双减背景下利用深度学习理论提升课堂教学效率*——以“二氧化碳的性质”教学为例

刘敏 龙世佳 汪鹏霞 李国伟

天水师范学院化学工程与技术学院 甘肃天水 741001

0 引言

2021年7月“双减”政策的出台，在教育界引发了强烈震动，“双减”指的是提倡减轻学生过重的作业负担和学生接受校外培训的负担。此政策聚焦教学，让学生的能力在课堂中有效提升。这就对学校和教师提出更高的要求，要求优化教学方法，提升课堂教学效率。基于此也将深度学习理论提上日程，成为落实化学核心素养的手段。

深度学习公认的理解是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程[1]。深度学习是落实核心素养的重要路径[2]，化学学科核心素养指导深度学习的进行，二者相互加强，互动循环。因此，在化学教学过程中进行深度学习是大势所趋。

二氧化碳是初中化学的重要知识点，也是中考的必考考点。基于此选择“二氧化碳的性质”这一课例进行“双减”背景下深度学习的教学设计。以深度学习为理论支撑，抓住科学探究与实践这一化学核心素养。通过大量阅读文献，提出合理的教学策略并实施应用。研究教材，选择重点，突出二氧化碳与水、二氧化碳与氢氧化钠的反应，因为这两个实验现象不够明显，具体产物是什么以及如何验证，成为教学的难点。故以此为切入点，从生活情境出发，通过问题驱动、实验探究、类比推理等形式达到对二氧化碳性质的深度学习。用深度学习这一先进的教学理念帮助学生层层深入，将不可见变得可见。达到素养为本的教学目标，在“双减”背景下提升课堂教学效率。

1 开展深度学习的教学策略

本研究基于大量有关深度学习的文献，结合《义务教育化学课程标准（2022年版）》与九年级化学课本中关于二氧化碳的性质有关内容，提出化学深度学习的几点教学策略。

1.1 课前多方分析，明确教学目标

教学目标是上课的指南针，因此，教师需要课前精确分析课标、教材，预测学生的前概念。明确课标对知识的内容要求，科学判断学生之前的知识和技能水平。根据最近发展区理论，制定科学可行的核心素养目标，以目标为导向设计教学方案，帮助学生层层递进对知识进行建构，使学生真正成为教学的主体。

1.2 课中让学生深入参与课堂，深度思考

1.2.1 把握核心素养，设置情境让学生走向深入

选取与教学内容相关的情境，在教学情境中促进学生深度学习，发展学生的高阶思维。情境来源可以是生活实际、化学史、趣味实验、中高考试题的题干、科技前沿等等。寻找情境与化学核心素养的契合点，以教师为主导开展系列教学活动，学生在活动中促进知识的迁移应用，让学习走向深入。

1.2.2 学习过程中思维外显策略[2]

关注学生的学习过程，让知识外显化。比如学生B 回答错误，教师可以引导询问学生对这一问题是如何思考的，从而了解学生的思维过程，针对错误进行纠正。面对学生提出的新方案不要着急给出评价，可以发挥教学智慧组织学生讨论，通过同学之间质疑、辩论等形式让思维外显。

1.2.3 课堂深入互动，让学生有效参与课堂

当前提倡以学生为主体的课堂，针对某一教学内容，教师尽可能当好引路人，设计严谨科学的教学活动，为学生搭建好“脚手架”。吸引学生参与课堂，让学生逐步深入思考，组织学生小组讨论设计实验方案，通过层层递进的问题引导学生不断深度钻研，达到对知识本质的理解吸收。

1.3 课后趁热打铁，完成知识的迁移吸收

课后让学生绘制思维导图，巩固所学知识。布置开放性与封闭性的作业，知识点紧密结合生活实际，让学生在实践中达到对知识的灵活运用。学习一段时间后，及时运用试卷进行测评，完成教学评一体化。

2 教学设计

2.1 教材内容分析

本小节内容选自人教版初中化学第六单元课题3“二氧化碳和一氧化碳”与第十单元课题1“常见的酸与碱”[3]，是一节关于二氧化碳性质的复习课，本节课内容主要包含二氧化碳与水的反应、二氧化碳与氢氧化钠的反应、二氧化碳在前沿科技中的应用[3]。

二氧化碳是初中化学的明星气体，每年中考化学出现的许多题目都与研究其性质实验有关。从整个教材体系看，学生已经学习了CO2溶于水的探究实验，对实验探究的模式比较清楚，本节课以此为切入点继续巩固练习实验探究的方法，重点探究二氧化碳与水的反应、二氧化碳与氢氧化钠的反应，将不明显的实验现象变得可见。并结合问题驱动、类比推理，让学生将知识尽可能在课堂内通过深度学习理解、内化进而吸收构建到自己认知结构中，而非通过学生课后大量刷练习题来实现对知识的掌握，提升了课堂效率。同时贯穿科学探究与实践素养的培养，进而达到深度学习的目的。

2.2 课标要求

新课标对二氧化碳性质的内容要求为学生通过实现探究的形式知道二氧化碳的主要性质，学生可以将二氧化碳的性质与对应的用途联系起来[4]。

2.3 教学目标

1）通过实验对二氧化碳的性质深度理解，能列举出它的用途；

2）通过对二氧化碳与水、二氧化碳与氢氧化钠的实验探究，进一步训练学生实验探究的技能，培养学生的科学探究与实践素养；

3）通过实验探究与生活应用相结合，让学生形成性质决定用途的思维。

2.4 教学重难点

重点：通过实验探究、系列问题对二氧化碳的性质深度学习。

难点：二氧化碳与水、二氧化碳与氢氧化钠反应的验证和探究，学生设计并完成实验。

2.5 教学设计思路

教学设计思路如图1所示。

图1 教学设计思路

2.6 教学过程

环节一：创设情境，旧知识再探索

【导入】播放孙悟空在蟠桃园偷吃仙桃的视频，天宫中仙云缭绕。

【教师】这仙气与（固态的二氧化碳）干冰有关，今天我们就来再次探索它。

【深度思考1】夏天同学们都喜欢喝碳酸饮料，通过之前的学习知道碳酸饮料是二氧化碳溶于水引起的。实验室中我们如何验证二氧化碳能溶于水？

【回忆引导】课本上是通过在塑料瓶中收集满二氧化碳，加入水摇晃，由于密闭容器中压强减小，外显为塑料瓶变瘪。以此为启发点，同学们可以从CO2溶于水后密闭容器中压强减小这一角度思考去设计实验方案。

【学生】分组讨论设计出的实验方案如下。

小组1：在一支干燥的试管中收集满CO2，将试管倒扣在盛有水的烧杯中。

小组2：在收集满CO2的锥形瓶加入适量水，将提前准备好的带导管的下端固定好小气球，小心地将橡胶塞塞紧锥形瓶口。

【教师】同学们设计的实验方案都非常的严谨科学，对实验原理把握扎实，接下来自己来验证一下。

【学生】验证后小组1 发现小试管液面上升，小组2 发现小气球变大，均证明CO2能溶于水。

【设计意图】利用孙悟空偷吃蟠桃的仙境，激起学生的兴趣，将学生的注意力吸引到课堂。通过对学生先前的知识经验分析，引导学生再次探索证明二氧化碳能溶于水，给出研究思路，学生利用小组集体的智慧设计实验证明。

环节二：问题驱动，层层深入进行实验创新

【教师】刚才我们证明了二氧化碳可以溶于水，那它们之间有没有发生化学变化？反应产物又是什么？我们一起来分析一下。

【演示】将小组2 锥形瓶中的溶液倒5 ml 于试管中，加入4 ～5 滴紫色石蕊，溶液变为红色，加热后发现溶液又恢复紫色。

【追问】实验中是哪种物质使紫色石蕊溶液变红？

【学生】是碳酸。

【资料小卡片】如何证明碳酸，运用精密pH试纸，在自然条件下饱和含量是0.3%，pH=5.6。

【教师】展示视频，测试pH 果真为5.6，严谨地证明生成的产物是H2CO3。

【深度思考2】课本CO2溶于水实验探究什么使紫色石蕊试纸变红，实验方案严谨，但是操作烦琐，需要耗费大量二氧化碳，我给大家展示一个改进的方案，同学们可以参考以后动脑再次去改进实验方案。

【教师】由于石蕊溶液中有水，紫色石蕊试纸并未变色可以排除水的影响，我们主要探究是CO2还是生成的H2CO3。

【学生】受到启发后设计实验方案如表1所示。准备好2 个干燥的1 cm 的紫色石蕊小纸条，将其背面粘上双面胶，一个用水喷湿，一个干燥，分别粘到干燥洁净的试管中，然后将其用带橡胶塞的导管连接在制备CO2的装置上。

表1 探究CO2 与H2O 反应

【教师】同学们设计的实验方案现象明显，严谨合理。

【追问】联系生活应用，碳酸饮料打开瓶盖时会听到“嘶嘶”的响声，打开瓶盖气体往外冒的原因是什么？回忆老师刚才演示实验中加热试管后溶液颜色的变化。

【学生】汽水中的碳酸不太稳定，易分解为二氧化碳和水。

【设计意图】学生之前探究过CO2与H2O 反应，先给出一个改进方案，抛砖引玉让学生自己探究设计创新方案，真正参与探究的过程，学生以后对实验探究的步骤和方法印象会更深刻，获得的进步更明显，此外学生易于接受。同时提升了学生科学探究与实践这一化学核心素养。最后针对知识点联系生活实际，让学生意识到CO2溶于H2O 的性质决定了它可以用于制作汽水的用途。

环节三：类比推理，“隐身重现”再探究

对比刚刚探究过的二氧化碳与水的反应，大家再来探究二氧化碳与少量氢氧化钠反应的实验。

【教师】让学生回忆CO2与NaOH 的反应产物是什么？

【学生】是Na2CO3与H2O。

【设疑】那如何证明发生反应生成了Na2CO3，此实验现象不明显，如何更加清楚地展现出来？

【深度思考3】提供思路，让学生小组展开探究。

思路1：类比CO2与H2O 的反应，从反应发生后密闭容器中压强减小来思考。

思路2：从生成物Na2CO3入手，选择酸、碱或盐类等化学试剂与之反应的明显现象来判断。

【学生设计实验方案】学生设计的实验方案如表2、表3所示。

表2 CO2 与NaOH 从压强减小的角度设计实验方案

表3 从与生成物Na2CO3 反应的角度设计实验方案

【教师总结】方案1 和2 在一个密闭容器中，CO2气体与NaOH 反应，使压强减小，不可见的现象变得清晰可见。方案3和4利用酸、盐与Na2CO3反应，产生沉淀或者气体来判断反应发生。发现同学们对于实验探究的方法更加熟练，实验方案科学合理。

【设计意图】传统实验二氧化碳与氢氧化钠反应现象不明显，通过探究实验的形式，将不可见变得可见，培养学生科学探究与实践这一化学核心素养，类比二氧化碳与水的实验，让学生对知识深度学习，提升课堂效率，为以后的实验探究奠定良好的基础。参与设计与评价的过程有利于学生深度学习。在实验探究和设计活动中，学生间相互展开评价和交流，不但能提高语言的准确性、逻辑性和严密性，还能锻炼思维的批判性和深刻性[6]。

环节四：总结评价，迁移应用，联系科技前沿

【教师】让学生总结本节课主要学习内容，对实验探究的步骤再次回顾。

【学生任务】关注二氧化碳在不同领域的广泛应用，分别从环境保护、工业生产、污水处理、医疗健康等方面展开调查，提交二氧化碳传统与现代应用的调查报告，小组开展汇报分享。

【设计意图】让学生对所学内容回顾，形成对知识点的清晰框架。此外由于实施了“双减”政策，义务阶段的教育也发生了很大变化。为此，教师需要创新作业的形式和内容，确保作业的趣味性和开放性[7]。通过布置调查作业，让学生明白CO2在不同领域的独特应用，深度感受二氧化碳的应用价值，让学生形成学习化学是具有实际意义的印象，更加热爱学习化学。

3 教学效果与反思

教育改革是教学的指挥棒，“双减”政策下初中化学课时量减少，利用深度学习理论结合核心素养的培养策略提升课堂效率，是教学领域的新的实践性探索。针对教学难点宏观把握、精细设计，对二氧化碳与水、二氧化碳与氢氧化钠的反应采用实验探究的方法，学生突破教学难点的同时再次对于实验探究的方法有了更深层次的理解，设计实验的速度在不断加快。课后开放作业学生查阅CO2与前沿科技的结合，完成调查报告，学生逐步形成性质决定用途的思维。总之，通过以上教学活动达成了教学目标的要求。

在本节课的教学中，学生的观察分析、实验探究、小组合作能力在课堂中有效提升，有关二氧化碳性质的知识在课堂内通过深度学习理解、内化进而吸收构建到自己认知结构中，提升了课堂效率，将“双减”政策真正落实到教学中。