素养导向的高中化学深度学习教学策略研究

叶爱娇

（永泰第一中学，福建 福州 350700）

传统的教学过于强调知识的传授，以思考为中心的学习过程不能得以全面实施，知识的建构受到影响，思维的品质难以得到有效训练，存在浅层学习的问题。浅层学习即学生对于课堂的知识点仅为无关联的、零散的机械记忆，无法学以致用。浅层学习的存在，导致学生在面对陌生情境时，无法运用所学知识有效解决。在常规的高中化学教学中，部分教师要求学生机械式记忆，使得学生对元素化合物知识和核心概念的理解只停留在浅层学习上，而学科核心素养的培育要通过深度学习来完成［1］。

深度学习在浅层学习的基础上，融入主观的思考探究，能够有效解决传统课堂中师生的关系，避免了教师单方面的教而忽视学生的学，学生成为主体，在课堂上获得存在感与意义感［2］。学生通过深度学习可以提高多方面的能力，例如，听讲的能力、自我思考的能力、协同合作的能力、迁移应用的能力等。深度学习的课堂不仅是包容悦纳的课堂，更是促进学生高水平认知加工、基于理解、主动学习的课堂。这样的学习具有生长性和可迁移性［3］。文章以四个高中化学教学片段为例，探讨了基于核心素养培育的深度学习教学策略。

一、深度学习的内涵

深度学习最早由美国教育学者马顿和萨乔在1976 年提出。Entwistle 等人在这两位美国学者的研究基础上于1997 年将深度学习界定为学生全身心主动投入、涉及高阶思维能力获取并且具有较强迁移能力的一种学习过程或状态，从而区分于浅层学习。加拿大的Egan 教授于2015 年通过研究表明深度学习是未来学校实现教学变革的重要方式。Egan 教授认为深度学习应具有知识的深度、广度、关联度。我国对深度学习的研究起源于1984 年，魏荣礼在化学实验教学时提出了学习应有深度的理论。2008 年上海师范大学的黎加厚教授将国外深度学习研究的成果介绍给国内教育者，深度学习引起了许多国内学者的关注。2017 年华中师范大学的郭元祥教授，指出现在所提出的浅层学习、深度学习与20 世纪50 年代布鲁姆知识层级的目标有很强的关联性，进一步深化了对深度学习课堂的认知。

深度学习是学生以自身内在的学习需求作为动力，以批判性学习认知作为思维导向的一种教学方法［4］。深度学习在强调学生作为课堂主体的同时，也驱动学生重视理解性学习。学生在课堂中，需要将新的知识融入原有的认知框架。并且，构建相互联系的媒介，最终达成在新情境下能够解决问题的目标。

落实核心素养的培育，教师应该引导学生在学习过程中学会深入思考，理解学习内容的内涵和实质，提升知识迁移应用能力。教师可以通过精心创设情境化、结构化的学习任务，采取基于深度学习的课堂教学策略，帮助学生建构宏观辨析与微观探析、证据意识与模型认知、科学探究与创新意识等维度的核心素养［4］。

二、深度学习教学策略

（一）小组合作探究引起深度学习

深度学习的课堂核心一：小组合作探究，学生在讨论中完成课堂教学目标。在课堂教学中，以学生小组为单位，让学生自主体验科学探究的过程，进行深度学习。重视组织引导同伴互助学习，具体方法如下：1.教师引导学生自主与合作相结合，完成学习任务。2.以学生感悟带动学生，在学生学习过程中，培养其探索欲。

教学片段1：苏教版必修第二册《乙醇结构》。

【情境引入】将学生每两个人分为一个小组，同伴互助合作。根据乙醇分子式C2H6O 和乙烷的结构，小组搭建乙醇球棍模型结构。

小组1：两名学生通过讨论合作，搭建结构如图1：

图1

小组2：搭建结构如图2：

图2

小组1 和小组2 同学之间相互交流他们各自搭建的结构，分析谈论不同的思想方法，悟出差异点是O原子插入的位置不同。

【设计意图】不直接将乙醇的结构式告诉学生，而是让学生根据乙烷结构，对比乙醇的分子式，思考如何在乙烷的结构上连一个O 原子，通过合作探究构建乙醇模型，帮助学生正确认知乙烷模型中6 个C-H 键等同，O 原子不论插入哪个C-H 键中，结构相同。另一种结构即O 原子插入C-C 键之间。

师：对学生搭建的两种不同球棍模型给予积极肯定的评价。然后提出问题：如何设计实验验证两种可能的结构？（提示）钠保存在煤油（煤油是碳氢化合物只含C-C 键、C-H 键）中。

【设计意图】根据学生现有的知识水平，很难自主设计出实验方案，教师可以适时给学生提供深度思考所需的素材，为学生进一步小组合作探究搭建桥梁。

生1：若乙醇能和钠反应生成H2，则证明乙醇有-OH 原子团。

生2：若能产生气体，可以测定气体的体积，进一步确定乙醇结构。

师：如何进一步确定乙醇的结构？

【创设情境】给出定量实验数据，如表1 所示。

表1 一定量的乙醇与过量的Na 反应

师：分析一定量数据，你们发现什么？

【总结，收集证据】定性角度：乙醇与Na 反应生成H2。

【定量角度】n（C2H6O）：n（H2）=2：1。

【得出结论】乙醇的结构为氧原子插在碳氢之间的结构。

图3

【设计意图】为了避免单向的知识灌输，不将乙醇的具体化学结构直接展示给学生，通过定性和定量分析相结合，帮助学生建构乙醇模型的同时，培育学生证据意识和模型认知维度的核心素养。

（二）认知冲突诱发深度学习

深度学习的课堂核心二：把握认知冲突，促进学科思维，激发深度学习。深度学习的课堂应设计具有问题情境的认知冲突，这种冲突会激发学生的兴趣和求知欲，帮助学生理解新知识以及完善自身认知框架，促进深度学习。“离子反应”在高中化学是一个重要的组成部分，通过离子反应的学习，学生将认识到物质反应的宏观现象来源于溶液中微观粒子间的反应，形成宏微结合的科学素养。

教学片段2：离子反应。

师：四种溶液［Na2S04、K2S04、H2S04、Ba（OH）2］两两混合，写出能发生化学反应的化学方程式。

生1：投影如下。

师：反应①BaS04和NaOH 是新生成的物质吗？反应②BaS04和KOH 也是新生成的物质吗？反应③BaS04和H2O 也是新生成的物质吗？

师追问：反应①反应中的NaOH 和反应②中的KOH 到底是不是新生成的物质？从反应前后混合液微观离子数目变化来说明。

生（表示疑惑）：……

【设计意图】创设四种溶液两两相互反应，看似很简单，但经过追问，激发了学生学习欲望和认知冲突，促进了学生的深度思考，在后面的学习中经过分析—猜想—设计实验—证据推理—深化学生对离子反应本质的理解。

（三）数字化实验引发深度学习

深度学习的课堂核心三：巧借数字化实验，构建深度学习的课堂。数字化实验对于学生理解离子反应十分有利。数字化实验一方面能直观地呈现出实验现象，营造真实的教学情境，帮助学生理解相关概念；另一方面，学生在数据分析处理的过程中，可以建构新知，不断完善自身知识体系。

教学片段3：《离子反应》第二课时。

师：以①Na2S04和Ba（OH）2反应为例，氢氧化钡溶液中含有什么离子？硫酸钠溶液存在什么离子？你推断的依据是什么？复分解反应中所有微粒都参与反应了吗？以数字化实验来证实。

【实验药品】:硫酸钠溶液（物质的量浓度0.1mol/L）、氢氧化钡溶液（物质的量浓度0.1mol/L）。

【实验仪器】250mL 烧杯、铁架台、滴定管、搅拌子、磁力搅拌器、电导率传感器等。

学生进行小组合作，带着问题探究。将50ml 0.1mol/L 氢氧化钡溶液中逐滴加入50ml0.1mol/L 硫酸钠溶液，在此过程中观察溶液电导率的变化。实验结果如图1 所示。

图1 电导率变化

学生汇报实验现象：烧杯中有白色沉淀生成，电导率急剧下降，最终电导率不为零。

师追问1：通过电导率测量实验推断，在滴定的过程中，电导率的变化趋势如何？反应混合液中微粒形式在此过程中发生了怎样的变化？这些变化说明溶液发生了什么化学反应？

师追问2：这三个真实现象从微观怎么解释？

生：因为Ba2+和结合生成白色的BaS04沉淀，导致溶液中Ba2+和数目减少，进而总离子浓度减少，电导率下降。

师追问3：最终电导率为什么不为零？

生：反应后溶液中的Na+和OH-离子个数不变。

师追问4：硫酸钠和氢氧化钡溶液的反应是由于哪些微粒间的作用而产生的？

【设计意图】引导学生由复分解反应概念向离子反应概念转变。借助学生已有知识，引导学生深入分析和正确理解复分解反应的实质。通过问题诱导，并借助数字化实验平台，帮助学生建构离子反应这一概念。数字化实验的引入能有效消除学生的认知障碍，促进学生在实验的过程中进行深度学习，更有效地理解离子反应的本质，掌握对应方程式的书写。

（四）重构认知模型促进深度学习

深度学习的课堂核心四：认知模型的重新修正和重构，促进深度学习。以双液原电池为学习内容，学生通过对化学能转化电能效率的证据推理，进一步修正原有的认知模型，重构原电池的模型，促进深度学习。

教学片段4：苏教版选择性必修1《原电池》。

师：利用桌面上的仪器和药品搭建组装单液Cu-Zn 原电池。Cu-Zn 原电池的示意图如图2 所示。并用温度计测定体系的温度有无变化。

图2 Zn-Cu 原电池示意图

学生搭建装置进行实验，读取温度计示数，观察指针和电极周围现象并记录。

【设计意图】引导学生从物质变化和能量转化效率的角度思考问题，发展学生的批判性思维。

师：锌电极与硫酸铜溶液发生反应，生成Cu 沉积在锌片上。化学能不仅转化为电能，还转化热能，所以指针不稳定，迅速归零。

师追问1：导致出现指针不稳定，迅速归零现象的根本原因是什么？如何进行改进，能够稳定指针？画出实验装置简图，组内讨论，组间互评。

学生通过思考，回答原因是Zn 直接和硫酸铜溶液接触。因此将Zn 和CuSO4溶液隔绝，可以解决此问题。并绘制装置图，展示如图3 所示。

图3 改进后的Zn-Cu 原电池

师追问2：将隔离的Zn 放在什么溶液？

生：选择含Zn2+电解质溶液最好，因此选择ZnSO4溶液。

学生动手搭建连接装置（惊讶此时没有电流产生）。

师追问3：为什么没有电流产生？因为没有形成闭合回路，怎样让两个烧杯中电解质溶液联通起来？

【知识铺垫】盐桥可以连通两电路。

师：使用盐桥搭建装置，观察电流表的指针偏转方向以及指针是否能够维持稳定状态，取出盐桥，观察指针有何变化。

学生动手实验并交流讨论得出结论（隔开氧化剂和还原剂，连接二者之间盐桥可以有效提高电流转换效率，产生持续稳定的电流）。

师追问4：双液原电池是怎么产生持续稳定电流？

学生观看微观动画完成下表：

【设计意图】让学生重新认识化学反应转化为电能的原理，体验认识能量转化过程需要考虑效率，并且可控。Zn（s）+Cu2+（aq）=Zn2+（aq）+Cu（s），△H=-216.8kJ.mol.1-1，放热的氧化还原反应是构成原电池的基本要素。引导学生将还原剂和氧化剂彻底分开，从而打破原有认知模型，建构新模型。微观动画有助于学生从感性认识发展到理性分析，进而发展学生宏微结合维度的核心素养。

师：盐桥中的离子移动方式是什么样的？为什么是这种移动方式？

学生领悟盐桥在化学能高效转化为电能的重要作用。

师讲述：静电作用使阴、阳离子定向移动。

师生共同总结：盐桥的作用为连通两端的电路，使两种溶液能够维持电中性。盐桥中离子的定向移动构成了盐桥原电池。Zn 和锌盐溶液以及Cu 和铜盐溶液分别组成两个半电池，最终形成原电池。

学生边听边自主建构原电池的思维导图。

【设计意图】重新建构和完善带盐桥的原电池模型，深化学生对原电池的原理以及构成条件的认识，进而发展学生模型认知维度的核心素养。

三、深度学习的教学思考

文章通过开展小组合作探究、创设认知冲突情境、依托数字化实验以及重构认知模型等教学策略，构建了基于理解的深度学习课堂，促进了学生高阶思维的培育，实现了核心素养的落地。学生在学习过程中积极思考、主动探索，充分感受到了化学的广泛应用，真正体验到了学科的价值，激发了学生的学习积极性和社会责任感。通过实践探索，作者认为教师在组织基于深度学习的课堂教学时，应注意以下两点：

一是教师应有效利用知识载体、学习资源，充分调用各种传媒手段，课堂上给学生丰富的大脑刺激，引发思维动力，比较强烈而持久地推动学生大脑活动。开展有效的小组互助合作，教给学生小组互助合作的要求和方法，通过自评、互评、教师评价，及时了解学生进阶过程，给予分层次的指导，形成长期互助学习共同体，让深度学习成为学生的学习习惯，成为课堂教学常态。

二是构建有利于化学核心素养培育的深度学习课堂，关键在于设置促进深度思考的问题情境。营造真实的教学情境，让学生自主体验科学探究的过程，引导学生通过深度学习，深刻理解相关概念，不断修正和完善原有的认知模型。学生个体对情境的感知和信息捕获存在不同程度的差异，从而各自的思考方向、思考途径、思考时间和空间以及思考品质等等都会存在差异化，课程设计和课堂教学必须为优化深度学习提供满足学生多元智能结构的有力支撑手段与措施。