路径和支架

（一）关联学生知识结构与学习目标，整合主题单元教学任务

为促进学生深度学习，教师应积极开展促进学生观念形成的单元主题教学，围绕主题，针对单元结构性任务，将当下的教学内容与学生已有的知识和经验建立结构性关联，将教学内容和目标转化为以学生为主体的、可操作的任务，帮助学生明确学习意义，让他们自主探究，形成系统化知识和结构化的思维。高中化学课程以促进学生学科核心素养全面发展为主旨，突出基本观念和大概念的统领作用，教师可以围绕主题按单元和模块，根据主题知识特点与素养进阶目标，基于学生的经验和知识对单元教学整体规划。

例如，“常见的无机物及其应用”主题下的单元教学，教师基于单元知识结构与素养进阶目标，通常会设置从物质的宏微认识到符号表达，从掌握物质的共性、反应原理到对其特性和转化的预测，从验证实验设计到微观解释形成概念，从学习代表物的制备到发现和解决生产实际问题等环节。教师在每个环节都需要掌握学生的认知基础，创设问题情境，将具体环节的教学内容、方法和评价进行整合，设计一系列的任务活动（如图1），引导学生构建新知、学会方法、形成思维、运用所学解决实际问题，在主题的不断深化与拓展中培养学生的综合思维和实践能力。

主题式单元教学对传统教学提出了挑战，因为时空和资源有限，教学方法和评价方式单一，组织和互动低效不利于教学创新。如何破局？教师应合理应用信息技术，打破封闭的教学空间，为学生提供新型的学习工具，推送丰富多样的资源，高效开展主题教学。例如，在单元教学前，教师通过网络平台发布单元任务单，让学生整体把握本单元的学习内容和计划安排；向学生推送本单元所学无机物的日常应用资源，发起对其性质探究的议题，激发学生学习兴趣；通过在线讨论和习题评测了解学情，引导学生聚焦自身的认知矛盾和学习目标。在教学中，教师基于学生在线讨论和评测情况实施分层教学，向学生推送个性化的任务和资源，布置具有弹性的任务。学生通过即时通信工具和网络互动平台，完成各环节任务并进行充分的交流、展示、评价。线下课堂教学聚焦于核心概念、方法与思维建构等关键环节，集中解决学生探究中的共性和难点问题，引导学生开展不可或缺的合作活动，在交流中深度思考与学习，提升能力和素养。

（二）关联学生个体经验与学习方式， 建构以学生为中心的学习空间

教师引导学生深度学习，帮助学生对知识进行深层次理解、在迁移中获得高水平认知、在实践中培养批判性与创新性思维能力，就需要将教学内容与学生个体经验、情感、目标紧密关联，以学生为中心，让他们自主、合作、探究。信息化时代，信息数据海量增长、网络空间高度个性化、即时互动多元化，这些都为深度学习创造了有利条件。下面，以人教版《普通高中教科书 化学 必修  第二册》中“硫及其化合物”教学为例作介绍。课前，教师基于学生已有的无机化学知识，引导学生上网收集酸雨形成过程中含硫物质对大气、水造成污染的资料，并让学生对这些含硫物质进行分类。教师以此引发学生关注硫及其化合物对环境和自身生活的影响，同时关联了学生宏观与微观相联系的认知基础。学生在从价态、物质类别的角度对含硫物质进行分类的过程中，自然将学习目标聚焦在对不同价态含硫物质的性质和转化的探究上。在預测不同价态含硫物质性质并设计实验进行验证的环节，教师为学生提供了在线讨论、互动课堂展示、个人学习空间互动等机会，提高学生探究的自主性和协作性。在知识和思维建构的环节，教师为学生提供了氧化还原反应的实验资料、转化过程的微观模型和思维导图等辅助知识建构与表达的资源或工具。为达成知识迁移目标，教师在讲解其他常见非金属元素时，利用多媒体资源创设含氮物质对人类生产生活影响的情境，指导学生运用“硫及其化合物”中的研究思路与方法开展探究，利用网络获取相关的资料和数据，与同伴、教师和家长结成探究共同体，开展互助交流活动，运用已知解决新情境下的新问题，提高对化工重要非金属的认知。

（三）融合多样化的过程评价，促进学生全面持续发展

深度学习，是学生在自觉探索中对知识不断深入理解，逐步掌握方法，不断进阶思维水平，逐级提升能力的过程。新课标在实施建议中提出：要充分发挥评价促进学生化学学科核心素养全面发展的功能，注重过程性评价和结果性评价的有机结合，灵活运用活动表现、点评、练习与作业、学习档案评价等多种方式，倡导自评、互评与教师评价相结合的“教、学、评”一体化的方式。目前，数字化设备和技术在教学中已被广泛应用，通过数据分析进行的数字化智能化精准化评价已成现实。信息技术的应用可以即时反映教学主体、个体在教学过程中的表现，提高评价的过程性（可视化）和针对性，拓展评价的深度和广度。

教师可在课前用在线评测精工具掌握学情，聚焦教学重难点；在探究过程中的概念获得、思维方法训练等关键环节，运用即时评测、在线展示、点评互评等手段引导学生探究，帮助学生自主建构和发展。教师还可在课后鼓励学生利用网络资源、专题论坛、个人学习空间，拓展探究、总结反思，提升素养，个性化发展。

三、虚实结合，创设学生深层次认知的有利条件和思维发展的广阔空间

（一） 提升学生亲历探究的可操作性和体验，为学生深层认知提供有利条件

按照具身认知理论， 教师组织深度学习活动应重视学生在亲历的活动中获得感受和体验，让他们在实践探索中完善和发展认知结构。活动与体验，是深度学习的必要条件。学生要动手完成探究实验，必须亲历观察、发现、思考、交流、解决问题的过程。笔者发现，或是由于实验室资源有限，或是实验涉及危险物，或是遇到实验仪器组装复杂、现象不易观察，教师往往会采取以讲授代替学生动手实验探究的方式教学，使得教学效果大打折扣。虚拟实验在环境仿真性、操作与效果的动态可视化方面具有优势，为学生在探究实验中进行方法技能训练、讨论设计方案、合作建构知识模型提供了有力支撑。基于认知领域和技能领域的相关性研究证明，虚拟实验对学生在探究过程和要素的理解上有显著提高，有助于知识的构建，帮助学生正确认识科学家的科学实践活动，养成科学态度。教师应针对具体目标，合理运用虚拟技术，虚实结合让学生在探究中亲历发现问题、自觉反思、自主建构的过程，真正地理解知识、学会方法，掌握技能，提高思维能力和素养水平。调研中，很多教师提出了对利用交互式仿真技术创建虚拟实验环境，让每个学生都有动手、动脑探究机会的应用需求。

其实，恰当地虚实结合可以让化学实验教学更精彩、更有效。例如，“乙醇与乙酸”教学中，对于乙酸乙酯的制取和水解实验，教师可以利用虚拟实验引导学生：首先，让学生思考加入反应物乙醇、浓硫酸、乙酸的顺序和方法，以避免实验中因浓硫酸与乙醇、乙酸过早反应放出大量热量和液体造成危险；其次，训练学生组装装置和实验操作技能，提高探究效率；最后，引导学生运用反应物和生成物的不同沸点、溶解度，以及化学平衡知识，思考提高乙酸乙酯的产率而增强实验效果的方法，解决问题，提高综合能力。

（二）揭示事物本质，促进知识的深度加工和思维发展

深度学习是学生对知识的深度加工，是在对事物本质的全面、系统认识中获得概念的过程。学生需要基于已知和经验，对探究对象进行有目的、全面系统观察，获得证据，通过分析得出结论，建构概念或思维模型。虚拟实验技术具有数据自动处理、定量可视化操作和微观模拟等特征，不但为概念与思维模型的建构、表达、交流提供了有力的支持，还减轻了学生的思维训练负荷，有利于学生掌握方法，提升思维与认知水平。

例如，在“水溶液的离子反应与平衡”教学中教师引导学生对电离平衡进行实验探究，针对测定反应体系中电解质电离出的H浓度的变化这一重点内容，做了具体设计：向盐酸、乙酸溶液中分别加入NaCl和CHCOONH固体，以增大酸根离子的浓度，然后测定溶液的pH变化，从而证明弱电解质在溶液中存在电离平衡。对于该实验的设计过程和对实验结果的微观解释，教师利用虚拟实验进行模拟操作，可视化呈现H浓度变化过程，支持学生在理论建构过程中进行表达与讨论，深化了学生的平衡观和粒子观。

只有认识事物本质，运用概念解决实际问题，才是真正把握本质，才能真正培养学生实践与创新精神。迁移应用与价值评价，是深度学习的一个重要特征。学生需要在新的情境中运用概念发现问题并解决问题，使概念得到完善。

例如，在“电解原理的应用”教学中，教师首先让学生利用虚拟实验平台构建氯化铜电解装置，强化电解池概念，进而提出电解池应用的递进式任务，构建思维模型，解决新问题（如图2）。

教师开展虚实结合的实验探究活动，不仅为学生提供了充分思考交流、方案设计、知识和思维建构和表达的机会，而且为学生动手实验探究奠定了必要的理论基础，提高了探究活动的有效性，让每个学生都有机会经历运用物质结构及性质、化学反应原理、科学探究知识、实验操作技能去解决实际问题的过程，真正深度学习，从而获得具象、真实的学习体验，形成高水平的认知，最终达到提升素养水平与创新思维能力的目的。

信息化时代呼唤人才培养模式改革。教师促进学生思维能力发展，提升学生化学学科核心素养，引导学生深度學习，应始终深入探索以信息技术变革传统教学模式，总结提升教学质量的方法与策略。实践证明，数字化教学具有资源丰富、开放自主、多模态结合的优势，线上线下融合、虚实结合混合式教学已成趋势。教师应继续立足于课堂教学，按照新课标的要求，围绕学科核心素养的培育目标，进一步研究数字化环境下化学教学策略，探索教、学、评方式的变革与创新。

注：本文系国家新闻出版署出版融合发展（人教社）重点实验室、人民教育出版社人教数字教育研究院2021年重点课题“信息化教学环境下基于虚拟实验的化学学科工具对学生科学探究能力提升的研究”（课题编号：RJA0121011）的研究成果。

参考文献

[1] 周业虹，杨青.高中化学探究性实验信息化教学环境调研[J].化学教与学，2022（5）：85-89.

[2] 徐光涛.科学探究学习中技术使能的作用空间与效果研究[D].上海：华东师范大学，2016.

（作者系人民教育出版社人教数字教育研究院高级研究员）

责任编辑：祝元志