王秀閣 姚曉倩

摘? ?要

為了落實立德樹人的教育目標，以中學化學實驗教學為載體，以學生關(guān)鍵能力培養(yǎng)的教學理念為指導，提出實驗貫穿教學、驅(qū)動質(zhì)疑、聯(lián)系生活、構(gòu)建實驗思維導圖、自主探究實驗和多元評價實驗的教學策略，使學生圍繞學習內(nèi)容積極參與，把握化學學科的思想方法，形成內(nèi)在的學習動機并獲得發(fā)展，以期提升學生的化學素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞

深度學習? 化學實驗? 中學化學

化學實驗活動是化學學科學習的基石，實驗實踐活動教學的有效實施是轉(zhuǎn)變學生學習方式和實現(xiàn)化學學科育人功能的重要保障。深度學習緣起于人工智能中多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器學習方法，教育領(lǐng)域的深度學習是指能夠超越表層知識達成對知識意義的深層次理解，敢于質(zhì)疑，主動、批判地學習新思想并將它們?nèi)谌朐械恼J知結(jié)構(gòu)中，通過知識遷移在新情境中做出恰當?shù)臎Q策來解決問題[1]。化學實驗教學中開展深度學習活動能夠培養(yǎng)創(chuàng)新精神和科學態(tài)度，對學生形成科學的世界觀和方法論有深刻的影響[2]，深度學習活動的開展是核心素養(yǎng)培育與提升的基本途徑，也是實現(xiàn)立德樹人教學改革深入發(fā)展的關(guān)鍵[3]。

一、化學實驗對提高深度學習能力的影響

化學實驗是科學實踐的一種類型，實踐活動是落實立德樹人教育目標的重要途經(jīng)。2017年《普通高中化學課程標準》指出化學實驗要研究物質(zhì)性質(zhì)，探究反應規(guī)律，進行物質(zhì)分離、檢驗和制備等不同類型化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法，體會實驗條件控制對完成科學實驗及探究活動的作用，進一步體現(xiàn)了化學實驗教學落實化學學科核心素養(yǎng)的要求?；瘜W實驗教學中引導學生深度學習可達到從宏觀現(xiàn)象到微觀涵蓋的復雜概念、結(jié)構(gòu)化知識等知識性目標，高階思維能力、高水平動作技能的技能性目標，還有知識應用過程中形成的情感態(tài)度價值觀目標，這些深度學習目標的實現(xiàn)是提升學生核心素養(yǎng)的重要基石。

實驗教學的各環(huán)節(jié)都能為學生的深度學習提供載體，實驗現(xiàn)象觀察中發(fā)現(xiàn)問題，實驗設(shè)計探究中求證問題，實驗異常分析中拓展思維解決問題，實驗結(jié)果交流中批判性地看待問題解決方案的優(yōu)缺點，形成自主學習和深度學習的學習習慣，提升學生的化學核心素養(yǎng)?；瘜W變化能夠發(fā)生的原因與多方因素密切相關(guān)，豐富的實驗現(xiàn)象能夠激發(fā)學生主動思考，思考是牽動深度學習的源頭?；瘜W教學中利用實驗引導學生運用多種感官協(xié)同作用認識物質(zhì)的性質(zhì)及變化規(guī)律，提高觀察和分析推理能力;運用已有知識辨析實驗現(xiàn)象并對現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行合理推理，形成由具體到抽象、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認知過程，提高證據(jù)推理和模型建構(gòu)能力;根據(jù)實驗提供的真實情境培養(yǎng)學生信息獲取能力和思維辨析、分析解決問題的能力，通過批判思維和知識的遷移應用塑造認真嚴謹?shù)目茖W品質(zhì)，可培養(yǎng)學生堅持持續(xù)發(fā)展的責任感。

二、中學生化學實驗深度學習狀況調(diào)查

1.問卷的編制與分析

深度學習是學習者利用深度學習法獲得高質(zhì)量學習結(jié)果、實現(xiàn)有意義學習的一種學習方式，其最終目標是促進學習目標的全面達成和高階思維能力的發(fā)展[4]。高階思維能力主要是指批判思維、自主學習、解決問題的能力，結(jié)合前人對深度學習的解析及化學實驗特點，從深度學習的批判思維、遷移運用能力、知識整合與建構(gòu)、主動學習與反思四個維度設(shè)計“中學生化學實驗深度學習狀況”調(diào)查問卷，了解學生深度學習能力的發(fā)展現(xiàn)狀，各維度題目分析情況見表1。

2.問卷調(diào)查結(jié)果與分析

采用李克特五點量表法對問卷各題進行賦分，選項A.完全符合B.比較符合C.不確定D.不太符合E.完全不符合，分別對應5、4、3、2、1分，總分65分，得分越高，說明化學實驗深度學習能力越強。選取唐山市部分中學生為調(diào)查對象，隨機發(fā)放問卷160份，回收160份，無效問卷4份，有效問卷156份。

（1）問卷整體結(jié)果與分析

問卷平均分43.4分，說明中學生化學實驗深度學習意識不強。對批判思維、遷移運用能力、知識整合與建構(gòu)、主動學習與反思各維度分別分析發(fā)現(xiàn)四個維度的平均得分為：3.05、3.62、3.59、3.02，主動學習與反思意識最差，批判思維能力還有待提升，學生在知識的遷移運用和整合建構(gòu)方面具有較高水平。這一結(jié)果說明學生與老師的觀點不同時，更多是在“傾聽”，而沒有進行自主思考和批判性思維的習慣，這就要求老師要不斷提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，教學時給學生留下反駁的機會，鼓勵并引導學生用批判的思維方式分析實驗現(xiàn)象，尋找充分的證據(jù)進行論證和推理。

實驗教學中教師可利用學生已具備的知識建構(gòu)能力，以問題探究為契機引導學生多角度思考，全方面深度學習培養(yǎng)學生的質(zhì)疑精神，為高階思維的發(fā)展做鋪墊。當實驗結(jié)果與已知結(jié)論相悖時，要給學生從實驗源頭分析為什么出錯的機會，同時引導學生從證明和證偽兩個角度分析實驗過程，并用批判性思維巧妙應用實驗反駁學生錯誤，在實驗觀察分析與探究中提升深層次學習思考的能力。例如鹽類水解復習課中，以FeCl3和Na2SO3實驗為引子，實驗前讓學生根據(jù)已有知識分析兩者反應可能的現(xiàn)象，但不告訴學生具體的操作步驟。然后學生進行實驗，有的學生將FeCl3滴入Na2SO3溶液中，有的學生將Na2SO3滴入FeCl3溶液中，兩者實驗現(xiàn)象不同，老師抓著此機會，引導學生從物質(zhì)類別和氧化還原反應兩個角度分析FeCl3和Na2SO3反應，根據(jù)實驗現(xiàn)象的不同如何證明兩者發(fā)生了哪一類型的化學反應？用證偽的思想怎樣用實驗反駁和你不一樣現(xiàn)象的實驗結(jié)果呢？批判性的解釋酸堿性對該反應發(fā)生類型的影響，并進一步探究設(shè)計實驗證明你的觀點。

（2）不同性別學生的調(diào)查結(jié)果與分析

男女生在理解能力、分析能力、性格特征等方面都有差異，對調(diào)查結(jié)果分性別進行整理，總體上看男生化學實驗的深度學習意識總體比女生好。男生思維活躍度高，會嘗試設(shè)計多種實驗方法，并能選取最優(yōu)方案進行實驗操作，女生心思細膩但缺乏探索意識。實驗教學中可以讓女生擔任小組長，一方面出于責任感，女生會積極探究;另一方面，男生可以從中學習女生認真細心的學習態(tài)度，充分發(fā)揮男女生的學習優(yōu)勢。

（3）不同年級學生的調(diào)查結(jié)果與分析

初三到高二學生的年齡在15～17周歲，由叛逆期逐漸走向成熟期，學生的理解力有所提高。而隨著年級的增高，學習內(nèi)容的深度和難度增加，對學生深度學習的要求也逐漸提高。研究不同年級深度學習能力的四個維度平均分（見圖1）發(fā)現(xiàn)：四維度不同年級階段的學生得分都不高，相對來說高二學生的批判思維和主動學習與反思意識較強，初三學生的知識整合與遷移運用能力得分較高，說明知識熟練掌握程度是運用知識解決問題的關(guān)鍵，教學中要多創(chuàng)設(shè)實驗情境，貫穿質(zhì)疑問題，加深對所學知識的理解，用思維導圖、模型建構(gòu)等方式增進知識的長時記憶。

三、化學實驗深度學習的教學策略

問卷調(diào)查結(jié)果顯示中學生深度學習能力一般，結(jié)合深度學習的思維方式和不同階段學生的深度學習現(xiàn)狀，以化學實驗教學為載體，著重發(fā)展主動學習和批判反思意識，掌握知識整合與體系建構(gòu)的方法，形成知識遷移能力，充分發(fā)揮化學實驗教學的育人功能。

1.實驗貫穿課堂教學，激發(fā)學習興趣

興趣是引領(lǐng)學習發(fā)展的良師益友，化學實驗是激發(fā)學習興趣常用的方法之一。實驗貫穿課堂教學始終，從觀察到的宏觀實驗現(xiàn)象到反應本質(zhì)的深入分析，從化學反應本質(zhì)的深入分析到探究實驗信息的深層次加工過程，能夠促進知識建構(gòu)和知識轉(zhuǎn)化的發(fā)生，以實驗引發(fā)的認知沖突推進學生思維發(fā)展，進而形成良性循環(huán)的學習過程。九年級化學上冊第一節(jié)“物質(zhì)的變化和性質(zhì)”是學生初次接觸化學，也是利用實驗激發(fā)學生學習興趣的最佳時機。課堂導入時，老師可以展示自己做的“蛋雕”：一個寫有“化學”二字的雞蛋，讓學生猜測“化學”二字是怎么寫上去的。學生猜測是用筆寫的，真相是這樣的嗎？剝?nèi)サ皻ぐl(fā)現(xiàn)蛋白上仍然有“化學”二字，這一現(xiàn)象與學生的猜測形成認知沖突，深層的探究與思考被激發(fā)。課堂教學過程中，沿著如何在雞蛋上“刻字”？“刻字”過程發(fā)生了什么變化？“刻字”的思路和原理是什么？一系列的思維發(fā)展過程建構(gòu)知識，伴隨著實驗操作完成化學性質(zhì)、物理性質(zhì)、化學變化和物理變化等重難點知識的學習。實驗貫穿教學始終，用實驗驗證猜想，理論分析實驗，初步形成研究物質(zhì)的一般思路，初建物質(zhì)研究的思維模型。課堂結(jié)束時，結(jié)合課堂所學知識留給學生課后“蛋雕”作業(yè)，雕刻內(nèi)容自由發(fā)揮，下節(jié)課前進行“蛋雕”PK賽。正式學習和非正式學習結(jié)合起來促進學習的有效性，增加學習興趣和加深對學習內(nèi)容的理解，形成正確的學習觀念和態(tài)度，落實深度學習目標。

2.實驗驅(qū)動質(zhì)疑反思，培養(yǎng)批判思維能力

化學實驗過程中充滿未知因素，充分利用千變?nèi)f化的實驗現(xiàn)象和不拘一格的實驗操作，對實驗進行反思質(zhì)疑，回歸探尋科學規(guī)律的本質(zhì)。學生在不確定的情境和不知曉實驗結(jié)果的前提下，通過實驗引發(fā)的認知沖突調(diào)動學生參與探究活動的積極性，由實驗現(xiàn)象驅(qū)動對實驗本質(zhì)的探索、分析和求證，反思實驗結(jié)果的可靠性，獲取知識和建構(gòu)知識，實現(xiàn)思維向縱深發(fā)展。由探究情境引發(fā)質(zhì)疑和思考，在求證（證實或證偽）思維和創(chuàng)新思維中拓寬認知角度，實現(xiàn)知識關(guān)聯(lián)化、組織化和結(jié)構(gòu)化理解，從而提升科學思維、判斷推理和實踐能力，促進學生核心素養(yǎng)的不斷形成和發(fā)展[5，6]。比如在氯氣化學性質(zhì)的學習中，學生用類比法根據(jù)氯氣與銅的反應產(chǎn)物猜測氯氣與鐵的反應產(chǎn)物，大部分學生很可能會做出錯誤猜測-氯化亞鐵，然后設(shè)計實驗并提出遞進性問題引導思考：（1）如何設(shè)計該反應的綠色化操作;（2）如何驗證反應產(chǎn)物是氯化鐵還是氯化亞鐵;（3）運用已有知識，尋找能夠解釋實驗現(xiàn)象和實驗產(chǎn)物的理論依據(jù);（4）由此實驗結(jié)果，你得到了哪些啟示。經(jīng)過問題引領(lǐng)設(shè)計實驗方案、獲得實驗體驗、分析實驗結(jié)果，逐步進入獲取知識、領(lǐng)悟科學觀念、掌握科學方法的深入學習過程，發(fā)展學生批判思維能力和勇于探究的科學精神。

3.實驗聯(lián)系生產(chǎn)生活，培養(yǎng)遷移運用能力

化學與人類社會、科技、生產(chǎn)生活息息相關(guān)，從學生熟悉和感興趣的生活生產(chǎn)實際中開發(fā)實驗活動資源，靈活運用自主實驗探究和教師引導式實驗探究等探究方式，不僅可以完成化學知識的學習，更是為學生提供學以致用的機會，形成社會責任感。以真實生活情境和復雜社會問題為背景材料設(shè)置實驗教學，實現(xiàn)面向問題解決的信息整合，促進知識建構(gòu)和遷移應用，運用化學知識解決實驗中出現(xiàn)的問題，發(fā)展學生歸納推理和演繹推理的能力。比如不同價態(tài)鐵元素相互轉(zhuǎn)化的知識學習，可用生活中常見的營養(yǎng)燕麥片為對象，從學生關(guān)心的生活應用為線索展開實驗教學：燕麥片中是否含鐵;什么形式的鐵能被人體吸收;還原鐵粉易被氧化為三價鐵，為什么燕麥片中要加還原鐵粉;設(shè)計實驗方案研究補鐵劑中是否真的含有二價鐵;做為一名質(zhì)檢員，如何檢測該燕麥片是否符合生產(chǎn)標準[7]？學生在生活問題的探究中掌握了知識，形成了不同價態(tài)元素間相互轉(zhuǎn)化的探究思路，拓寬了認識問題的角度，發(fā)展學生在面對化學與社會、生活、科技和環(huán)境等問題時運用科學知識解決實際問題的意識，使學生能對與化學的生活問題進行理性思考，做出正確判斷，提升知識遷移應用能力和社會責任素養(yǎng)。

4.實驗思維導圖的構(gòu)建，培養(yǎng)建構(gòu)知識能力

實驗內(nèi)容繁多，運用思維導圖系統(tǒng)思考實驗原理、操作、設(shè)計和注意事項間的關(guān)系，用圖示的形式將相互隸屬的層級關(guān)系表現(xiàn)出來，建立主題、關(guān)鍵詞、圖像等知識間的鏈接，建構(gòu)實驗相關(guān)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化記憶圖示，培養(yǎng)學生結(jié)構(gòu)化思考和知識建構(gòu)的能力。制作思維導圖的過程是學生對前后知識建立聯(lián)系，經(jīng)過知識內(nèi)化形成知識體系的過程，利于學生對知識的提取和應用，促進化學素養(yǎng)的提升。

5.實驗評價多元化，指導學生深度學習

教師的評價對學生的學習發(fā)展非常重要，嘗試展開多角度評價，重視形成性評價對深度學習的指引作用，實現(xiàn)教學中的互利共贏[8]。第一，用溝通交流的評價方式，使教和學處于平等靈活的交互模式中。比如在講解中和熱實驗時，老師向?qū)W生提出疑問——如何操作才能確保實驗數(shù)據(jù)的準確性，老師對作答學生的解答思路進行詢問并做出評價，使學生學習的疑難問題得到及時幫助和指導。第二，用“因材施評”的評價方式。比如在配置一定物質(zhì)的量濃度的溶液教學時，對于動手能力較好而理論計算能力較弱的同學，老師可加強對其實驗操作過程的鼓勵性評價，對實驗數(shù)據(jù)的計算提出對比性評價，幫助學生樹立信心的同時發(fā)現(xiàn)不足之處。第三，用生生互評的評價方式。比如小組合作的探究性的實驗，同學之間交流溝通，起到相互補充、相互促進的作用，有利于學生的認知向縱深發(fā)展。

實驗對于化學學習具有不可替代的作用，通過化學實驗引導學生體驗化學學科的獨特魅力，感受學科精神，保持長久的學習動力，培養(yǎng)學生真正熱愛化學的學習態(tài)度?；瘜W實驗教學中，充分利用化學實驗的學習特點，轉(zhuǎn)變育人方式，在知識整合與建構(gòu)、遷移運用、評價方式等方面采用合適教學策略幫助學生學會學習、學會合作，提高學生深度學習能力。深度學習能夠使學生獨立思考，將知識遷移應用于問題解決中，形成批判性思考方式，維持長久的學習興趣，實驗教學有助于學生養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度和不畏艱難的科學精神，利于學生個性化發(fā)展，全面提高教學質(zhì)量。

參考文獻

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[8] 劉玉榮，史鵬園.“深度學習”視野下高中化學實驗教學：問題與對策[J].化學教育，2018，39（17）：58-65.

[作者：王秀閣（1973-），女，河南南陽人，唐山師范學院化學系，副教授，碩士;姚曉倩（1995-），女，河北石家莊人，石家莊市元氏縣第一中學，教師。]

【責任編輯? 郭振玲】