深度学习视域下的初中化学问题设计

徐作培　王德强　姚彦川

摘要：阐释了初中化学深度学习的内涵，比较“一型学习”和“U型学习”的差异，以“广范pH试纸的使用”为主题设计了5个问题情境，对pH试纸的使用进行深层次探究。提出深度学习视域下的初中化学问题设计应体现真实性、驱动性、批判性和衍生性。

关键词：深度学习;问题设计;批判性;衍生性

文章编号：1008-0546（2022）06x-0021-03   中图分类号：G632.41   文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.005

一、问题背景

深度学习概念的提出是在上个世纪七十年代，并被广泛应用于教学领域。1976年，美国学者FerenceMarton和RogerSaljo根据学习者获取和加工信息的方式，基于学习层次提出了深度学习的概念。之后，学者们又对深度学习进行了更为深入的研究，依据认知心理学的信息加工理论，在研究学生的学习动机和策略的过程中，提出提高教学质量的高效方法即是深度学习。问题情境作为知识和素养嫁接的载体，传统的教学产生了很多的“惰性知识”，即零散非结构化储存和缺乏情境支撑的知识，因而有效的情境会得到事半功倍的效果。

一些教师设计问题含金量较低，根本没有讨论的价值，或者问题过于抽象，脱离了生活实际，学生无从下手，形同虚设，无病呻吟。学生进行问题讨论时，教师袖手旁观，问题提出后，学生很少进行独立思考，讨论的层次也较为浮浅，流于形式而缺少深度。优质课堂不应以追求课堂的完美、讨论的热烈、师生的表演为中心，最终还应落实到课堂的实效和学生的成长上，因此，深度学习视域下的问题设计显得尤为重要。

二、初中化学深度学习的内涵

知识的学习需要经过还原与下沉、体验与探究、反思与上浮的过程。教师直接将知识传授给学生，那是一种“一型学习”的教学方式，学生的思维力得不到培育和提升。深度学习倡导“U 型学习”[1]，是学生全面且全程高度参与的学習过程，该过程渗透了学生的情感体验，最终知识的习得是智慧和力行的结晶，是丰富自身素养的有效途径。一型学习和 U 型学习的比较见图1。

初中化学深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的化学单元主题，全身心参与、体验成功并获得发展的有意义的学习过程[2]，强调知识深度、思维深度和运用深度的高度融合（图2）。

三、深度学习视域下的问题设计案例——广范pH 试纸的使用

广范pH试纸简称pH试纸，是化学实验室中常用于测定溶液酸碱性的一种实验材料。《义务教育化学课程标准（2011年版）》中明确要求：初步学会用pH试纸检验溶液酸碱性。上海教育出版社九年级下册化学教材介绍了使用广范pH试纸测定溶液pH 的基本操作和注意事项。教师在对pH试纸使用的教学中，常常只是浅表知识的罗列，以原有的经验禁锢学生的思维，忽视了素养提升，偏离了学科本源，笔者在教学中设计了以下问题让学生讨论探析，加深学生对pH试纸的认识。

1.能否借助普通pH试纸测试正常人的唾液或者尿液酸碱性？

实验课上，教师通常会发给学生pH试纸供学生自主练习试纸的使用。查阅沪教版教材可知人体唾液的正常 pH 范围是6.6～7.1，尿液的正常 pH 范围是5.0～7.0。pH试纸是用多种酸碱指示剂浸泡滤纸后晾干制成的，为减弱空气中二氧化碳对测定的影响，制备时已经将混合液调成弱酸性，即便检测蒸馏水，其显示的颜色对应的pH也显示接近于5，因此，用pH试纸测唾液或尿液的pH是不科学的。用pH试纸检测生活饮用水的pH，其可行性也是值得商榷的。

2. pH试纸使用时能不能预先用水湿润？

教学中教师总是强调 pH 试纸不能预先用水湿润，如果将pH试纸湿润、滴管或玻璃棒有水，会使待测溶液被稀释而导致所测pH不准。pH试纸使用时究竟能不能湿润？检测溶液pH 的方法是直接用玻璃棒蘸取少量待检测试液沾在pH试纸上，然后将试纸的颜色与标准比色卡对照确定pH 的值，如果预先将试纸湿润，相当于对少量待测液进行稀释从而影响测定结果。但对于气体物质酸碱性的定性检测则必须要湿润，气态物质呈现不同酸碱性的原因是气体溶于水（或者和水发生化学反应）后产生氢离子或者氢氧根离子造成的，测试时应根据红色或蓝色的深浅粗略预测酸碱性的强弱（可能产生漂白作用的气体不作考虑）。因此用pH试纸定性检测气体的酸碱性时必须要湿润。

3. pH试纸预先湿润，测酸性溶液pH会变大、碱性溶液会变小、中性溶液不变吗？

用湿润的广范pH试纸测量一定浓度的HAc溶液的pH值时，测量出的pH值有可能变大，也有可能变小。通常情况下决定溶液酸碱性的因素是溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小，影响氢离子或氢氧根离子浓度的因素有电解质自身的浓度、电离程度和水解程度等[3]。强酸或强碱在稀释时氢离子或氢氧根离子浓度会变小，使pH变大或变小。但对弱酸、弱碱以及一些盐类物质来讲就不能简单得到上述结论，例如，在20.5℃的温度下测得1.0 mol ·L-1碳酸氢钠溶液的pH为8.0，测得0.5 mol ·L-1碳酸氢钠溶液的pH为8.2，测得0.05 mol ·L-1碳酸氢钠溶液的pH为8.5，随着碳酸氢钠溶液浓度的减小，HCO-3间氢键的缔合作用逐渐减弱，导致发生电离与水解的 HCO-3量反而增多[4]，因而溶液的碱性增强，pH增大。因此用pH试纸测溶液pH 时，如果预先湿润，测酸性溶液时pH会变大、碱性溶液pH会变小、中性溶液不变的说法是不严密的。可以说成测定强酸稀溶液时pH会变大，测定强碱稀溶液时pH会变小，但对于其它的弱酸、弱碱以及一些盐类溶液，要视情况再下结论。鉴于pH试纸制备的特殊性，最好不要用来检测中性溶液。

4.借助pH试纸测定土壤等固体颗粒的pH是否可行？ED3976A7-A084-4833-B060-39C7AFDEAD57

用pH试纸测定土壤的pH 常常出现在校本课程或兴趣小组的课题中，究竟能不能行得通？如何测土壤的pH才可靠？土壤是几百年来经过风化、沉积等多种因素作用形成的，成分因地域而异，非常复杂。其pH值是衡量土壤的主要理化指标之一，直接关系到土壤中植株的生长态势，它与土壤的形成过程以及土壤各种养分的有效性密切相关，且对土壤中的氧化还原反应、沉淀溶解、吸附等变化都起支配作用。其实，影响土壤pH 的因素有土壤颗粒大小、不同的浸提液、不同的浸提时间以及不同液土比等，其中浸提液因素和液土比影响较大[5]。土壤pH 的测定不是将土壤颗粒直接浸入水中测pH 的。中华人民共和国农业行业标准（NY/T 1377-2007）中规定了土壤的pH 的测定方法：随机取土样，置于防污染场所风干，过筛之后按土水比1∶2.5混合，水必须先除去二氧化碳，静置1～3小时，用带有温度补偿功能的pH计测定pH。除此之外土壤浊液中有色物质较多，如有色矿物质等，影响pH试纸自身的颜色及变化，由此可见借助pH试纸测量某地土壤的pH是不可取的。

5.何谓广范pH试纸？

pH试纸可粗略测定溶液的酸碱度，因为pH试纸使用简便，在工农业生产、科学研究及医疗保健等领域应用较广。pH 试纸测出溶液酸碱度的范围不精准，pH值从1到14都可以，因此 pH试纸又称“广范pH试纸”，若要精准测量溶液的酸碱度可以使用pH 计。目前不少试题中对pH试纸的表述不完全一致，有的描述成“广泛 pH试纸”，实验室使用的是“广范pH试纸”，也有的教材直接描述为“pH试纸”，其实，“广范”和“广泛”的意义是不同的，化学同仁及专家一致认可的是“广范pH试纸”。

四、深度学习视域下的问题设计

深度学习的特质和禀性就是端正的态度、思维的跨度和迁移的深度。教師应当认真做好教学建构，精心设计问题情境，唤起学生求知欲望，引导学生以跨学科视角和思维思考，寻求问题解决的有利途径与方法，鼓励学生积极进行举一反三、触类旁通和迁移应用。

1.体现本真性

本真教育是指以促进人自由、自主、自觉发展为终点，遵循教育发展规律的绿色教育理念。问题情境的外在特征是真实而有意义，其本质属性是蕴含学科问题并激发学生思维，其核心功能是引导知识建构并促进知识迁移，其深层价值是提升关键能力，发展学科素养。本真的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台。本真问题来自于课堂、实验、身边的现象等，本真的史料问题情境培养学生科学态度和社会责任的素养;本真的生活问题情境培养学生变化观念和平衡思想;本真的实验问题情境培养学生科学探究和创新意识;本真的化工问题情境培养学生科学态度和社会责任;本真的数据问题情境培养学生证据推理和模型认知。

2.体现驱动性

驱动性问题一般都具有一定的挑战性，且遵循普适和开放的特点，很容易激发学生的好奇心和不断探究的欲望，遵循初中学生的心理特征，符合完成核心教学的基本思路和框架，并且需要高阶思维。驱动性的问题需要学生建构问题解决的能力，需要探究、研讨、实验等活动形式，让学生经历自主解决问题的过程。驱动性问题的设计需要和活动目的与内容、活动形式与组织、活动素材选取与使用紧密结合，符合深度学习活动的特点。

3.体现批判性

批判即批示判断，是指对错误的思想或言行批驳否定，敢于批判和质疑可促进学生深度学习的发生。很多思维定势的东西经过深度挖掘都经不起推敲，例如：pH试纸使用时不能预先用水湿润吗？这种问题就具有批判意识，学生通过实验和探究即可得出正确的结论。批判性问题可敦促学生透过现象发现本质，对问题有自己的独到见解，提升学生的分析解决问题的能力，学生的思维力在潜移默化中生成。

4.体现衍生性

问题通常指要求解答的矛盾和疑难，亦指造成应有状态与现有状态之间存在差距的各种影响因素。衍生问题是基于当前初中化学课堂教学、实验设计和习题反馈中衍生出来的具有拓展和研究价值且能帮助学习者提高学科素养的问题。这些衍生问题形成问题链，对于初中学生来说，能激发学习者对化学问题探究的欲望，有助于提高学习者思维拓展、动手实验、资料搜集与整理、信息整合与运用等能力，促进素养落地。对教师个体而言，有利于积累教学素材、拓展教学广度、激发实验改进灵感、提高教学研究能力等，进而有计划、有步骤、有方向地实施以人为本的教育。

参考文献

[1]陈懋.基于“U型模式”的初中化学实验复习教学探索[J].中学化学教学参考，2020（4）：61-63.

[2]胡久华.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，2016.

[3]杨秀芬.对广范pH试纸几个问题的思考与建议[J].化学教与学，2012（12）：25-31.

[4]徐作培，姚彦川.变异图式在初中化学教学中的应用[J].化学教与学，2021（7）：21-23.

[5]林丽仙等.土壤pH 测定影响因素探讨及蓝莓种植园土壤pH值的测定[J].福建热作科技，2013（4）：22-26.ED3976A7-A084-4833-B060-39C7AFDEAD57