指向深度学习的高中化学事实性知识内涵深究及教学建议

郭为 卢伟

摘要： 深度学习的目标是培养学生的高阶思维。针对目前高中化学事实性知识学习主要停留于浅层学习的现状，分析事实性知识的内涵与外延。以“钠及其化合物”主题为例，说明典型的化学事实性知识内涵深究的具体步骤和相关主题的教学建议，强调教师应当基于学生认知水平在教学中渗透知识内涵，期望藉此为深度学习理念下教师的专业发展提供一些思考和帮助。

关键词： 深度学习; 化学事实性知识; 知识内涵; 教学建议

文章编号： 1005-6629（2019）8-0052-06            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

化学事实性知识是“反映物质的性质、存在、制法和用途等多方面内容的元素化合物知识以及化学与社会、生产和生活实际相联系的知识”[1]。学生对事实性知识的学习往往停留于简单描述、记忆或复制的低阶水平，学习过程中思维深度不够，运用知识解决问题的能力偏弱[2， 3]。这就要求教师不拘泥于宏观的事实性知识，而应以培养学生高阶思维为目标，有意识地分析事实性知识的多元内涵并基于学生认知水平在课堂教学中渗透知识内涵。本文以“钠及其化合物”主题为例，说明化学事实性知识的内涵及深究步骤，并以其中的个别知识内涵为例提出相关主题的教学建议。

1  深度学习

国内最早有学者指出，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习[4]。尽管不同学者对深度学习的理解有所区别，但其中的要素基本一致： 深度学习的目标是培养高阶思维（主要表现为问题求解能力、创新思维能力、决策力和批判性思维能力[5]），重点是知识的结构化，测评手段是检测能否在新情境中实现知识的迁移。

2  化学事实性知识的外延与内涵

“外延”是指某个概念包含的所有事物，而“内涵”则是概念本质属性的高度概括[6]。“化学事实性知识”本身作为一个概念，具有其特有的外延与内涵。尽管目前尚未有学者明确区分化学事实性知识的外延和内涵，但借鉴其他类似研究可知，由于化学基本概念和基礎理论是对物质及其变化的本质属性的抽象概括，可以将“基本概念和基础理论”界定为化学事实性知识的内涵，而“物质及其变化”的宏观事实则是事实性知识的外延[7～9]。另外，化学是研究分子层次以及超分子为代表的分子以上层次的化学物质的组成、结构、性质和变化的科学。笔者参考北京师范大学等校编的无机化学教材，综合相关内容后将化学学科按研究对象分为“物质的组成”与“物质的变化”，按研究层次分为“宏观事实”与“微观本质”，归纳出化学事实性知识的外延与内涵（如图1所示）[10]。

3  化学事实性知识内涵的深究步骤

考虑到学生认知水平，专家在编写化学事实性知识主题的教材内容时，往往会选择性地略去事实性知识的内涵。这就要求教师需对教材进行深刻的文本解读，发现教学主题的知识内涵并通过多渠道深究事实性知识的内涵。这不仅是促进学生深度学习的必要前提，也是教师专业发展的重要途径。现以“钠及其化合物”教学主题为例对知识内涵的深究步骤进行简要说明。

3.1  参考课程标准，分析教学主题价值

《普通高中化学课程标准（2017年版）》相比于实验版课程标准，提出了五大化学学科核心素养。其中“宏观辨识与微观探析”要求学生形成“结构决定性质”的核心观念，具体要求是：“能根据物质的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质和发生的变化，并能解释其原因”[11]。这些能力的提高离不开事实性知识外延和内涵的教学渗透。新课标还减少了必修模块的元素化合物知识内容，仅强调了“钠、铁、氯、硫、氮”五种元素及其化合物的教学要求。因此，这五种元素的教学应当更具有代表性，承载更多的教育功能。其中对“钠及其化合物”的教学目标包括：“了解钠及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产生活中的应用。”综上所述，新课标背景下“钠及其化合物”的主题教学虽然在事实性知识外延上的要求较低，但却更注重事实性知识内涵所体现的化学微粒观、变化观，提倡通过知识外延和内涵的渗透教学，提升学生的化学学科核心素养[12]。

3.2  剖析教学主题，确定具体知识的外延与内涵

根据课程标准分析某教学主题在高中化学学科体系中的教育价值后，教师还需要具体地把课题所涉及的具体知识进行整理。以“钠及其化合物”为例，尽管不同教材中的编排方式不同，但其所包含的具体知识是类似的。其中钠单质、钠的氧化物，部分钠盐的制备、性质与应用都属于事实性知识的外延，而钠的原子结构排布属于事实性知识的内涵。

3.3  思考可能存在的知识疑点，多渠道深究知识内涵

内涵深究的着重点在“深究”二字。在确定教学具体知识之后，教师应当有意识地思考并分析知识中存在的疑点，深究知识内涵。这些疑点既包括学生在学习中可能产生的疑问，也包括教师自身可能存在的认知障碍。如为什么“NaHCO3的溶解度小于Na2CO3， Na2CO3的热稳定性大于NaHCO3”，为什么“Ca的金属活动性大于Na，和水的反应却不如Na剧烈”。发现知识疑点后，教师应当通过多渠道扫清知识疑点（如查阅专业书籍、相关文献，请教专家等）。以下就“钠及其化合物”中的某些知识的多元内涵进行分析，如表1所示。

钠单质属于活泼金属1. 碱金属原子最外层有1电子，次外层都为8电子（除Li外），对核电荷的屏蔽效应（由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对该电子的吸引力）较强，所以最外层电子特别容易失去，形成离子型化合物。具体表现为Na的第一电离能为496kJ·mol-1，第二电离能为4562kJ·mol-1，远大于第一电离能[13]。（涉及主要理论为： 原子结构理论;晶体结构理论）

2. 元素的金属性与单质的金属活动性是两个不同概念。元素的金属性指的是元素气态原子失去电子变成气态阳离子趋势的大小，判断元素金属性强弱的定量标度是电离能;单质金属活动性是元素原子在水中形成水合阳离子趋势（就是电极反应过程）的大小，是根据金属单质与其氧化态的标准电极电势大小Eθ来排序的[14]。（涉及主要理论为： 原子结构理论;电化学原理;化学热力学原理）

3. 金属活动性顺序表最早是由俄国化学家贝开托夫于1865年整理得出的，依据是单质的置换能力（Na排在Ca的前面），这种依据的顺序表反映不同金属与其他物质作用时反应的剧烈程度，称为动力学金属活动性顺序表;后来科学家提出根据电极电势的大小进行排序，这种用以判断反应趋势而非剧烈程度的顺序表称为热力学金属活动性顺序表。我国现行的中学化学教材均采用热力学金属活动性顺序表，依据的是标准电极电势大小[15]。动力学活动性顺序表中，将K、 Ca、 Na这些排在前三位的金属（可以和水迅速反应）称为极活泼金属;从Mg到Pb（一定条件下能和水反应）称为较活泼金属;排在氢元素后的金属称为不活泼金属[16]。（涉及主要理论为： 化学热力学原理;化学动力学原理）

在金属活动性顺序表中，Na排在Ca后面;但Na和水反应更剧烈EθCa2+/Ca=-2.866V， EθNa+/Na=-2.713V。主要因为Ca的水合能（-1615kJ·mol-1）远大于Na的水合能（-420kJ·mol-1），所以在热力学金属活动性顺序中Ca排在Na前面。但动力学金属活动性反而是Na更强，因为在水溶液中Ca与水反应生成的Ca（OH）2会附着在表面，阻碍反应的进一步进行[17]。除此之外，Li标准电极电位也小于Na、 K，金属活泼性更强，但分别投入水中反应速率较Na、 K慢，电极电势是热力学范畴的问题，速率快慢是反应动力学的问题，不能混为一谈[18]。（涉及主要理論为： 化学热力学原理;化学动力学原理）

工业上通常采用电解氯化盐的方法制备钠、镁等单质电解熔融盐法制钠装置如图2所示[19]：

4  内涵渗透教学建议

事实性知识的教学应当以化学概念和理论为指导，促进学生对化学概念和理论的深度理解[28]。因此，教师应对知识内涵进行深度解读，确定适用的教学主题并在教学中进行渗透。值得注意的是，深度学习并不是“高难度、高速度”学习，教师在进行内涵渗透时应当针对不同学段的学生提出

不同的学业要求。通常来说，高一学生的认知水平有限，学业要求较低，而对高二、高三的学生则应提出更高要求。现以“钠属于活泼金属”、“工业上利用金属钠可制备其他金属单质”、“钠在常温下与O2反应生成Na2O，而在O2中燃烧生成Na2O2”为例，参考课程标准提出相关教学建议和学业要求，如表2、表3、表4所示[29]。

必修1“钠及其化合物”在探究“钠的强金属活动性”前补充介绍“金属活动性”的定义。在初中已有的知识基础上，了解金属活动性的定义，知道钠属于极活泼金属，理解金属活动性的强弱比较方法。

必修2“元素周期律”以“钠的强金属活动性”为真实情境，引导学生比较ⅠA族结构特点并尝试预测ⅠA族的通性。结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质的周期性变化规律，建构ⅠA族的元素通性，体会“结构决定性质”的化学观念。

选修模块2“物质结构与性质”中的“电离能”呈现钠的电离能数据，引导学生交流为什么“钠易失去1个电子，在化合物中显+1价”，结合ⅠA族结构特点尝试预测ⅠA族元素在化学反应中得失电子的情况。在理解电离能内涵的基础上，能说明电离能大小与元素失去电子难易程度的关系，并通过原子结构的类比，描述ⅠA族元素原子电离能的一般规律。

必修1“钠及其化合物”以“金属钠置换出其他金属单质的工业流程”为真实情境，引导学生分析“该反应是否能在水中进行”，强调钠的强金属活动性。了解无水条件下的置换反应，体会钠的强金属活动性。

选修模块1“化学反应原理”中的“化学反应的方向”以“金属钠置换出其他金属单质的工业流程”为真实情境，呈现金属的物化性质，引导学生从焓变、熵变的正负性角度分析该反应能够自发进行的原因。利用焓变、熵变及吉布斯自由能的知识分析具体化学反应的自发性问题，理解影响化学反应方向的相关因素。

选修模块1“化学反应原理”中的“化学平衡”以“金属钠置换出其他金属单质的工业流程”为真实情境，引导学生分析工业生产中“移去产物”的目的。理解勒夏特列原理并推测该反应的平衡移动方向，从平衡移动角度讨论化学反应条件的选择和优化，体会平衡移动原理在工业生产中的功能价值。

必修1“钠及其化合物”以学生易懂的方式对“键能”、“晶格能”的概念进行模糊表达。了解键能、晶格能对物质稳定性的影响，体会化学微粒观与能量观。

必修2“元素周期律”呈现碱金属稳定氧化物的组成变化，引导学生了解同族元素氧化物的稳定性变化趋势。结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质的周期性变化规律，了解原子半径大小对同族元素原子性质的影响。

选修模块1“化学反应原理”中的“化学反应的方向”以该实验事实为真实情境，呈现吉布斯自由能数据，引导学生从吉布斯自由能的角度预测不同条件下生成不同产物的原因。能够利用化学热力学知识预测分析具体实例中不同产物的成因，体会吉布斯自由能对反应方向的决定作用。

选修模块2“物质结构与性质”中的“离子键离子晶体”以该实验事实为真实情境，呈现晶格能数据，引导学生从晶格能的角度预测并解释钠的氧化物与过氧化物的稳定性。能够利用晶格能的知识预测并解释氧化物与过氧化物的热稳定性，体会晶格能对离子晶体稳定性的影响和作用。

5  结语

高中化学事实性知识在新课标中的内容缩减，却要承载更多的教育功能，如知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观、化学思想与化学观念等。深度学习旨在改变课堂对话的肤浅化、课堂活动的单一化以及课堂理解的浅层化[30]。因此，新课标背景下强调深度学习要求教师在事实性知识的教学中注重知识内涵的渗透，并基于学生认知水平提出不同的学业要求，采取不同的教学策略。尽管深究知识内涵需耗时较长，但这正是新课标背景下对教师的教研能力提出更高的要求，同时也督促教师的专业水平进一步发展。

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