深度學(xué)習(xí)下的化學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)教學(xué)
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關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；化學(xué)啟蒙；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
深度學(xué)習(xí)是一種基于批判性理解的學(xué)習(xí)，是學(xué)習(xí)者以高階思維的發(fā)展和實(shí)際問題的解決為目標(biāo)，以整合的知識(shí)為內(nèi)容，積極主動(dòng)地、批判性地學(xué)習(xí)新的知識(shí)和思想，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，且能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中的一種學(xué)習(xí)。[1]九年級(jí)是化學(xué)基礎(chǔ)教育的啟蒙階段,是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)化學(xué)思維的重要階段。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，化學(xué)啟蒙教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“教師在教學(xué)中應(yīng)高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育功能，盡可能多地為學(xué)生提供動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)開展微型實(shí)驗(yàn)、家庭小實(shí)驗(yàn)等?！盵2]在化學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師運(yùn)用深度學(xué)習(xí)理念，可有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)化學(xué)思維?；诖耍P者從四個(gè)方面探討化學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，以期拋磚引玉。
一、創(chuàng)設(shè)生活情境，著意遷移應(yīng)用
深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生對學(xué)習(xí)情境的深刻理解，對關(guān)鍵要素的準(zhǔn)確判斷和把握，在相似的情境中舉一反三，也能在新情境中分析判斷差異，并能遷移應(yīng)用。學(xué)習(xí)心理學(xué)研究表明，學(xué)生對知識(shí)理解得越好，越有可能發(fā)生遷移應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)和方法解釋生活現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解。案例1酸和堿之間發(fā)生的反應(yīng)教師出示三瓶廢液，是分別來自三個(gè)工廠排出的三種廢水：含鹽酸的廢水（廢液A）、含硫酸的廢水（廢液B）以及含氫氧化鈉的廢水（廢水C）。提出問題：這些廢液能直接排到環(huán)境中去嗎？你有什么解決辦法？那種辦法最好？學(xué)生思考回答：不能。用堿把酸反應(yīng)掉，用酸把堿反應(yīng)掉。最好的辦法是將廢液A與廢液C、廢液B與廢液C直接混合反應(yīng)。教師說明，這只是猜想，需要通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)和確認(rèn)。教師介紹本節(jié)課的框架：酸和堿都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)嗎？酸和堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？酸和堿反應(yīng)在生活和生產(chǎn)中有何應(yīng)用？教師演示：氫氧化鐵與稀鹽酸、氫氧化銅與稀硫酸的反應(yīng)。學(xué)生觀察：氫氧化鐵沉淀消失，氫氧化銅沉淀消失，說明它們發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。教師設(shè)計(jì)兩個(gè)問題：問題1：由于廢液都是無色溶液，反應(yīng)無明顯現(xiàn)象。廢液A（B）與廢液C能反應(yīng)嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)廢液A（B）與廢液C是否發(fā)生了反應(yīng)？這是一個(gè)真實(shí)的問題，這個(gè)問題具有開放性和一定的探究性，這樣產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)。方案一：依據(jù)酸和堿的性質(zhì)，用金屬、金屬氧化物等檢驗(yàn)酸是否存在，用紫色石蕊、無色酚酞等檢驗(yàn)堿是否存在。方案二：依據(jù)溶液的酸堿性，用PH試紙，測量變化前后溶液的酸堿性變化。方案三：化學(xué)反應(yīng)的過程中伴有能量的變化，用溫度計(jì)，測量變化前后溶液的溫度變化。引導(dǎo)學(xué)生分析三個(gè)方案，其中方案一最簡單，方案三可能溫度變化不明顯，方案二是定量實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論填入表1中。問題2：從微觀角度看，酸和堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么的？以鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)為例。學(xué)生分析如下：HCl=H++Cl-、NaOH=Na++OH-，反應(yīng)前四種離子H+、Cl-、Na+、OH-，水是難電離的物質(zhì)，反應(yīng)后只有Cl-、Na+，說明酸和堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是H++OH-=H2O,即每個(gè)氫離子和氫氧根離子反應(yīng)生成一個(gè)水分子。情景1：被蚊子叮咬處腫成大包，這是蚊子在人的皮膚內(nèi)分泌出蟻酸，使皮膚腫痛。你有什么辦法減輕癥狀嗎？學(xué)生知道可以涂抹含堿性的物質(zhì)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以涂抹牙膏、肥皂水、花露水等，但不能涂抹氫氧化鈉，因?yàn)樗母g性強(qiáng)，會(huì)造成皮膚的二次傷害。情景2：用熟石灰改良酸性土壤，說出其中的原理。學(xué)生知道，熟石灰是堿性物，能與土壤中的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但不能用氫氧化鈉，因?yàn)樗母g性強(qiáng)，雖然熟石灰也有腐蝕性，但熟石灰微溶于水，所以它的腐蝕性對農(nóng)作物影響較小。本案例以“廢液的處理”這一生活問題引入新課，在實(shí)驗(yàn)過程中，讓學(xué)生根據(jù)自己的理解設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，歸納得出酸和堿能反應(yīng)生成鹽和水的實(shí)質(zhì)，并運(yùn)用演繹法進(jìn)行遷移，了解酸堿反應(yīng)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生體驗(yàn)“從生活走向化學(xué)，從化學(xué)走向生活”的課程理念。
二、進(jìn)行證據(jù)推理，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)
深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是理解性學(xué)習(xí)，關(guān)鍵在于主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)，價(jià)值則體現(xiàn)為學(xué)生對知識(shí)的內(nèi)化和遷移。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行證據(jù)推理，挖掘知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，有效構(gòu)建原有知識(shí)與新知識(shí)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，有助于學(xué)生對知識(shí)的理解和內(nèi)化。案例2鹽酸的化學(xué)性質(zhì)教師提供紫色石蕊、無色酚酞、鐵釘、鋅粒、銅片、生銹的鐵釘、氧化銅粉末和碳酸鈣（雞蛋殼）、硝酸銀，要求學(xué)生分類。學(xué)生分類：這些物質(zhì)可分為指示劑（石蕊、酚酞），金屬（鐵釘、鋅粒、銅片），金屬氧化物（鐵銹、氧化銅粉末），鹽類（碳酸鈣和硝酸銀）。教師演示實(shí)驗(yàn)：讓鹽酸和不同的物質(zhì)反應(yīng)，學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師設(shè)置三個(gè)引導(dǎo)性問題：問題1：你認(rèn)為它們是否發(fā)生了化學(xué)變化？哪些證據(jù)支持你的推斷？此問題難以直接觀察獲得答案，這樣就產(chǎn)生了深度學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，避免學(xué)生走馬觀花。問題2：從以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)看出，鹽酸具有哪些性質(zhì)呢？問題3：鹽酸的這些性質(zhì)分別具有什么用途？匯報(bào)交流：以分組的形式進(jìn)行匯報(bào)，并嘗試對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐评?。其他組的同學(xué)進(jìn)行評價(jià)或質(zhì)疑，并由該組學(xué)生做出解釋。最后，思考：物質(zhì)的性質(zhì)與用途有什么關(guān)系？此問題具有一定綜合性，實(shí)際上是知識(shí)的深度應(yīng)用，最后畫出知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。證據(jù)推理是指依據(jù)事實(shí)根據(jù)，進(jìn)行合理推理從而得出結(jié)論的方法。本案例從探索物質(zhì)的一般框架入手，要求學(xué)生收集證據(jù)，進(jìn)行證據(jù)推理，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，他們自我建構(gòu)鹽酸的性質(zhì)知識(shí)體系，將所學(xué)習(xí)的化學(xué)性質(zhì)遷移到生活中，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。
三、關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，強(qiáng)調(diào)信息整合
深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)信息整合，提倡將新知識(shí)與已知概念和原理聯(lián)系起來，整合到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而引起對新知識(shí)的理解、長期保持及遷移應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師挖掘課本中實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，尊重和利用學(xué)生的前概念，啟發(fā)學(xué)生思考，對其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊?、拓展、反思、整合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化錯(cuò)誤前概念，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘０咐?二氧化碳與水是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可樂、雪碧等飲料中都含有二氧化碳，但卻叫碳酸飲料，為什么不叫二氧化碳飲料？打開瓶蓋看到飲料冒泡，這些氣體是溶解在水中的二氧化碳因氣壓減小而生成，還是因?yàn)槎趸寂c水反應(yīng)生成碳酸，而碳酸分解生成二氧化碳？對上述問題的解答，教師往往忽視學(xué)生的相關(guān)前概念，學(xué)生由此產(chǎn)生認(rèn)知上的困難。怎樣幫助學(xué)生轉(zhuǎn)化前概念，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)呢？教學(xué)設(shè)計(jì)如下：教師演示：在一個(gè)充滿二氧化碳的軟塑料瓶里，迅速倒入少量水，立即將瓶蓋擰緊振蕩，觀察有什么現(xiàn)象，如圖2所示。思考與討論：二氧化碳溶于水的過程中，有沒有發(fā)生化學(xué)變化呢？如何檢驗(yàn)？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取兩支試管，分別加入少量蒸餾水及圖2中變扁的瓶中液體。然后分別滴加少量紫色石蕊試液，觀察兩支試管中液體顏色的變化，如圖3所示。質(zhì)疑問難：二氧化碳能溶于水，通常1體積水中能溶解1體積的二氧化碳。那么，二氧化碳是酸性氧化物能否也能使紫色石蕊試液變紅色？人感知客觀現(xiàn)象的能力是有限的，懂科學(xué)的人并非只用眼睛看世界。我們需要有懷疑的態(tài)度，在行進(jìn)的過程中暫時(shí)停下來想一想：是這樣的嗎？我們有沒有搞錯(cuò)？課堂開始躁動(dòng)，學(xué)生紛紛提出自己的猜想。假設(shè)1：二氧化碳溶于水，但不與水反應(yīng)，二氧化碳使石蕊試液變色。假設(shè)2：二氧化碳溶于水，與水反應(yīng)，生成碳酸，碳酸使石蕊試液變色。學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)器材：水、石蕊試液浸泡過的干花，石蕊試紙、二氧化碳等。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，證明是二氧化碳還是二氧化碳與水反應(yīng)生成的碳酸使石蕊變紅。實(shí)驗(yàn)方案如圖4所示。美國著名數(shù)學(xué)家波利亞指出：“在教授一門科學(xué)（或一個(gè)理論，或一個(gè)概念）時(shí)，我們應(yīng)該讓兒童重走人類在大腦進(jìn)化過程中走過的重要幾步?！盵3]本案例圍繞二氧化碳是否與水反應(yīng)的前概念，引導(dǎo)學(xué)生自我質(zhì)疑提出新的假設(shè)，學(xué)生能夠通過自身思維方法批判性理解學(xué)習(xí)活動(dòng)，為他們終身發(fā)展提供了一種新思路，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。
四、進(jìn)行創(chuàng)新評價(jià)，指向問題解決
深度學(xué)習(xí)的目的是要解決認(rèn)知過程中的實(shí)際問題，強(qiáng)調(diào)批判性學(xué)習(xí)，這就要求教師在教學(xué)中不斷通過評價(jià)調(diào)控學(xué)習(xí)過程及結(jié)果，以促進(jìn)學(xué)生解決問題，促進(jìn)高階思維的發(fā)展和深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中異常現(xiàn)象的出現(xiàn)，會(huì)對學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。[4]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師不要采取回避的態(tài)度，甚至可以設(shè)計(jì)一些“異常”的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入反思和探究，從而解決問題并對原有實(shí)驗(yàn)建立新的認(rèn)知。案例4測定空氣中氧氣的含量“空氣中氧氣的含量的測定”這個(gè)實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)里可能已經(jīng)做過，但因燃燒的物質(zhì)是蠟燭而不是磷，實(shí)驗(yàn)誤差較大。為了理解教科書的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)原理，先讓學(xué)生閱讀拉瓦錫對空氣成分的科學(xué)實(shí)驗(yàn)（如圖5），然后回答下列問題：在拉瓦錫研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理是什么？在拉瓦錫研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)中會(huì)有哪些現(xiàn)象？拉瓦錫研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？學(xué)生討論得出：用汞與空氣中氧氣反應(yīng)并耗盡，瓶內(nèi)減少空氣的體積與進(jìn)入鐘罩內(nèi)汞的體積相等；鐘罩內(nèi)的汞上升且體積約占剩余氣體體積的1/5，加熱氧化汞后產(chǎn)生的氣體體積與實(shí)驗(yàn)中消耗的氣體體積相等；拉瓦錫研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)，說明空氣中氧氣的體積約占1/5。教師演示實(shí)驗(yàn)，（如圖6）實(shí)驗(yàn)過程中，點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即塞緊瓶塞，突然，瓶塞被沖出，筆者趕緊塞緊，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)?；鹧嫦绾?，振蕩集氣瓶，打開導(dǎo)管上的夾子，學(xué)生發(fā)現(xiàn)燒杯內(nèi)的水沒有被大氣壓壓入集氣瓶中。這些異?，F(xiàn)象，產(chǎn)生的原因是什么？討論1：為什么同樣用紅磷來實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果偏小呢？學(xué)生討論得出，紅磷不足，氧氣未完全燃燒；裝置漏氣，瓶內(nèi)氣壓變化較小；未冷卻到室溫就打開止水夾，瓶內(nèi)剩余氣體受熱膨脹，這樣為學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。討論2：在實(shí)驗(yàn)過程中，為什么瓶塞會(huì)被沖出？為什么水不被壓入集氣瓶？由于燃燒放出大量的熱量，瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，如果瞬間沒有塞緊，容易導(dǎo)致瓶塞被沖出，此時(shí)再塞瓶塞，導(dǎo)致瓶內(nèi)氣壓變化不大，所以水也不會(huì)壓入。討論3：應(yīng)如何從減小實(shí)驗(yàn)誤差的角度來改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)？學(xué)生考慮換用白磷，白磷的著火點(diǎn)低，采用光加熱，如果還是用紅磷，則采用電加熱，避免空氣進(jìn)入和瓶塞沖出等。針對實(shí)驗(yàn)意外事件，從學(xué)生視角設(shè)計(jì)三個(gè)開放性問題，從問題解決的角度，給學(xué)生充分時(shí)間討論，讓學(xué)生暴露學(xué)習(xí)的困難和錯(cuò)誤，并為學(xué)生提供自糾和互糾的機(jī)會(huì)，這是一種高階思維的鍛煉，也是學(xué)生深度學(xué)習(xí)的體驗(yàn)。
五、結(jié)語
學(xué)生是否深度學(xué)習(xí)具有三個(gè)基本特征：注重批判性思維的運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，指向問題解決。在化學(xué)啟蒙實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅要提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力，更要體現(xiàn)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的遷移應(yīng)用，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，真正把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，使他們體會(huì)到化學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣，引導(dǎo)應(yīng)用、分析、綜合、評價(jià)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)：
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作者：陳懋 費(fèi)志明 單位：海寧市斜橋中學(xué)