基于深度学习的中学化学教学设计刍议

摘要： 基于深度学习的教学有利于促进理解学习，发展高阶思维，发展学生学科核心素养。依据学科核心素养的培养要求分析教学核心内容；了解学生的学习基础和认知水平，确定切合于学生的学习要求；创设引导学生深入思考核心内容的问题情景，是做好基于深度学习的教学设计的三个重要环节。

关键词： 深度学习； 化学教学设计； 学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2018）7-0003-05 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

教育领域所讨论的深度学习（深层学习）与机器学习研究的“深度学习”含义不同，它是对学习的一种理解模式以及依据这种理解模式所确定的一种学习策略。深度学习的概念是1976年瑞典歌特堡大学的费伦斯·马顿和罗杰·萨尔乔在“学习的本质区别： 结果和过程”一文中首先提出的。他们在实验研究中发现学生处理信息的方式有差异，将学习者按信息加工的水平分为深度水平加工者和浅层水平加工者，提出并阐述了深度学习和浅层学习这两个相对概念[1]。多数研究者认为[2]，深度学习是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习。一些学者研究认为[3]，深度学习与浅层学习在记忆方式、知识体系、关注焦点及学习者的学习动机、学习投入程度、学习中的反思状态、思维层次和学习结果的迁移能力等方面皆有明显的差异。苏州大学付亦宁对深度学习的内涵作了如下概括[4]： 深度学习是以内在学习需求为动力，以理解性学习为基础；运用高阶思维批判性地学习新的思想和事实；能够在知识之间进行整体性联通，将它们融入原有的认知体系进行建构；能够在不同的情境中创造性地解决问题；能够运用元认知策略对学习进行调控，并达到专家学习程度的学习。国外学者的研究还说明，对学生学习的测试，如果让学生感到能复述学习内容是较好的学习方法，就会逐渐形成把注意力集中在文本本身，依靠死记硬背来完成学习的习惯，只能形成浅层处理学习内容的浅层学习方式。相反，需要对所学内容有较深刻理解与掌握才能够正确解答试卷的测试，能使学生形成对学习内容有较高的深加工水平的深度学习策略[5]。

当前，我国基础教育领域还比较严重地存在为考试而教的状况。考什么教什么，紧紧围绕着“三点一测”，即教学抓重点、难点、考点的归纳记忆，重在解题的训练和测验。这种教学设计、组织策略及形成性考试方式使教学内容碎片化，缺乏学习主题和知识结构，无形中给出的学习指向是： 按照“三点一测”的学习策略学习，可以获得好的成绩。长此以往，学生将形成并习惯于浅层学习，认知活动难以达到理解学习的水平；不能批判地看待知识和问题，缺乏反思能力；难以把新知识和已有知识联系沟通，更新知识结构；更难以迁移到新的情境中解决真实问题。处于这种学习状态，学科核心素养的发展难以实现。

在基礎教育领域的教学实践层面上，应当倡导基于深度学习的教学设计，落实学生发展核心素养的培养。引导中、小学生在学习过程中学会深入思考、理解学习内容的内在含义，建构情境化、结构化的知识体系，促进高阶思维，提高灵活运用知识解决实际问题的能力，学会学习。基于深度学习的教学，也许不可能让中、小学生都“达到专家学习程度的学习”；但是，用深度学习的概念指导教学，对于帮助学生从围绕考点学习转向深度学习，促进教学质量的提高，促进学生学科核心素养的发展，是可以预期的。

倡导基于深度学习的教学设计，需要教师敢于打破单向灌输的教学模式，勇于进行课堂转型的探索，发挥教学的创造性。要从适应于浅层学习的教学设计转向基于深度学习的教学设计，并不容易，需要教师在教学实践中探索、总结。尤其要在教学内容的解读，学生学习基础、认知水平的了解，学习情境创设和学习问题的设计上做探索。下文以中学化学教学为例，就这些问题试作探讨。

1 从学科核心素养培养的视角解读学科核心内容，帮助学生在理解的基础上学习

要设计出能引导学生深度学习、促进学科核心素养发展的教学方案，教师先要依据课程标准，整体分析、研究，把握核心的教学内容。

中学化学学科教学的核心内容，主要是对物质组成与结构，物质性质与化学变化，物质的制备、合成、创造及其研究方法和应用价值等方面的认知。具体地说，这些核心内容主要是： （1）从元素组成、分子结构特点了解物质的微观结构，认识物质的组成、结构决定物质的性质，认识可以从物质的组成结构研究入手研究、解释、预测物质的性质和变化，合成和创造新的具有特定性能的物质；（2）从实验入手，学习物质的组成、结构特点，探究和辨识物质的性质（主要是化学性质）和变化（主要是化学变化），认识物质变化的现象、条件、规律性，能在原子、分子水平上理解、分析；（3）了解化学变化的方向、速率、机理，形成变化与平衡、量变与质变、物质变化与能量转化的基本观念；（4）了解化学科学的基本观点、方法和思维方式；（5）知道化学科学在认识物质世界，合理利用自然资源，合成、创造物质，环境保护、维护生态平衡上的作用和价值。这些基础核心内容，在深度、广度上和人类迄今在这些领域已经掌握的知识相距甚远，但基本上涵盖了化学学科的基本观念、基本思想、思维方式和研究方法，能对发展学生跨学科的关键能力（包括学习能力、思维能力、探究能力、创造能力）和必备品格（如合作精神、科学精神、社会责任感）提供支撑。

在教科书中，这些学习内容主要以元素化合物的组成、结构、性质、合成和应用的知识及化学原理知识作为载体呈现的。这两部分知识，大多是由一系列或若干显性知识单元按一定逻辑结构组合而成。但是，这些显性的知识并不等同于学习的核心内容，它们只是核心内容的基础，是发展学科核心素养的载体。深度学习，不能以显性知识的难点、重点、考点的掌握为中心，以应付测验、考试为目标；要在整体分析、研究教学核心内容的基础上，把显性的化学知识和隐含着的观念方法、思维能力培养和价值观教育的内容整合起来，设计出能引导学生对学习内容做深度思考的教学活动。

在中学化学课程中，由于学生认识需要循序渐进、逐步提升。元素化合物组成、结构、性质、变化和用途的有关知识和化学原理知识往往安排在不同阶段学习。例如，虽然化学反应原理中有关化学反应发生的原因、条件、变化速率、反应进行的程度、反应方向等问题的学习，物质结构和性质知识的学习，到高中有关选修模块才有系统安排；但是，在不同学段的具体的元素化合物的性质学习中都会有所涉及。如果只重视文本所呈现的物质性质、变化知识的记忆，不用问题激发对所涉及的化学原理的思考和认知欲望，学习就会停留在机械记忆的浅层水平上，不会产生“知其然，还要知其所以然”的探究欲望，也谈不上科学素养的形成。要用适合于学生认知水平的有深度（不是有难度）的问题的思考，了解这些知识所蕴含的化学原理、化学观念和思想，体会知识产生的方法、思维方式和应用价值。使学生通过学习发展化学学科核心素养，形成跨学科的关键能力、必备品格，获得科学价值观的教育。例如，在高中糖类和葡萄糖的教学中，可以通过下列问题，组织学生交流讨论，开展深度学习： （1）历史上，人们认为葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素都是碳水化合物，现在则认为它们同属于糖类，你认为哪种分类更能反映事物的本质？（2）你能依据下列事实，分析确定葡萄糖的组成和分子结构吗？1mol葡萄糖完全氧化为二氧化碳和水，需要6mol氧气；葡萄糖可以发生银镜反应；葡萄糖可以还原为己六醇；葡萄糖和醋酸可以发生反应生成葡萄糖五醋酸酯。（3）葡萄糖与果糖是同分异构体，果糖不是多羟基醛而是多羟基酮，你能推测果糖的分子结构吗？葡萄糖有多种立体异构，天然葡萄糖可以被人体吸收利用，其他的立体异构体却不能被人体吸收利用。你对“物质结构决定物质的性质”这一论断有什么新的体会？又例如，初中化学“燃烧”有关内容的学习，包括认识什么是燃烧现象、燃烧的条件、完全和不完全燃烧、缓慢氧化和燃烧引起的爆炸、防火和灭火等知识。这些知识的背后蕴含着化学反应基本原理及研究化学变化的基本观点和方法： 化学反应发生的内因和外因，化学反应的发生需要一定的条件，反应条件对反应的快慢（剧烈程度）和反应进行程度的影响，化学反应对社会生产、生活的利和害，可以通过控制条件来控制化学反应以趋利避害。因此，“燃烧”的教学不应该停留在对燃烧知识的浅层认识上，只会识记若干显性知识，而要揭示燃烧现象背后所蕴含的化学原理、化学研究方法、化学科学价值。

在系统的有关化学原理内容的学习阶段，则应注意创设真实生动的物质及其变化的情境，联系、沟通元素化合物知识和化学原理知识，体会化学原理知识对于认识、说明、解释物质及其变化的价值，学会灵活运用化学原理解释、解决物质性质、变化的化学实际问题。对化学原理的学习，也不能停留在文本知识的学习上，只重视概念的辨识、记忆，原理、规律的梳理、归纳和记忆，不和有关的物质及其变化的实际沟通联系，对原理知识产生的探究过程不了解，缺乏深度的思考，也只能停留于浅层学习上。不可能认识化学原理知识中隐含的化学观念、思想、方法和思维方式，要迁移应用所学原理知识，解释说明或解决陌生情景下的物质及其变化的问题就会发生困难。例如，学習氧化还原反应、离子反应的原理知识，不仅仅只是建立有关氧化还原反应、离子反应的概念，学习如何辨识、描述氧化还原反应、离子反应，学会分析氧化还原反应中元素化合价的变化和电子转移方向和数目，学习分析电解质溶液间发生离子互换反应的条件……更应该帮助学生联系具体物质间的反应，在理解基础上更深层次地思考化学反应的问题。例如，思考在一定条件下某些物质之间能发生氧化还原反应或离子反应的原因，认识氧化还原反应和离子反应的方向、限度，了解反应物之间的数量关系及其决定因素，认识研究氧化还原反应、离子反应的价值，体会、领悟研究化学反应原理的基本观点和方法，知道从反应物的组成、性质、微观结构分析或说明反应发生的原因和条件，从质和量两方面分析研究反应发生的规律，懂得正确规范地运用化学符号和化学用语、图表、数据描述、说明反应的本质特征和规律。

2 深入了解学生的学习基础和认知水平，依据教学质量标准，准确把握学习标准，确定深度学习的要求

深度学习，不是目的，是策略，是为了学生的发展。深度学习，需要接受、认同新知识，也要调整、更新原有的经验与认知结构，完成同化和顺应的双向建构。新知识的教和学能与学生已有知识经验匹配、契合。只有深入了解学生具备了哪些认知基础和学习能力，才能设计出既符合学业质量标准又和学生学习水平相适应的学习问题，引发学生的深度思考。人们常说，教学的要求要使学生跳一跳够得着，设定的高度，要和学生的基础和能力相适应。一般说，课程标准的内容要求（2011年课标称之为学习标准）、学段的学业质量要求是适应于该学段学生的基础和学习能力的。但是，在整个学段中，学生的学习基础、学习能力是个变量。在整个学段的哪一个时机运用深度学习的策略，需要权衡。

深度学习，不能一蹴而就。比如，从初三到高中学习，学生对三价铁盐与碱溶液反应的认识，经过了三个阶段的逐步提升的过程，才能深入认识反应的本质。在初中阶段，学习碱溶液的化学性质，通过实验观察可以知道氢氧化钠溶液和三氯化铁溶液作用生成沉淀。但是，如果要学生从实验现象自己思考、推测得出生成的沉淀就是氢氧化铁，得到碱溶液能和盐溶液反应，生成新盐和新碱的结论，认识三价铁离子转化为沉淀的原因，就超越了学生的认识基础。学生虽然知道氢氧化铁是碱，但是不可能从实验观察和推理知道生成的沉淀是氢氧化铁，更不可能理解反应的机理和本质。这时只能利用化学家分析实验生成的棕色沉淀的组成（化学式），让学生从反应形式上推测反应物怎么转化为氢氧化铁沉淀，通过分析、归纳，得出氢氧化钠溶液和三氯化铁溶液反应可以生成新的不溶性碱——氢氧化铁的结论。再通过其他实验的分析，概括出碱和盐溶液反应的规律。在高中阶段，学习了离子反应的概念，才能认识到三价铁离子和氢氧根离子在溶液中可以结合成难溶性的氢氧化铁沉淀；学习了溶度积的概念后，学生可以从铁离子浓度、氢氧化铁的溶度积，计算出使铁离子转化为氢氧化铁沉淀所需要的氢氧根离子浓度，从计算结果发现，铁离子在pH 3～4的溶液中就可以开始生成氢氧化铁沉淀，并非一定要在碱性溶液中才可能发生。从实验和计算推理得到结论，学生会认识到需要纠正自己在学习碱溶液和三价铁盐作用时产生的片面认识，从而更新认识，完成同化和顺应过程，形成了新的知识结构。

不考虑学生的学习基础和学习能力，超越课程标准或者超越学习的阶段提出不适当的问题或要求、违背学生的心理发展规律，不是深度学习的本意，还会挫伤学生学习的热情，甚至连浅层次的学习水平也难以达到。单元的核心内容学习如此，某个问题的学习也同样。教学实践的实例，说明学习必须循序渐进，只有从学生的学习基础和学习能力的实际出发，在适当的学习时机，运用适当的问题情境，引发学生的深度思考和探究，才能达到理解学习，发展学生高阶思维能力的效果。

3 创设引导学生深入思考核心内容的问题情境，促进学生高阶思维的发展

深度学习的教学设计，必须创设能激发学生深入思考学习内容、探索核心问题的学习情境，引导学生学会在理解的基础上学习，联系新旧知识，深度思考和加工知识和信息，提高新旧知识、多学科知识和多渠道信息的整合能力，建构知识。

初中化学教师在讲授燃烧的条件时，都会指出可燃物、接触空气（氧气）、可燃物的温度达到着火点是燃烧的必要条件。不少学生依据原有的生活经验，认为给可燃物点火才是引发燃烧的条件。对“可燃物的温度要达到着火点，才能引发燃烧”感到抽象、难以理解。因此，必须设计能激起学生原有经验和新知识的冲突问题，引起学生深度思考和反思，完成同化和顺应的心理过程。可以设计如下三个问题： （1）可燃物在不点火的情况，是否一定不会引发燃烧？在生活经验中能找到不经点火，可燃物会发生燃烧的事例吗？（2）可燃物点火后引发的燃烧和不经点火发生的燃烧，发生的原因本质上相同吗？为什么？（3）点燃不同的可燃物，要用不同方式点火，例如划根火柴可以立即引燃纸张，要引燃一块煤，却要用燃烧的木块来慢慢地加热，为什么？学生找到了这些问题的答案，就不难明白点燃与否，并非燃烧的必要条件，只要环境能给可燃物提供热量，使它的温度能升高到某一點，就会引发燃烧；不同的可燃物点燃所需要的热量不同，要用不同的点火方式引燃，就是因为引发燃烧所需要的最低温度（即着火点）不同[8]。在理解基础上的学习，不仅能牢固掌握知识，完成了知识的建构，更重要的是提升了高阶思维能力。如果只是照本宣科，让学生观看教师验证三个必要条件的实验，要求学生机械记忆燃烧三条件，似乎也可以完成教学任务，但这种教学只能让学生处于浅层学习水平。由于仅经历了浅层学习，

许多学生会一直误认为： 要使可燃物燃烧，就要降低它的着火点；要防火，就要提高可燃物的着火点。更有一些学过初中化学的成年人，一遇到火灾，不问情况，不做调查，以“没有人放火，怎么会发生火灾”为由，立马断定有人放火，非抓个纵火犯不可。

高中化学离子反应概念的学习，同样要通过精心设计，让学生在观察、思考，联系已有的知识、经验，通过想象、分析、归纳、概括达到理解学习。比如，用稀硫酸中和含酚酞指示剂的氢氧化钡溶液，同时测定氢氧化钡溶液在中和过程的导电性变化[9]。让学生观察、思考滴定过程中反应溶液颜色、状态、导电性的变化，通过想象、分析、推理，在思考下列问题的同时，建立离子反应概念： （1）滴加了酚酞的氢氧化钡溶液，呈什么颜色，此时电流计指针指示的溶液导电性如何？据此，可以推断，溶液中含有什么离子？氢氧化钡在溶液中以什么状态存在？（2）滴定管中的硫酸在溶液中以什么状态存在？溶液中存在什么离子？你推断的依据是什么？（3）在中和滴定过程中，随着硫酸溶液的滴加，反应溶液的颜色是怎么变化的？导电性是怎么变化的？反应液的状态发生什么变化？这些变化说明溶液中构成物质的各种微粒的运动状态发生了什么变化？（4）归纳、概括以上分析，你认为硫酸和氢氧化钡溶液的反应是由于哪些微粒间的作用而发生的？学生在生动的实验情境中通过对这些问题的思考，自然会理解电解质溶液中的反应是有离子参加的反应，体会到用离子方程式描述发生的反应能反映反应的本质，领悟到要从反应物溶液中存在哪些离子入手，判断哪些离子可以发生相互作用。这种学习过程，学生经历了深度思考、新旧知识的整合、知识结构的更新，高阶思维和知识迁移应用能力得到提高。

总之，基于深度学习的教学： 首先，教师要深刻理解学科的核心内容、理解学生的学习，从整体上设计与实施教学过程；其次，学生要认识到学习不是为了记住文本知识，只会依照范例解答问题，而是需要理解知识中所蕴含的观点、思想、研究方法和思维方式，形成迁移、灵活应用所学知识，回答或解决新情境下陌生问题的能力。基于深度学习的教学过程是师生共同成长的过程，师生是学习的共同体。在学生还不具备深度学习的习惯和能力的情况下，教师的教学设计和引导，会更显得重要。教是为了不再需要教，学生达到了“专家学习程度的学习”，基于深度学习的教学也就成功了。

参考文献：

[1][4][5]付亦宁. 深度学习的教学范式[J]. 全球教育展望， 2017， （7）： 47～56.

[2]安富海. 促进深度学习的课堂教学策略研究[J]. 课程·教材·教法， 2014， （11）： 57～62.

[3]张浩， 吴秀娟. 深度学习的内涵及认知理论基础探析[J]. 中国电化教育， 2012， （10）： 7～11.

[6][9]王云生. 王云生的化学教学主张[M]. 北京： 中国轻工业出版社， 2014： 9～11， 127～128.

[7]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012： 24.

[8]王云生. 课堂转型与学科核心素养培养——中学核心课堂教学探索[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 7～10.