基于深度学习的高三化学教学模式的构建与实践

郭金花

摘要： 在分析比较“深度学习路线”和“深度学习四要素”的基础上，结合高三学生化学学习的特点，建构高三化学深度学习的教学模式，即“确立挑战性主题与目标→主题规划与准备→深度学习活动→评价与反思”。依据此教学模式进行高三化学深度学习的教学实践。教学效果显著，但“挑战”与之并存。

关键词： 高三化学; 深度学习; 深度学习四要素; 教学模式

文章编号： 10056629（2020）12002307

中图分类号： G6338

文献标识码： B

近年来，深度学习已经成为全球基础教育的关键发展趋势之一[1]。已有的研究表明，深度学习强调学习者积极的内在动机、主动的知识建构、顺畅的知识迁移、批判性的高阶思维和真实的问题解决[2]。因此，通过深度学习的长期训练，学习者也必将成为专家型学习者和终生学习者。本研究将结合国内外关于深度学习的理论研究以及高三化学学习的特点，尝试探索一种适合高三化学深度学习的教学模式，并以此进行高三化学深度学习的教学实践。

1高三化学深度学习教学模式建构

近年来，国内外学者都对深度学习的教学模式进行了研究，国外以美国的Eric Jensen和LeAnn Nickrlsen提出的“深度学习路线”最为著名[3]，我国以教育部基础教育课程教材发展中心“深度学习总项目组”提出的“深度学习教学设计四要素”最为权威。

1.1深度学习路线

美国的Eric Jensen和LeAnn Nickrlsen在《深度学习的7种有力策略》中提出了一种深度学习的教学模式——深度学习路线，简称为DELC（见图1）。据说这一教学路线能够帮助教师在课堂教学中让所有学生均获得成功，并且这一教学模式已在几个学区的教学实验中取得了积极的成果。

DELC共分为7个步骤。第一步“设计标准与课程”： 将相似或相关的学习对象安排在一起，创设合乎学生发展的、有意义的教学单元（课程）。第二步“预评估”： 在充分了解每个学生已有认知的基础上，设计教学单元目标以及学生个体目标。第三步“营造积极的学习文化”： 学生需要微妙的情绪平衡来顺利地进行学习，因此需要营造安全的、令人鼓舞的、学生受益的學习环境，建立学生间和师生间的积极关系。第四步“预备与激活先期知识”： 教师做好充分的课前准备，并通过提问、讨论、练习等激活先期知识，形成联结。第五步“获取新知识”： 教师向学生提供书籍、课本、期刊、录像带、因特网等资料或平台，学生通过探究掌握学习内容和重要思想，并与同伴分享自己的学习成果。第六步“深度加工知识”（核心步骤）： 对学习内容进行精细和有效加工，运用分析、综合的思维方式解决问题，并能实现迁移和应用。第七步“评价学生的学习”： 运用多种方式评价学生的学习，如练习、同伴反馈和学生自省等。从图1还反映出，教师经过上述7步后进行总结、反思和调整，从而改善下一轮的深度学习过程，这样就使得DELC成为一个可持续发展的深度学习路线[4]。

1.2深度学习四要素

我国教育部基础教育课程教材发展中心“深度学习总项目组”把“深度学习”界定为： 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。在此基础上，总项目组提出深度学习的教学设计四要素： 挑战性学习主题、深度学习目标、深度学习活动、持续性评价。挑战性学习主题，指围绕某一核心知识组织起来的有难度且系统体现学科思想方法，能够激发学生深度参与和持续发展的教学单元。深度学习目标，指期望学生获得的学习结果，包括获得学科思想方法，促进学生深度理解和灵活迁移，形成高级的社会性情感、积极的态度和正确的价值观。深度学习活动，指“如何学”才能达成深度学习的目标，是以理解为基础的实践性学习活动，学生在教师指导下，通过抽象、概括、分析、综合等思维方式解决不同情境中的问题，在已有知识基础上的建构性的活动。持续性评价，回答“是否达成了既定目标”，是指依据深度学习目标，为学生的深度学习活动持续地提供反馈，帮助学生改进和发展[5]。

1.3深度学习教学模式建构

分析深度学习的“路线”和“四要素”发现，尽管步骤不一样多，但深度学习的教学过程却是基本相似的。

深度学习的“起点”很重要，它将决定深度学习过程中“深度加工”或“深度学习活动”环节的“深度”和意义。双方都是将相似或相关的内容先组合成一个“教学单元”（即主题）作为深度学习的起点（见图2），因为相似的概念和技能依据一定的主题结合起来时，大脑就更能够发现学习中的范式，更容易形成神经网络的联结。但Eric Jensen和LeAnn Nickelsen认为只要是“合乎学生发展的有意义的课程”都可以成为深度学习的内容，而总项目组认为那些有难度、有系统、能体现学科思想和方法、能激发学生深度参与等有挑战性的主题才适合作为深度学习的内容。那么，这样的学习内容也一定是“合乎学生发展的”且“有意义的”，但“合乎学生发展的有意义的课程”不一定是有“难度”的，有“挑战性”的。因此，我国学者对深度学习内容的内涵做了更加严格的规定，强调了“深度”的意义。深度学习“路线”中的“预评估”和“四要素”中的“深度学习目标”基本上是相同的意思，都是根据课程标准或主题学习要求确立单元学习的目标。如果项目组的“深度学习活动”既涵盖了课前的准备活动，又包括课堂上的深度学习活动，那么，我们可以认为项目组的“深度学习活动”这一环节包含了DELC中的第3～6步（见图2）。最后一个环节两者都是对深度学习的“评价”。

综上所述，两者的教学路径基本是一致的，但DELC更详尽一些，便于深度学习活动的实施和开展;而“四要素”更凝练一些，更适合作为一种教学模式推广使用。本文旨在探索高三化学深度学习的教学模式，因此根据高三化学学习的特点，在DELC和“四要素”的基础上略做了一些调整（见图2）。

高三化学已经结束了新授课，全面进入了复习阶段。它的学习主题已经不需要像新授课那样花费较多时间和精力事先将“相同或相似的内容组合成一个教学单元”。因为高三化学复习就是按照教学单元进行的，如“元素及其化合物”这个大的复习单元下又分为“氯及其化合物”“钠及其化合物”“铁及其化合物”等小的复习单元，因此，这一环节在高三化学深度学习时无需大费周章，可以直接与“学习目标”合并成一个环节，即“确立挑战性主题与目标”。高三化学学习的难度是可想而知的，要想使深度学习活动顺利开展，达到其应有的深度，课前规划和准备是非常重要的，而且也是最耗时的部分（类似于“台上一分钟，台下十年功”），因此将“项目组”的“深度学习活动”分成了两个环节（或者说将DELC中的第3～6步缩减成2步），即“主题规划与准备”和“深度学习活动”。最后一个环节，仍为“项目组”的“持续性评价”，因为主题学习中，学生的能力发展需要进阶，学科素养的培育需要阶段性逐步累积。

注： 向右的实箭头表示“过程”，向右的空箭头表示“包含”，双向实箭头和空箭头均表示“比较”，向下的实箭头和空箭头均表示“对应”。

综上所述，构建了如图2第三行所示的高三化学深度学习教学模式，即“确立挑战性主题与目标→主题规划与准备→深度学习活动→持续性评价”。

2高三化学深度学习教学实践

2.1确立挑战性主题与目标

化学学科有两类主题： 促进学生认识能力发展类主题和实际问题解决类主题[6]。促进学生认识能力发展类主题，主要以学生的认识能力发展为目标，包括化学基础知识、元素及其化合物、化学反应与能量变化、化学反应速率与化学平衡、有机化学基础、物质结构与性质等;实际问题解决类主题，主要以问题解决为目标，包括离子反应方程式的书写、化学平衡原理的应用、化学定量计算、化学工艺流程问题解决、化学实验综合问题解决等。接下来，我们将以“非金属元素及其化合物”与“化学工艺流程问题解决”这两个不同类型的主题为例，进行深度学习的教学实践。

不同的主题应该选择不同的“深度加工”方式。由于元素及其化合物的知识点“繁”“碎”“杂”，如果用传统的复习方式只能起到唤醒记忆的目的，不过很快又会遗忘，因为学生并没有主动构建这些知识点之间的联系，在头脑中没有形成真正有效的联结。因此，这个主题将借助于“对大脑知识进行碎片整理并不断优化的思维导图”[7]的方式进行深度学习。由于学生对真实化工生产的陌生，化学工艺流程问题一直是学生学习的难点。因此这个主题会让学生通过阅读文献的方式了解真正的化工生产或化学实验研究的过程，再让他们根据文献进行编题的方式进行深度学习。

根据学生已有的知识结构以及上述两种学习方式，“非金属元素及其化合物”的教学目标为： （1）通过自主复习，理解氯、硅、硫、氮等非金属元素及其化合物的性质、应用、重要物质的工业制备以及环境问题;（2）通过绘制思维导图，深度理解非金属元素及其化合物之间的关系，形成网络联结，培养信息分类和整理的能力。“化学工艺流程问题解决”的教学目标为： （1）通过阅读文献，了解化学实验或化工生产的一般研究对象、方法与思路，降低对“化学工艺流程题”的陌生度;（2）通过编题过程中对文献资料的分析、选择、加工等，培养分析、综合、评价与创造的高阶思维;（3）通过编题，体会命题者的意图，领会试题所要检测的知识与素养要求，并顺利解决问题。

2.2主题规劃与准备

一类主题往往承载了多种核心知识、学科思想方法和学科核心素养，需要“营造积极的学习文化”，“激活学生的先期知识”，选择恰当的方法进行“深度加工”等。因此，主题规划时要用系统思考的方法（见图3）。

在进行促进学生认知能力发展类主题规划时，首先需要明确主题内学生认识能力的起点、台阶和终点，即学生的认知能力发展层级，并据此构建课时的顺序及安排不同课时实现认知能力发展层级中的一个“台阶”。因此“非金属元素及其化合物”的主题规划为： （1）介绍学习工具： 思维导图的概念、功能和应用（1课时）;（2）建立认识思路： 教师示范用思维导图的方式复习氯元素及其化合物（1课时）;（3）深化认识思路： 学生自己用思维导图的方式复习硅、氮、硫元素及其化合物（3课时）;（4）应用认识思路： 非金属及其化合物综合问题解决（1课时）。

为了保证主题的顺利开展，教师和学生都需要做好相应的准备工作。教师需要事先学习思维导图的相关知识，尤其是学习如何绘制思维导图;需要将自己对思维导图的理解制作成课件，便于教授学生;需要预设学生在利用思维导图进行复习时遇到的问题等。学生需要事先复习非金属元素及其化合物的相关知识;需要在A4纸上制作一张以硅、氮或硫元素为主题的思维导图;需要做好在课堂上参与讲解的准备等。

在进行促进学生实际问题解决类主题规划时，需要综合考虑学生的认知能力和知识逻辑顺序，在此基础上将主题拆解成几个基本问题来解决。因此“化学工艺流程问题解决”的主题规划为： （1）任务拆解——命制一道化学工艺流程题需要考虑哪几个问题（1课时）;（2）研究近三年江苏高考题中“化学工艺流程题”的特点，问题所承载的核心知识、学科思想和素养要求（1课时）;（3）研究“从海水制溴”的相关文献资料和视频资料（1课时）;（4）命题展示与交流（2课时）;（5）“化学工艺流程问题”再解决与批判性改编（1课时）。

同样，为了保证该主题的顺利实施，教师需要事先学习如何命制这种类型的问题，并将命好的试题向有关命题专家（如高考命题专家、市命题专家等）请教，得到专家的指导和认可以后方可指导学生命题。学生需要分成若干小组，在自主复习相关基础知识的前提下，通过小组合作完成试题的编制。

2.3深度学习活动

深度学习活动的目标与内容、素材的选择与使用等在主题规划时已经提及，因此学习活动主要设计活动的深度加工方式与对话方式。活动的深度加工方式可以是实验探究、模型建构、资料阅读与分析、调查与撰写调查报告、绘制思维导图或概念图、编制试题等;活动的对话方式可以是师生对话、小组讨论、演讲、辩论、学习汇报等。由于教学时间有限，教师需要分析活动的主次，确保核心活动的重要地位和实施的空间，确保核心活动的开放度，让学生有一定的时间自主进行活动等。

不同的主题应选择不同的活动形式与对话方式。例如，“非金属元素及其化合物”中第3～5课时“学生用思维导图的方式复习硅、氮、硫元素及其化合物”的课堂活动为： 投影展示自己的思维导图（汇报）——借助于思维导图进行复习（学生讲述）——随时打断汇报者，提出自己的疑问，寻求解答（师生对话、小组讨论）——评价汇报者（师生对话、生生对话）。学生绘制的部分思维导图见图4。

又如，“化学工艺流程题问题解决”中第4～5课时“命题展示与交流”的课堂活动为： 小组展示并汇报命制试题的思路、意图、涵盖的知识点等（汇报）——每一小组成员解决其他小组所编试题（小组讨论）——各小组公布试题的答案，接受其他小组成员的质疑（辩论）——各小组修改本组试题及答案（小组讨论）——教师评价总结各个小组的成果，并在班级公告栏内展示（师生对话）。部分学生所编试题见图5。

2.4持续性评价

为了确保设计出来的活动质量，需要进行持续性评价。持续性评价主要指整个教学过程包括教学前、教学中和教学后都要进行评价。

教学前的评价主要是教师对学生“主题规划与准备”阶段中“准备”活动的评价，如： 学生课前绘制的“思维导图”是否涵盖了大部分的知识点，是否突显了重点和难点，是否找到了知识点之间的联系;学生课前编制的“化学工艺流程题”是否规范，是否承载了化学基础知识、化学原理、实验操作、实验条件的控制等化学核心知识与能力，是否体现了学科思想方法等。

教学中的评价主要指“师生之间”以及“生生之间”的即时评价。下面以“化学工艺流程题问题解决”的深度学习为例，展示部分学生对图5中黄同学所编试题的评价。

生1： 在他所设计的工艺流程图中反映了对海水综合利用的这一思想，例如直接用海水淡化后的氯化钠进行电解，得到的氯气用来氧化海水淡化后的母液（含Br-的稀溶液），得到的NaOH与CO2反应生成Na2CO3作为碱吸收液。另外，在她的设计中还体现了原料循环利用的思想，例如“蒸馏废液”的循环利用。

生2： 不足之处有2个： 一是流程图可以再简洁一些。二是第4个设问中后一问“工业生产中实际比值会比理论值小，试分析原因”，应该给出已知信息，否则学生没有答题依据。

教学后的评价主要包括两种方式： 一是通过相应的测试题检验学生是否达成了“主题学习目标”;二是让学生通过反思的方式总结主题学习的“感悟”。下面展示部分学生对以上两类主题学习后产生的“感悟”。

生3： 通过这次活动，我发现工艺流程题也并不神秘，在工业实际生产的“外衣”下仍然是我们学习的一些最基础的化学知识。另外，通过这次编题，我对工艺流程题的命题思想和命题方式有了更深的理解。我在编题时设置某些问题时联系了题干和流程图中多组条件的信息，所以在以后解题遇到困难时，我不会只盯着一处，而会纵观全局。编题时要注意科学性和综合性，所以我在编写每一步时都要仔细考虑各种因素，这使我的思维严密了许多。总之，这次经历既能提升我的解题能力，也增强了我对化学学习的兴趣和信心。

生4： 我认为思维导图是一种高效的学习方式。首先，相比常规的线性笔记复习法，思维导图显然具有开放性、发散性和灵活性。其次，用思维导图来复习元素化学，有起到连点成线的作用。因为这部分知识比较细碎，如果没有一个整体的理解，就会困于碎散的知识囹圄中，让我们拘泥于小的知识点而非整个知识体系框架下学习。第三，思维导图对我们日后的复习也有很大的帮助，因为在复习中我们可以用思维导图按图索骥，通过感知整个知识体系而联想到许多细节。

经过以上深度学习的四个环节，我们还需回过头来审视： 深度学习中核心知识和学科思想方法等目标是否已经达成;学习活动的深度加工方式是否与学习内容匹配;是否让所有学生都参与到深度学习活动中来;课前课后任务的安排是否合理且有可操作性;持续性评价是否起到了促进学生发展的作用等等。在反思的基础上进行改进，并指导下一轮深度学习。

3挑战与建议

深度学习的教学模式使深度学习能够按部就班、循序渐进地开展，是深度学习目标达成的有力保障。但是在实施这个教学模式的过程中，我们也面临了以下挑战，面对这些挑战，我们提出了相应的改进措施。

（1） 精简学习任务： 在“主题规划与准备”环节中，学生需要花费大量的时间和精力进行主题学习的准备，尽管通过课后“测试”以及学生的“感悟”，大部分學生的学习效果十分理想，但是在高三学习时间紧张的情况下，少数学生会有抵触情绪，甚至还有少数学生并没有认真完成课前的“准备任务”，导致深度学习未能真实发生。深度学习的愿景是期望每一位学生都能投入高品质的学习过程，因此，我们可以给学生“减负”——精简学习任务，遵循少即是多（Less is more）的原则，控制学生课前准备的时间在合理范围内。例如，在上述“硫元素及其化合物”的主题学习时，不要求学生画出硫元素所有化合物的思维导图，只要求画出“SO2”和“H2SO4”这两种主要物质的思维导图。这样做不仅节省了时间，抓住了学习的重点，还可以在有限时间的课堂上让学生的自主性和实践性得到了保障。

（2） 设计早期规划： 在“深度学习活动”环节中，我们发现学生在小组合作、信息加工等深度学习所需的核心技能方面比较薄弱。绝大多数学生并不知道如何真正地“合作”，课堂上只见他们“交头接耳”、“气氛活跃”，但交流往往“流于表面”，并不深入。另外，学生根据文献资料编制的“工艺流程题”的质量不是很高，反映了学生信息加工的能力比较欠缺。当我们在高三进行深度学习需要这些能力作为支撑时，才发现这些支撑点都太“薄弱”。所以，这一现象启示我们深度学习需要早做系统规划。例如： 在高一、高二的课堂上，就要有意识地开展一些有效的小组合作，教给学生小组合作的要求和方法，形成长期协作的学习共同体。针对学生信息加工能力薄弱的问题，我们可以有计划地训练学生如何对原始信息进行判别、筛选、分类、排序、分析和再造等等。

（3） 建立资料库： 深度学习教学模式的全部流程都需要教师精心设计，没有现成的教案，也没有相应的教辅资料，不仅需要教师花费大量的时间和精力，更需要教师细心、耐心、有情怀，且有扎实的专业基本功和较强的学习能力。可见，让学生深度学习其实也促进了教师自身的深度学习，教学相长，何乐而不为？但是，这样一个“工程”可以说是“浩大”的，为了让更多有情怀的教师参与进来，我们可以在深度学习教学的过程中不断建立资料库，如针对“化学工艺流程问题解决”这个主题，可以建立“化学实验研究文献资料”“信息加工相关资料”“学生编制的高质量试题汇编”等。通过建立资料库，不仅可以减轻教师的负担，还可以让深度学习深入、持久地发展下去。

尽管在深度学习的道路上还面临着各种困难和挑战，但是我们依然会坚定地走下去。深度学习的主题本身就具有“挑战性”，其问题的解决本来就不可能一帆风顺。“不忘初衷，方得始终”，只要我们坚信深度学习对学生发展的功能与价值，那么接受这样的“挑战”就是有意义的，我们最终也一定能促进学生的持续性发展，为实现学生的终身学习埋下一颗宝贵的种子。

参考文献：

[1]郭瑾， 佟安然， 高伟. 人工智能技术在基础教育中的应用——基于新媒体联盟《地平线报告（基础教育版）》[J]. 软件导刊， 2019， （11）： 96～97.

[2]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）： 35～36.

[3][4]（美）Eric Jensen， LeAnn Nickelsen著. 温暖译. 深度学习的7种有力策略[M]. 上海： 华东师范大学出版社， 2010.

[5][6]胡久华， 罗滨， 陈颖. 指向“深度学习”的化学教学实践改进[J]. 课程·教材·教法， 2017， （3）： 90～96.

[7]（英）东尼·博赞， 克里斯·格里菲斯著. 卜煜婷译. 思维导图实践版[M]. 北京： 化学工业出版社， 2016.