基于真实问题情境促进深度学习——以“二氧化硫的性质与用途”为例

徐必亮

一、 基于真实情境的深度学习的意义

新课程标准下的新教材教学，应该基于深度学习对教学主题内容进行设计。深度学习不仅是学生在认知经验活动中建构知识体系的过程，更是学生置身于生活、生产和科学研究中解释或解决实际问题的过程。教师要将学生带入学习情境中，开展深度学习，促进学生学习能力的提升。化学学科深度学习是在教师引领下，学生围绕具体学习主题，开展以化学实验为主的多种探究活动，从宏微结合、变化守恒的视角，运用证据推理等思维方式，综合解决问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路方法，培养科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，从而促进化学学科核心素养的发展。

情境学习理论认为，学习的本质是学生参与真实情境活动并与情境相互作用的过程，也是形成实践探究能力的过程，所以学习的核心是参与。在参与的相互作用中，对知识建立合理的解释和灵活的应用。学生越积极地参与活动，就越能认同个体价值，就会投入更多的时间和精力，从而形成良性循环。真实的问题情境是保持学生学习兴趣和学习需求的基础。在教学中，设置情境化的教学任务，能体现知识的应用价值和育人价值。真实问题情境的使用，有利于学生在真实情境的问题解决过程中巩固旧知，发展新知，形成结构化的知识体系，有利于形成解决真实情境问题的思维和能力，以便进一步促进核心素养目标的达成。

二、 基于真实情境的高中化学深度学习的实践策略

(一)基于真实世界，精选真实情境素材

基于真实问题情境的学习，深度链接学生能接触到的真实世界中的化学问题，引发学生的学习兴趣，赋予学习更深刻的意义。好的情境素材能够将学习内容与真实世界联系起来，让学生意识到化学知识可以运用到未来的生产、生活和实际工作中解决真实的问题。因此，深挖真实生活素材，多角度链接生活、生产，尤其是学生能接触到的真实情境，并结合已有化学知识解决问题，体会化学给生活带来的便捷，从而让学生领略化学的魅力。

(二)借助信息技术，增强学生对真实学习内容的感知能力

随着网络技术的飞速发展，师生获取学习资源的途径也越来越多元化，视频、文字、图片都可以有效帮助师生创设基于真实问题情境的环境，从而让师生获得更多的学习机会，拥有更多的选择权。对于化学学科而言，部分化学实验通过动画视频的形式表现出来，能吸引学生注意力，增强学生学习内容的感知能力。

(三)基于认知矛盾设置高质量的问题群，引发学生深度学习

高质量的问题是基于真实情境中的结构化、层次化的问题。教师应当将教学知识设计成一连串的问题，根据学生认知发展规律和已有经验，创设真实情境，将问题隐含在真实情境之中，让学生去思考。如果学生在思维碰撞过程中产生了一些认知矛盾，通过现有的知识水平和思维层次还无法解决当前问题，教师也要依据学生的认知发展规律，将学生的认知矛盾融入真实情境中，设计一系列的问题群，逻辑清晰、层次分明，引导学生逐步深层思考，在理解知识过程中形成学科的思维方式，在解决真实问题的认知矛盾中促进深度学习。

三、 教材与学情分析

文章选取沪科版高中化学必修一教材中“二氧化硫的性质和作用”课题，集中讨论基于真实问题情境促进学生深度学习。二氧化硫是重要的含硫化合物，是非金属元素知识体系中的重要部分。二氧化硫有其他非金属氧化物的共性，也有其独特的性质，在生活和工业上都有重要用途，但是，如果使用不当，同样也会造成严重的食品安全和环境问题。因此，全面、客观认识二氧化硫的功与过意义重大。

SO的知识内容，即是初中学习过的CO酸性氧化物性质的延伸，也是氧化还原反应等知识的具体应用体现，同时，与S和HS等物质的性质也存在关联。学生已经具备卤素、氧化还原反应和硫单质等知识，为主动参与该课学习提供了基础保障，为从真实情境中发现问题、梳理分析实验现象和推理等提供了保障。学生的实验探究能力不够强，通过本内容的学习，进一步从真实情境中提升实验探究的能力。

四、 教学目标

①认识二氧化硫的主要性质和用途；②根据真实问题情境，提升预测性质、设计实验方案、探究物质性质的能力；③通过分析二氧化硫在生活生产中的功和过，培养社会责任感、参与意识；④认识化学与人类生活的密切联系，体验学科价值，树立良好的食品安全意识。

五、 教学实施过程

(一)从与二氧化硫相关的情境素材引入新课

古诗有曰：“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。”葡萄酒历史悠久，它不仅幽香高雅，还具有预防心脑血管疾病、缓解疲劳的保健功效。从葡萄酒的配料表中可以看出其原料主要是葡萄和少量添加剂二氧化硫，另外，空气质量报告中也标注有二氧化硫。二氧化硫是空气污染物，它对身体有害，为何却出现在美酒中呢？这样的认知冲突会引发学生的好奇，二氧化硫到底具有什么样的性质？以人们熟知的葡萄酒为线索进行引入，贴近学生生活的真实情境，可以增强学生的好奇心，激发学生学习动机，使学生保持积极探索的心理状态。

(二)探究二氧化硫是酸性氧化物

沿着葡萄酒中添加SO的真实情境，开始深入挖掘，步步设问，让学生体会到情境中的化学问题，激发学生兴趣和化学求知欲。硫与氧气的反应衔接前一课时内容，在内容组织上具有承上的作用；SO易溶于水，与水反应衔接后面学习环节，具备启下的作用。

(三)二氧化硫的还原性

通过查阅资料，继续发现新的情境。在储藏过程中，如果葡萄酒中有机物被氧化会影响口感，所以，葡萄酒中可能具有抗氧化的成分。那么SO是否能起到这样的作用？请学生分小组设计实验方案，进一步探究SO的性质。根据氧化还原反应原理，SO应该具有还原性，设计并完成学生实验，如表1所示。

表1 SO2还原性探究的学生实验

教师引发学生思考：葡萄酒中的氧气能否氧化二氧化硫？借助数字化创新实验，将SO通入盛有蒸馏水的三口瓶，用pH传感器监测pH值。待读数平稳后再通入O。(如图1)

图1 SO2和O2依次通入蒸馏水中的pH值

学生交流，解释实验数据：SO和HO反应生成中强酸HSO，pH值下降。通入氧气，硫元素从+4价被氧化成+6价，生成强酸HSO，PH值进一步下降，再引导学生解释葡萄酒中的SO抑菌和抗氧化的价值。在葡萄酒放置过程中，SO起抗氧化作用，酸度提高使得抑菌效果增强，SO抗氧化和抑菌作用相辅相成。

在情境中产生问题，深入思考核心内容的问题情境并交流讨论。猜测物质性质并设计实验探究方案，体验知识的动态生成过程，促进学生高阶思维的发展。从已有知识出发，基于实验事实证据进行推断，发展学生证据推理的核心素养。一个实验，多个用途，数字化实验，验证SO的溶解性、溶液呈酸性，也直观体现出SO跟O反应的情况，溶液酸性变化过程明显，有利于学生对知识的深度理解。数字化创新实验装置实现了一体化，节约时间和药品，实验手段绿色化。在教学中，利用实验，将知识内容和实验事实进行图文转化，提升学生文字、图形的表达能力。

(四)二氧化硫的氧化性

从氧化还原视角分析硫元素价态，分析猜测硫的可能性质，并实验验证，完善二氧化硫性质，促进学生自主建构知识框架。创新实验现象明显，简单便捷，安全可靠。实验设计中，还能够引导学生树立环保意识，增强社会责任感。

(五)二氧化硫的漂白性

从葡萄酒中SO漂白的情境出发，结合演示实验，亲身体验，汇报交流SO的漂白原理。在此过程中，教师扮演着秩序组织和点拨提示的指引者，学生继续在真实情景中建构知识内容，推动学生学习能力的形成。

SO的漂白性是继氯水漂白性后的第二个重要的漂白方面的内容，同在必修1教材中出现，在教学中，通过旧知再现，对比分析，有助于学生对漂白原理的深度理解，完善漂白知识的深度建构。

查阅资料，找出两个应用情境：①纸浆、毛和草制品等常用SO漂白；②用化学视角分析文学作品中“在今天的书堆里发现了两本20世纪60年代的日记本，翻开那泛黄的书页……”学生解释：SO漂白后的纸张呈白色。长久放置，生成的不稳定物质渐渐分解，纸张恢复泛黄的颜色。基于此，引导学生思考SO和氯水的漂白性的差异。氯水中HClO将有色物质氧化而褪色，是氧化还原反应，是永久性褪色；SO与有色物质化合成不稳定的无色物质，不是氧化还原反应，是暂时性褪色。

继续设置实验环节，让学生直观地知晓问题的答案。教学中，先提取真实问题情境，再通过细小环节形成问题链，驱动思考，引导学生交流讨论，设计实验验证。教学中深化基础原理的理解，促进学生主动思考，体会在问题解决过程中，培养学生思维能力及实验探究能力。

(六)科学看待二氧化硫的功与过

真实情境：葡萄酒一般不适宜马上喝，要先“醒酒”或“摇杯”。开展讨论并汇报结果：二氧化硫能从溶液中挥发出来，醒酒的作用是降低葡萄酒中的二氧化硫浓度，减少二氧化硫的摄入。SO作为食品添加剂，历史悠久，具有防腐、抗氧化、漂白等作用。在葡萄酒中可以延长保质期。低剂量的SO能延长食品保质期，但是含量超标会带来食品安全问题。通过SO的应用，可以引出学生对食品安全问题的深入思考，我们应如何看待二氧化硫对生产、生活的作用与影响，学生据此继续查阅资料，写出关于二氧化硫的功与过的小论文，并总结SO性质和用途。以此促进学生科学认识物质，理解剂量和毒性的关系。通过作业，引导学生辩证看待SO，增强环保意识和社会责任感，树立正确的科学观和价值观。

六、 对深度学习的思考

案例通过创设葡萄酒中使用二氧化硫的真实情境，引起学生的学习兴趣，激发深度学习的动机。在教学环节中，始终围绕葡萄酒中二氧化硫的真实情境，多角度挖掘问题探究，预测性质并设计实验方案，将传统实验和数字化实验相结合，促进学生进行有效的深度学习。将二氧化硫和氧气依次通入水中，一个实验，多个用途，数字化创新实验装置实现多个反应一体化，有效节约了时间和药品，实验手段绿色化，数据和图形直观明显，有利于学生对知识进行深度理解。

深度学习和真实问题情境，都是为培养学生化学学科核心素养服务。本课通过一系列的探究实验活动，引导学生批判、创新思维，注重培养学生的宏观辨识与微观探析的核心素养，切实提高学生科学探究与实验创新能力和证据推理能力。在正确看待二氧化硫的功与过时，引导学生增强环保意识和社会责任感，树立正确的科学观和价值观。总之，通过一系列真实问题情境的创设、实验探究设计、不断基于证据意识的严密推理过程，师生共同围绕真实问题进行深度探究学习，在学习活动中发展化学学科核心素养。

通过创设真实问题情境，带领学生亲身经历和体会知识的真实形成过程，让学生真正成为学习的主体，有效促进学生知识的吸收和个人成长。加入了个体经验、自我精神力量产生的个性化学习成果，最终转化为学生的思维和解决真实问题的能力。这样的深度学习，对学生个体成长和未来发展的意义是不言而喻的。