巧用游戏化教学促进学生深度学习

摘 要 水的电解实验证明有氢气和氧气生成且体积比为2∶1，但未从微观视角做定量解释，导致易形成“水是由氢气和氧气组成”的错误概念。同时，因未从元素层面深度学习物质分类，导致难区分同种元素组成的混合物。“分子模型小组”游戏可以定量解释水电解的过程；该游戏还有助于从微观视角深入理解物质的分类。而“520化学桌游”则从“宏－符”视角深度学习物质分类。可见，游戏化教学方法能够促进学生深度学习，帮助他们形成化学分类观和发展科学思维。

关键词 深度学习；初中化学；分子模型；水的组成；520化学翻翻乐；核心素养；游戏化教学

中图分类号：G633.8 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）19-0-06

0 引言

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《标准》）明确指出：“化学是研究物质的组成、结构、性质、转化及应用的一门基础学科，其特征是从分子层次认识物质，通过化学变化创造物质。”[1]可见，中学生不仅需要从宏观的视角认识物质，更需要从微观的视角理解物质及其变化，并借助观察、想象、类比和模型化的方式，理解化学现象的本质。

落实“宏观辨识与微观探析”能力是发展学生科学思维这一学科核心素养的关键所在。《标准》同时提倡学生通过愉快的方式学习生动有趣的化学，激发学生对探究化学变化的T1kgdztbGJaeeRl0HOsatPCU6hwvEfoALBrFllvasIE=兴趣，以增强学生学习化学的积极性和信心。研究表明，游戏化的学习方式可以显著提高学生的学习成绩[2]。

1 问题的提出

“水的组成”是初中化学首次以水为例学习研究化合物，其研究的视角和方法对学生有重要的示范和引领作用。然而，通过对现有文献的研究和实际教学情况的观察，发现有关“水的组成”的教学中存在以下两个问题。

1）水通电后生成氢气和氧气的体积比未深入分析解释。当前的教学设计通常是让学生通过观察水电解结束后的两个电极的水位差，推断出氢气和氧气的体积比。这种教学方式主要强调培养学生的实验观察能力，却未能帮助学生从微观层面理解化学反应的实质，也未能从定量的角度去研究化学变化的实质[3]。对于抽象推理能力较弱的学生来说，理解该内容存在困难。初中化学是形成化学核心素养的启蒙阶段，促进学生认知的不断建构，对学生初步探索从宏观到微观、从定性到定量两个维度来研究水的组成具有重要意义。

2）教材对物质分类的视角不明确。教材仅从元素种类层面对单质、化合物、氧化物进行简单介绍，导致学生遇到元素组成相同的混合物如氧气和臭氧、金刚石和石墨等物质时无法正确区分。可见，学生仅从元素层面进行物质分类会存在一定困难，因此需要学会从微观视角学习物质分类。

本课题从两个方面对“水的组成”教学设计进行改进。首先，通过“分子模型小组”拼装活动模拟水电解过程，从而直观感受微观世界并理解化学变化的过程；再通过“分子小组”过家家游戏活动引导学生从微观视角认识并理解混合物、纯净物、单质、化合物和氧化物的区别与联系。这种游戏化的学习方式可以增强学生的学习积极性，有效地培养学生的微观探析能力。其次，通过设计“520化学翻翻乐”游戏活动，帮助学生从宏观视角学习物质分类，同时可以预习新物质，不仅能够提高课堂参与度和活跃度，还可以激发学生的学习热情并发展学生的宏观辨识能力[4]。

2 教学理念与设计

2.1 教学思想

深度学习（Deep Learning）是指在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新的知识和思想，并将新的知识和思想融入已有的认知结构中，能够在众多的思想间进行联系并将已有知识迁移到新的情境中，作出决策和解决问题的一种学习方

式[5]。深度学习的实质是通过知识的内化、结构化和意义化的学习过程，促进学生认知水平螺旋式上升和认知层级不断向纵深发展[6]。

本课题是学生初次学习物质微观构成并建立化学分类观的关键课题。学生在学习本课题前，已经掌握了分子、原子等基本粒子的概念，并能识别一些简单的单质分子模型和原子模型[7]，而对于元素和分子如何构成物质的宏观和微观认识尚未系统整合。另外，学生虽知道物质可以分为纯净物和混合物，但对于纯净物的单质和化合物，以及化合物中的氧化物和其他化合物的分类并不清楚。这是因为学生还未建立系统的化学分类观，因此不能准确地从“宏—微—符”层面进行物质分类。

设计“分子模型小组”拼装活动模拟水电解过程，得到水电解生成氢气和氧气体积比为2∶1的结论，实现深度学习水的电解过程，培养学生的定量分析思维和发展学生的微观探析核心素养。通过“分子小组”过家家游戏活动，实现微观视角深度学习物质分类，完善化学分类观和发展微观探析核心素养。最后，通过“520化学翻翻乐”游戏活动，实现“宏—符”视角深度学习物质分类，建立系统的物质分类观和发展“宏观辨识”核心素养。可见，将化学学习游戏化，正是一种“创中学”，可以让学生学到化学知识，也可以达到发展化学学科核心素养的目的[8]。主要教学思路如图1所示。

2.2 教学目标

1）通过本堂课的学习，了解水通电生成氢气和氧气的体积比为2∶1的原因。

2）通过游戏教学，帮助学生建立系统的物质分类观，学会准确物质分类。

3）通过本堂课的学习，建立研究物质的思维框架和培养科学思维核心素养。

2.3 教学流程

教学流程图见图2。

3 教学问题解决

3.1 设计“分子模型小组”拼装活动，深度学习水的电解过程

化学教育在义务教育阶段应引导学生理解物质世界的变化规律并建立基本的化学观念，微观观念是其中的一个基础概念。构建微观观念有助于学生理解宏观现象和解释化学符号的意义，还有助于深化对微观知识的理解。在教学中，教师提问：本课题通过小组学生自主使用球棍模型拼装2个、4个、6个、8个等水分子的模型（各两组）模拟电解水的过程，发现通过拆分和重组得到的氢分子个数和氧分子个数始终为2∶1。使用“分子模型小组”模拟水电解过程的教学方法可以使学生的思维得到外显，通过观察氢分子与氧分子的个数比始终是2∶1，得出水通电生成的氢气与氧气的体积比是2∶1的结论。可见，“分子模型小组”游戏可以建立宏观与微观的联系，在实现微观可视化的同时深度学习水的电解过程。此外，该教学方法还能培养学生的定量分析和微观探析的学科核心素养[9]，教学过程见表1。

3.2 设计“分子小组”过家家游戏，从微观视角深度学习物质分类

设计“分子小组”过家家游戏活动，通过自主拼装单质、化合物、氧化物、纯净物、混合物的模型，帮助学生从微观角度了解混合物、纯净物、单质和化合物的形成过程，并准确识别元素组成相同的混合物，如氧气和臭氧、金刚石和石墨等。在“分子小组”过家家游戏模拟混合物和纯净物的形成过程中，学会从分子视角区分混合物和纯净物，还学会从分子中的原子种类来区分纯净物中的单质和化合物。可见，在微观视角深度学习物质分类有利于建立化学分类观和培养微观探析学科核心素养，教学过程见表2。

3.3 设计“520化学翻翻乐”游戏活动，从“宏—符”视角深度学习物质分类

物质分类是初中化学学习的重点和教学难点。传统的教学方法主要是死记硬背和大量习题强化训练，这种简单机械的记忆方法增加了学生的学习负担，并可能导致学生失去学习兴趣，不利于学生的科学思维和化学素养的培养。然而，钱扬义设计的“520化学翻翻乐”可以突破这个教学难点，让学生通过游戏方式享受学习过程，轻松认识常见的26种化学物质，同时通过物质牌的花色与分类联系，建立起化学分类观和学会进行物质分类。相对于常规的记忆学习方法，通过游戏学习化学在兴趣激发上具有优势。

此外，物质牌上的符号表征不仅有利于学生理解化学符号的意义，还有利于学生深化对微观知识的理解。符号表征对于宏观和微观起着重要的桥梁作用，可以顺利实现宏观世界和微观世界思维之间的双向转换[10]。因此，“520化学翻翻乐”可以帮助学生从“宏—符”视角深度学习物质分类，还可以提前记住一些物质如碳酸钠、盐酸和氢氧化钠等，教学过程见表3。

4 问题解决成效分析

4.1 问题研究方法

2020年10月，选取惠州市某中学同层次的某两个班级学生分别作为实验组和对照组，每个班级都有46名学生参加教学实践，实验组采用游戏化的教学方式，对照组采用传统的教学方式。教学完成后，采用问卷调查、测评试题和半结构访谈法对学生展开调查。

4.2 调查结果与分析

调查问卷共18题，采用李克特式5点量表计分法，调查实验组学生对于游戏化教学的态度，各项平均得分均在4.8分以上，说明学生喜欢这样的教学方式。进一步访谈发现，学生喜欢用微观显性化方式学习水的电解和物质的分类。可见，利用游戏化的教学方式可以激发学生的求知欲和积极性，同时培养学生的宏观辨识和微观探析的核心素养。

在半结构访谈中，实验组学生均表示很喜欢游戏化教学方式，认为游戏教学比传统的课堂学习更轻松和更有趣，还表示在玩游戏的过程中不仅在“宏—微—符”层面掌握了物质分类方法，还增强了同学间的沟通能力与合作能力。

测评试题主要是考查学生对于宏观和微观表征的转换能力，共12题，试题示例及作答正确率见表4。

总之，实验组的作答情况普遍优于对照组，说明实验组的学生对于从宏观和微观两个角度认识物质的能力更强，减少了错误概念生成的比例。可见，游戏化教学可以引发学生进行深度学习，结果是游戏化教学的效果优于传统的教学方式。

5 教学反思

5.1 分子模型的价值

“分子模型小组”拼装游戏模拟水的电解过程，帮助学生学会从宏观到微观、从定性到定量的视角研究物质，有助于培养学生的定量分析思维。“分子小组”过家家游戏不仅可以从微观视角区分混合物、纯净物、单质、化合物和氧化物等，还能准确区分元素组成相同（如氧气和臭氧等）的混合物。因此，运用“分子模型小组”和“分子小组”游戏教学实现微观过程可视化，学生轻松解决学习难点的同时发展微观探析核心素养。

5.2 化学桌游的功能

将“520化学翻翻乐”游戏融入课程教学，可以在趣味性活动中激发学生学习的内在动力，有效解决宏观层面物质分类学习的难点。同时，通过物质牌的花色与分类联系，学生可以建立化学分类观，而这个分类观可以帮助学生从宏观、微观两个维度进行物质分类，也有助于学生更深入地学习物质的微观本质。

可见，利用分子模型和化学桌游进行化学游戏教学，不仅能激发学生的学习兴趣，还能引发学生深度学习，在建立研究物质的思维框架的同时建立化学分类观、发展科学思维。

6 参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：1

[2] 蔡丹菊，钱扬义，李林燊.游戏化学习能促进化学学业成就吗：对国内外32项化学游戏化学习研究的元分析[J].化学教育（中英文），2021，42（9）：59-66.

[3] 鲁向阳.发挥知识教育功能 提升学生核心素养：以“水的组成”为例[J].化学教育（中英文），2018，39（23）：43-46.

[4] 林建芬，周群力，钱扬义，等.利用“翻翻乐”和“争上游”游戏攻克初三化学用语难题：浅析“520中学化学桌游”学习新法[J].化学教育，2013，34（9）：48-52.

[5] 刘庆丰.初中化学深度学习的教学实践：以干冰探究二氧化碳的化学性质[J].化学教育（中英文），2022，43（9）：52-57.

[6] 王秀阁.深度学习核心概念的教学研究：以“分子的空间构型”教学为例[J].化学教学，2019（12）：40-45.

[7] 庞刚志，杨玉琴.“教、学、评”一体化下的学案导学教学实践：以人教版九年级《化学》“水的组成”为例[J].化学教学，2021（10）：53-59.

[8] 陈滢洁，郑柳萍.化学桌游的设计与应用[J].化学教学，2023（3）：28-33.

[9] 钱扬义，唐云波，李绮琳.“1+8”套餐深度教研的理论与实践[M].广州：广东教育出版社，2021：15

[10] 李辉.如何培养学生“宏观辨识与微观探析”核心素养[J].中学化学教学参考，2023（9）：6-8.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.

*项目来源：中山市教育科研2020年重点项目课题“基于‘证据推理与模型认知’核心素养培养的化学教学研究”（编号：

A2020024）；2023年度中山市教育科研课题“核心素养导向的初中化学‘教学评一体化’实践研究”（课题编号：B2023

020）；2023年度广东省中小学教师教育科研能力提升计划重点项目课题“手持技术数字化实验发展中学生化学核心素养的

教学实践研究——以‘证据推理素养’为例”（课题编号：2023ZQJK097）。

作者简介：刘庆丰，中山纪念中学初中化学科组长，高级教师。