在常规课堂中实施基于情境的深度学习

孙春霞 李宛洋 刘头明

摘要：以人类火星探索活动为情境，进行了以“人类登陆火星的气体准备”为情境的课堂探究活动，整合了初中化学中与氧气相关的部分知识，建构了有关制取氧气原理的模型，并依托此模型完成具有挑战性的任务，探索在初中常规课堂教学中实施基于情境的深度学习活动。

关键词：常规课堂;情境;深度学习;制取气体

文章编号：1008-0546（2022）05-0053-04中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.012

莫琳·希凯认为：深度思考就是不断逼近问题的本质[1]。而深度学习是对学习者学习状态的本质描述，包括学习的学习效度、思维层次及认知进阶等方面。

教育部基础教育课程教材发展中心负责的深度学习总项目组将深度学习界定为：“在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积極参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会情感、积极的态度、正确的价值观，成为未来社会历史实践的主人。[2]”该界定通过“具有挑战性的学习主题”明确教学要有核心活动，确保学生思维的深度，通过“全身心积极参与、体验成功”界定学习过程中学生参与的思维深度和情感深度，通过“获得发展”界定学习结果的深度[3]。

课堂是促进学生发展的主阵地。如何在常规课堂教学中促进学生深度学习，培养学生的高阶思维能力呢？

2021年 5月，我国祝融号火星车成功着陆火星，全民振奋。在中考前的复习阶段，我们以这一高科技素材为依托，设计了一节以“人类登陆火星的气体准备”为情境的课堂探究活动，整合了初中化学中与氧气相关的部分知识，建构了有关制取氧气原理的模型，并依托此模型完成具有挑战性的任务，探索在初中常规课堂教学中实施基于情境的深度学习活动。

一、教学内容分析和教学现状分析

初三中考前的化学复习时间往往比较紧张，化学复习课主要以教师引领学生复习知识点、练题讲题形式进行，知识的再现往往浮于表面，形式比较枯燥，不能让学生感受到化学学习的价值，因而不能真正触动学生心灵。学生的学习主要由考试驱动，而不是源于认知的需要和解决问题的需要，复习效果也往往不理想。

初中化学中与氧气相关的知识如氧气的性质、用途和制取，一直是中考考查重点。气体制取的原理和方法，是中考考查的难点内容，是初中化学的核心问题之一，也是初高中衔接的重要方面。本课例以初中学生十分感兴趣的探索火星情境展开教学，将知识镶嵌于情境中，以驱动性问题引导探究，引导学生建构制取氧气的原理模型，形成学生对化学学科核心问题的理解，促进学生的深度理解和高阶思维能力发展，实现深度学习。

二、教学目标

1.知道地球大气的成分，能用对比的方法，分析地球大气和火星大气成分异同点和主要成分性质的异同点;

2.通过思考人类登陆火星过程中氧气的用途，深化对氧气用途的认识;

3.通过头脑风暴全面了解制取氧气的方法，能通过小组讨论评价各方法的优缺点和适用范围，并建构模型形成制取氧气的原理，使碎片化知识细节转化为结构化的核心知识，体验变化观念，发展模型认知素养;

4.利用制取氧气的原理模型，挑战火星原位资源利用制取氧气的方案设计与评价，提升资料阅读能力，发展实验探究与创新意识素养、科学态度与社会责任素养。

三、教学流程

四、教学过程

1.情境导入：链接高科技

【播放视频】2021年5月我国祝融号火星车（见图2）成功着陆火星的过程以及天体化学家欧阳自远院士的火星梦。

【导入】看到祝融号火星车成功着陆火星，同学们都热情澎湃，满满的自豪感！让我们展望一下：火星探测的下一步就是人类登陆火星。人类若要登陆火星，需要做哪些气体方面的准备呢？

【生】人类登陆火星需要氧气。

设计意图：利用火星探索的高科技素材情境，激发同学们的爱国主义情怀和学习兴趣，导入：人类登陆火星的气体准备。

2.对比学习：探究大气成分

【师】说到气体，地球和火星表面都有大气层。

【ppt】火星大气成分含量的图表（见图3）。

【驱动性问题1】火星大气有哪些成分？是否有氧气呢？

【驱动性问题2】结合你所知道的地球大气成分含量，分析地球大气和火星大气成分有哪些异同点？

【驱动性问题3】人类呼吸需要氧气，而火星大气的主要成分是二氧化碳，氧气和二氧化碳的性质和用途有哪些异同点呢？

设计意图：利用表格（见表1），引导学生比较地球大气和火星大气的成分差异，学会阅读图表分析数据，学会用对比的方法综合复习两种不同气体的性质和用途。

3.建立模型：探究制取氧气的原理

【驱动性问题1】人类登陆火星为什么需要大量氧气？

【生】火星探测需要大量氧气。宇航员呼吸需要氧气，航天器飞行也需要氧气作为助燃剂，并且后者消耗氧气的量更多。

【驱动性问题2】你知道哪些制取氧气的方法？请小组讨论，写出制取氧气的方法，方法越多越好。

【生】头脑风暴，在黑板上写出制取氧气的方法。

【驱动性问题3】这些制取氧气的方法，各有什么优缺点，又分别适用于什么场合呢？你能具体举例说说吗？

【生】小组讨论、课堂分享、交流评价。表2 制取氧气的方法

设计意图：引导学生通过头脑风暴方式复习制取氧气的方法，从而将平时零散所学的制取氧气的方法聚集整合起来。通过学生小组讨论、课堂分享和交流评价的方式，以学生为主体，学生能从反应物的状态、反应条件、气体是否纯净、成本、环保、产生速度等角度分析各制取氧气方法的优劣，从而进一步分析这些方法的适用场合，如实验室、工业、医疗、宇航、潜水等。进一步深化学生对制取氧气方法的理解，提高解决实际问题的能力，形成化学核心知识和学科思想。

【驱动性问题4】这么多种制取氧气的方法，你能分类吗？

【生】可以分为三类，物理方法、化学方法和生物方法。

设计意图：建构制取氧气原理的模型（见图4），解决核心问题，使知识结构化，为后续运用此模型完成挑战性任务做铺垫。

4.创新应用：探究在火星上制取氧气的方法

【提供资料】教师事先以学案方式，提供有关火星大气、土壤、气候、环境等方面资料。

【驱动性问题1】人类登陆火星并从火星返回地球时，需要大量氧气做助燃剂。如何利用火星原位资源制取氧气？请大家结合制取氧气的原理以及学案资料，小组讨论并设计合理方案。

【生】小組讨论、课堂分享、交流评价（见表3）。表3 火星原位资源利用制取氧气的方案设计

设计意图：通过设计火星原位资源利用制取氧气的方案，运用制取氧气原理的模型，完成挑战性任务，获得对化学核心知识和学科思想的深刻理解，实现知识的迁移和应用。

【驱动性问题2】有一位同学提出，火星大气中含大量二氧化碳，因此能以二氧化碳为原料制取氧气，大家觉得这个方案可行吗？

【大多数学生】不可行。我们没有学过这样的反应。

【学生A】也许可行，符合质量守恒定律。

【学生B】从原料看，二氧化碳含有氧元素，可能可以作为制取氧气的原料。也许存在这样的反应只是我们不知道呢？

【师】化学是一门实验科学，可用实验来检验假设。火星科学家已经在火星上用二氧化碳为原料制取出了少量氧气。现在请同学们观看视频。

【播放视频】2021年4月美国毅力号火星车利用火星大气中的二氧化碳成功制取氧气。

【师】课堂小结：相信科学、展望未来！

设计意图：从二氧化碳能否作为制取氧气的原料，引发学生认知冲突，进一步深化学生对制取氧气原理的认识，能够跳出知识的局限，站在更高的原理角度看问题。

五、教学效果与反思

本节课以“人类登陆火星的气体准备”为情境，层层递进，设计了由浅入深的三个探究任务，分别是：探究地球和火星大气成分、探究制取氧气的原理、探究火星原位资源利用制取氧气的方案。整个课堂的学习活动成为解决问题的过程。通过全身心投入，完成挑战性任务，学生获得对化学核心知识和学科思想的深刻理解，实现了知识的迁移和应用，体会了化学学科价值。

1.贯穿整节课的火星探索情境，充满科技感，学生兴趣浓厚，充满好奇，能够全身心积极参与课堂，小组讨论热烈，课堂分享和评价交流踊跃，发展了学生的团队协作能力。整节课以学生为主体，气氛活跃，有思维的流动和碰撞。学生在回顾制取氧气的方法时，除了一些常规方法，部分学生还想到了课本上拉瓦锡分解氧化汞获得氧气的方法、习题中出现的过氧化钠与水或二氧化碳反应制取氧气、次氯酸钠与过氧化氢反应制取氧气等。我相信部分学生探索火星的热情，一定会延伸到课后，使他们更加关注国家重点发展的航天领域，进一步激发出他们的科学精神、自豪感和使命感。

2.以驱动性问题链展开教学，建立化学视角，促进学生的深度思考，体验化学学科方法。学生发展了阅读图表的能力、资料信息的提取和加工能力;通过对比氧气和二氧化碳的性质和用途，进一步领会对比学习的方法;通过建立模型，深化了学生对制取氧气原理的理解，建立解决问题的思维框架;通过分析制取氧气方法的优劣和适用场合，深化了学生对物质变化、性质和用途的理解。

3.挑战性任务引领学生高阶思维。在设计火星原位资源利用制取氧气方案时，当有学生提出电解水制取氧气时，有学生马上质疑说，根据资料，火星上的盐湖水中含有氯化钠，电解盐湖水会不会产生其他杂质气体。当老师提出火星大气中的二氧化碳是否可以作为制取氧气的原料时，大多数同学质疑和反对，而个别同学经过认真思考制取氧气的原理后，提出也有可能，这是十分了不起的。接着同学们通过观看视频，了解到在火星上利用二氧化碳制取氧气已经成为现实，感到震撼。这一认知冲突，恰恰有利于进一步培养学生创新思维。

参考文献

[1][美]莫琳·希凯.深度思考：不断逼近问题的本质[M].南京：江苏凤凰文艺出版社，2018：5.

[2]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养：理论普及读本[M].北京：教育科学出版社，2018：32.

[3]胡久华，罗滨，陈颖.深度学习：走向核心素养（学科教学指南·初中化学）[M].北京：教育科学出版社，2019：2.