孫春霞 李宛洋 劉頭明

摘要：以人類火星探索活動(dòng)為情境，進(jìn)行了以“人類登陸火星的氣體準(zhǔn)備”為情境的課堂探究活動(dòng)，整合了初中化學(xué)中與氧氣相關(guān)的部分知識(shí)，建構(gòu)了有關(guān)制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，探索在初中常規(guī)課堂教學(xué)中實(shí)施基于情境的深度學(xué)習(xí)活動(dòng)。

關(guān)鍵詞：常規(guī)課堂;情境;深度學(xué)習(xí);制取氣體

文章編號(hào)：1008-0546（2022）05-0053-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.012

莫琳·希凱認(rèn)為：深度思考就是不斷逼近問題的本質(zhì)[1]。而深度學(xué)習(xí)是對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)的本質(zhì)描述，包括學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效度、思維層次及認(rèn)知進(jìn)階等方面。

教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心負(fù)責(zé)的深度學(xué)習(xí)總項(xiàng)目組將深度學(xué)習(xí)界定為：“在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生掌握學(xué)科的核心知識(shí)，理解學(xué)習(xí)的過程，把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法，形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、高級(jí)的社會(huì)情感、積極的態(tài)度、正確的價(jià)值觀，成為未來社會(huì)歷史實(shí)踐的主人。[2]”該界定通過“具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題”明確教學(xué)要有核心活動(dòng)，確保學(xué)生思維的深度，通過“全身心積極參與、體驗(yàn)成功”界定學(xué)習(xí)過程中學(xué)生參與的思維深度和情感深度，通過“獲得發(fā)展”界定學(xué)習(xí)結(jié)果的深度[3]。

課堂是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的主陣地。如何在常規(guī)課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力呢？

2021年 5月，我國(guó)祝融號(hào)火星車成功著陸火星，全民振奮。在中考前的復(fù)習(xí)階段，我們以這一高科技素材為依托，設(shè)計(jì)了一節(jié)以“人類登陸火星的氣體準(zhǔn)備”為情境的課堂探究活動(dòng)，整合了初中化學(xué)中與氧氣相關(guān)的部分知識(shí)，建構(gòu)了有關(guān)制取氧氣原理的模型，并依托此模型完成具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，探索在初中常規(guī)課堂教學(xué)中實(shí)施基于情境的深度學(xué)習(xí)活動(dòng)。

一、教學(xué)內(nèi)容分析和教學(xué)現(xiàn)狀分析

初三中考前的化學(xué)復(fù)習(xí)時(shí)間往往比較緊張，化學(xué)復(fù)習(xí)課主要以教師引領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)、練題講題形式進(jìn)行，知識(shí)的再現(xiàn)往往浮于表面，形式比較枯燥，不能讓學(xué)生感受到化學(xué)學(xué)習(xí)的價(jià)值，因而不能真正觸動(dòng)學(xué)生心靈。學(xué)生的學(xué)習(xí)主要由考試驅(qū)動(dòng)，而不是源于認(rèn)知的需要和解決問題的需要，復(fù)習(xí)效果也往往不理想。

初中化學(xué)中與氧氣相關(guān)的知識(shí)如氧氣的性質(zhì)、用途和制取，一直是中考考查重點(diǎn)。氣體制取的原理和方法，是中考考查的難點(diǎn)內(nèi)容，是初中化學(xué)的核心問題之一，也是初高中銜接的重要方面。本課例以初中學(xué)生十分感興趣的探索火星情境展開教學(xué)，將知識(shí)鑲嵌于情境中，以驅(qū)動(dòng)性問題引導(dǎo)探究，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)制取氧氣的原理模型，形成學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科核心問題的理解，促進(jìn)學(xué)生的深度理解和高階思維能力發(fā)展，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知道地球大氣的成分，能用對(duì)比的方法，分析地球大氣和火星大氣成分異同點(diǎn)和主要成分性質(zhì)的異同點(diǎn);

2.通過思考人類登陸火星過程中氧氣的用途，深化對(duì)氧氣用途的認(rèn)識(shí);

3.通過頭腦風(fēng)暴全面了解制取氧氣的方法，能通過小組討論評(píng)價(jià)各方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，并建構(gòu)模型形成制取氧氣的原理，使碎片化知識(shí)細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的核心知識(shí)，體驗(yàn)變化觀念，發(fā)展模型認(rèn)知素養(yǎng);

4.利用制取氧氣的原理模型，挑戰(zhàn)火星原位資源利用制取氧氣的方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，提升資料閱讀能力，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

三、教學(xué)流程

四、教學(xué)過程

1.情境導(dǎo)入：鏈接高科技

【播放視頻】2021年5月我國(guó)祝融號(hào)火星車（見圖2）成功著陸火星的過程以及天體化學(xué)家歐陽自遠(yuǎn)院士的火星夢(mèng)。

【導(dǎo)入】看到祝融號(hào)火星車成功著陸火星，同學(xué)們都熱情澎湃，滿滿的自豪感！讓我們展望一下：火星探測(cè)的下一步就是人類登陸火星。人類若要登陸火星，需要做哪些氣體方面的準(zhǔn)備呢？

【生】人類登陸火星需要氧氣。

設(shè)計(jì)意圖：利用火星探索的高科技素材情境，激發(fā)同學(xué)們的愛國(guó)主義情懷和學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)入：人類登陸火星的氣體準(zhǔn)備。

2.對(duì)比學(xué)習(xí)：探究大氣成分

【師】說到氣體，地球和火星表面都有大氣層。

【ppt】火星大氣成分含量的圖表（見圖3）。

【驅(qū)動(dòng)性問題1】火星大氣有哪些成分？是否有氧氣呢？

【驅(qū)動(dòng)性問題2】結(jié)合你所知道的地球大氣成分含量，分析地球大氣和火星大氣成分有哪些異同點(diǎn)？

【驅(qū)動(dòng)性問題3】人類呼吸需要氧氣，而火星大氣的主要成分是二氧化碳，氧氣和二氧化碳的性質(zhì)和用途有哪些異同點(diǎn)呢？

設(shè)計(jì)意圖：利用表格（見表1），引導(dǎo)學(xué)生比較地球大氣和火星大氣的成分差異，學(xué)會(huì)閱讀圖表分析數(shù)據(jù)，學(xué)會(huì)用對(duì)比的方法綜合復(fù)習(xí)兩種不同氣體的性質(zhì)和用途。

3.建立模型：探究制取氧氣的原理

【驅(qū)動(dòng)性問題1】人類登陸火星為什么需要大量氧氣？

【生】火星探測(cè)需要大量氧氣。宇航員呼吸需要氧氣，航天器飛行也需要氧氣作為助燃劑，并且后者消耗氧氣的量更多。

【驅(qū)動(dòng)性問題2】你知道哪些制取氧氣的方法？請(qǐng)小組討論，寫出制取氧氣的方法，方法越多越好。

【生】頭腦風(fēng)暴，在黑板上寫出制取氧氣的方法。

【驅(qū)動(dòng)性問題3】這些制取氧氣的方法，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，又分別適用于什么場(chǎng)合呢？你能具體舉例說說嗎？

【生】小組討論、課堂分享、交流評(píng)價(jià)。表2 制取氧氣的方法

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴方式復(fù)習(xí)制取氧氣的方法，從而將平時(shí)零散所學(xué)的制取氧氣的方法聚集整合起來。通過學(xué)生小組討論、課堂分享和交流評(píng)價(jià)的方式，以學(xué)生為主體，學(xué)生能從反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)條件、氣體是否純凈、成本、環(huán)保、產(chǎn)生速度等角度分析各制取氧氣方法的優(yōu)劣，從而進(jìn)一步分析這些方法的適用場(chǎng)合，如實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)、醫(yī)療、宇航、潛水等。進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)制取氧氣方法的理解，提高解決實(shí)際問題的能力，形成化學(xué)核心知識(shí)和學(xué)科思想。

【驅(qū)動(dòng)性問題4】這么多種制取氧氣的方法，你能分類嗎？

【生】可以分為三類，物理方法、化學(xué)方法和生物方法。

設(shè)計(jì)意圖：建構(gòu)制取氧氣原理的模型（見圖4），解決核心問題，使知識(shí)結(jié)構(gòu)化，為后續(xù)運(yùn)用此模型完成挑戰(zhàn)性任務(wù)做鋪墊。

4.創(chuàng)新應(yīng)用：探究在火星上制取氧氣的方法

【提供資料】教師事先以學(xué)案方式，提供有關(guān)火星大氣、土壤、氣候、環(huán)境等方面資料。

【驅(qū)動(dòng)性問題1】人類登陸火星并從火星返回地球時(shí)，需要大量氧氣做助燃劑。如何利用火星原位資源制取氧氣？請(qǐng)大家結(jié)合制取氧氣的原理以及學(xué)案資料，小組討論并設(shè)計(jì)合理方案。

【生】小組討論、課堂分享、交流評(píng)價(jià)（見表3）。表3 火星原位資源利用制取氧氣的方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)火星原位資源利用制取氧氣的方案，運(yùn)用制取氧氣原理的模型，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，獲得對(duì)化學(xué)核心知識(shí)和學(xué)科思想的深刻理解，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。

【驅(qū)動(dòng)性問題2】有一位同學(xué)提出，火星大氣中含大量二氧化碳，因此能以二氧化碳為原料制取氧氣，大家覺得這個(gè)方案可行嗎？

【大多數(shù)學(xué)生】不可行。我們沒有學(xué)過這樣的反應(yīng)。

【學(xué)生A】也許可行，符合質(zhì)量守恒定律。

【學(xué)生B】從原料看，二氧化碳含有氧元素，可能可以作為制取氧氣的原料。也許存在這樣的反應(yīng)只是我們不知道呢？

【師】化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，可用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)假設(shè)?；鹦强茖W(xué)家已經(jīng)在火星上用二氧化碳為原料制取出了少量氧氣?，F(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們觀看視頻。

【播放視頻】2021年4月美國(guó)毅力號(hào)火星車?yán)没鹦谴髿庵械亩趸汲晒χ迫⊙鯕狻?/p>

【師】課堂小結(jié)：相信科學(xué)、展望未來！

設(shè)計(jì)意圖：從二氧化碳能否作為制取氧氣的原料，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)制取氧氣原理的認(rèn)識(shí)，能夠跳出知識(shí)的局限，站在更高的原理角度看問題。

五、教學(xué)效果與反思

本節(jié)課以“人類登陸火星的氣體準(zhǔn)備”為情境，層層遞進(jìn)，設(shè)計(jì)了由淺入深的三個(gè)探究任務(wù)，分別是：探究地球和火星大氣成分、探究制取氧氣的原理、探究火星原位資源利用制取氧氣的方案。整個(gè)課堂的學(xué)習(xí)活動(dòng)成為解決問題的過程。通過全身心投入，完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，學(xué)生獲得對(duì)化學(xué)核心知識(shí)和學(xué)科思想的深刻理解，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的遷移和應(yīng)用，體會(huì)了化學(xué)學(xué)科價(jià)值。

1.貫穿整節(jié)課的火星探索情境，充滿科技感，學(xué)生興趣濃厚，充滿好奇，能夠全身心積極參與課堂，小組討論熱烈，課堂分享和評(píng)價(jià)交流踴躍，發(fā)展了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。整節(jié)課以學(xué)生為主體，氣氛活躍，有思維的流動(dòng)和碰撞。學(xué)生在回顧制取氧氣的方法時(shí)，除了一些常規(guī)方法，部分學(xué)生還想到了課本上拉瓦錫分解氧化汞獲得氧氣的方法、習(xí)題中出現(xiàn)的過氧化鈉與水或二氧化碳反應(yīng)制取氧氣、次氯酸鈉與過氧化氫反應(yīng)制取氧氣等。我相信部分學(xué)生探索火星的熱情，一定會(huì)延伸到課后，使他們更加關(guān)注國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的航天領(lǐng)域，進(jìn)一步激發(fā)出他們的科學(xué)精神、自豪感和使命感。

2.以驅(qū)動(dòng)性問題鏈展開教學(xué)，建立化學(xué)視角，促進(jìn)學(xué)生的深度思考，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)科方法。學(xué)生發(fā)展了閱讀圖表的能力、資料信息的提取和加工能力;通過對(duì)比氧氣和二氧化碳的性質(zhì)和用途，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)對(duì)比學(xué)習(xí)的方法;通過建立模型，深化了學(xué)生對(duì)制取氧氣原理的理解，建立解決問題的思維框架;通過分析制取氧氣方法的優(yōu)劣和適用場(chǎng)合，深化了學(xué)生對(duì)物質(zhì)變化、性質(zhì)和用途的理解。

3.挑戰(zhàn)性任務(wù)引領(lǐng)學(xué)生高階思維。在設(shè)計(jì)火星原位資源利用制取氧氣方案時(shí)，當(dāng)有學(xué)生提出電解水制取氧氣時(shí)，有學(xué)生馬上質(zhì)疑說，根據(jù)資料，火星上的鹽湖水中含有氯化鈉，電解鹽湖水會(huì)不會(huì)產(chǎn)生其他雜質(zhì)氣體。當(dāng)老師提出火星大氣中的二氧化碳是否可以作為制取氧氣的原料時(shí)，大多數(shù)同學(xué)質(zhì)疑和反對(duì)，而個(gè)別同學(xué)經(jīng)過認(rèn)真思考制取氧氣的原理后，提出也有可能，這是十分了不起的。接著同學(xué)們通過觀看視頻，了解到在火星上利用二氧化碳制取氧氣已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，感到震撼。這一認(rèn)知沖突，恰恰有利于進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

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