基于“深度学习”促进化学教育价值实现的实践与思考

[摘要]提出深度学习的核心要素：真实的问题情境、主动运用批判性等高阶思维、知识的意义建构；根据刘知新先生有关化学教育价值的论述，提出了基于促进学生“深度学习”，实现化学教育价值的化学教学内涵及其实施策略。

[关键词]深度学习；化学教育价值

[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]10054634（2016）020121041

问题的提出

近年来，“深度学习”这一学习方式和学习理念，引起教师和教学研究群体的普遍关注和高度重视，国内不少学者对“深度学习”做过研究，认为深度学习发生于真实性和批判性的情境之中[1]。也有认为深度学习是一种主动的、批判性的学习方式，也是实现有意义学习的有效方式，要求学习者进行理解性的学习、批判性的高阶思维、主动的知识建构、有效的知识迁移及真实问题的解决[2]。从中可以体会到“深度学习”的核心内容：深度学习需要教师创设真实情境，引导学生主动地运用批判性等高阶思维方式解决问题，并在解决问题的过程中实现知识的意义建构。

化学教育“应有助于学生主动构建自身发展所需的化学基础知识和基本技能，增进对物质世界的认识，进一步了解化学学科的特点；有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，发展创新精神和实践能力；有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，树立可持续发展的思想”[3]。认真领会化学教育的三个“有利于”的课程性质，积极实施基于“深度学习”的化学教学活动，有助于实现化学的教育价值：“从知识（或认知）层面考察， 主要是化学知识的传递价值、启智价值和约化价值；从动作技能层面来考察，可分为化学实验研究的体验价值、探索价值和规范价值；从情意态度层面来考察，主要是作为科学教育的激励价值、养成价值和发展价值”[4]。鉴于此，笔者认为基于促进学生“深度学习”，应从以下策略入手来促进化学教育价值的实现。

2基于“深度学习”的化学教学策略

2.1创设认知冲突，引导学生深度理解化学教育的认知价值学校传授的是结构化和体系化的知识，其中必然贯穿一定的指导理论和方法论，这些理论和方法论都会对学生深度理解化学知识的认知价值产生积极的促进作用。化学知识不仅具有帮助学生认识物质组成、结构、性质、变化、应用及其创造，把握物质世界与人类社会的和谐发展，而且具有促进学生智力发展的功能。化学知识的认知价值体现在知识与智力活动间有着不可分割的联系中。首先，化学知识是人类在各种社会实践活动或科学实践中获得的对物质性质“宏观现象、微观本质、符号表达”的认识成果，是人类对事物进行再认识的基础，是人类对物质性质及其变化的基本事实、基本原理、基本规律、基本观念的总结与提升。只有掌握前人的认识成果，才能更迅速、更深入地认识和把握物质性质并创造新物质，从而推动人类文明的发展。因而学校教育中不能忽视知识的传递价值，化学基础知识传授永远是化学教育的基本任务。其次，化学知识是人类智力活动的成果，每一点关于物质性质及其变化规律的认识都闪烁着人类智慧的光芒。开展物质性质及其变化的实验探究，记录并解释发生的真实现象，探究物质性质及其变化的基本规律，在这样的过程中，学生在观察、记忆、思维、假说、想象和推理等智力方面的能力都会得到发展。再次，自然界化学物质多种多样、人类创造的新物质层出不穷，物质性质及其变化纷繁复杂，需要从分子、原子、离子等微观粒子的角度揭示物质性质及其变化的本质和内在规律性，将物质性质及其变化中某些共同特征、或从物质发生变化的现象中已经分离出来的一般的、共同的属性和特征结合起来，建立化学科学模型，形成简约化的化学基本概念和基本观念，从中发现物质的性质及其变化是有序和有规可循的。由此可见，通过创设真实的问题情境，形成认知冲突，引导学生有效“运用批判性的思维”“主动建构知识”等“深度学习”方式寻求问题解决的有效途径和方法，从而促进学生深度理解化学知识的认知价值。下面以“铝的相关反应中能量变化”的主题探究活动为例加以说明。

1） 真实的情境：①观察铝片或铝粉在纯氧和空气中燃烧、铝热反应实验现象；②观察两块相同形状、相同质量的铝片分别与100 mL 0.5 mol/LH2SO4和100 mL 1.0 mol/L HCl反应速率；③分别测两块相同形状、相同质量的铝片与100 mL0.5 mol/L H2SO4直接反应和与铜片组成原电池后反应液的温度变化。

2） 认知冲突：情境①问题：铝是非常活泼的金属，为什么铝片在空气中或纯氧中都不能燃烧？而铝粉却可以燃烧？常温下铝在空气中能稳定存在的原因是什么？铝制品为何经久耐用？情境②问题：两种酸溶液的H+浓度相同，铝片又没有明显差异，铝片与盐酸反应速率大于铝片与硫酸反应速率，可能的原因是什么？如何证明？情境③问题：测出铝与酸反应都放热，热能从哪里转化来的？原电池能量转化的方式是什么？为什么组成原电池以后溶液温度升高的值少了许多？

3） 认知价值：情境①：金属铝是一种“亲氧”元素，形成的氧化铝既致密又耐高温（熔点：铝660 ℃、氧化铝3 000 ℃）；物质之间的接触面积是影响化学反应速率的重要因素；铝粉在空气或氧气中都可以燃烧，是因为铝片变成铝粉表面积增大了许多，反应速率也随之增大；情境②：溶液的性质与溶液中存在的微粒密切相关，宏观现象往往都是微观变化的外在表现。强调诸多“相同”是体现科学研究的一种基本方法——控制变量法。两种酸溶液中阴离子不同，反应速率不同的原因有两种可能： SO42-抑制了反应，或是 Cl-促进了反应。验证的方法是在H2SO4溶液中添加少量NaCl固体或在盐酸溶液中添加少量Na2SO4固体；情境③：化学能既可以转化为热能，也可以转化成电能，能量在转化或转移过程中是守恒的。化学能转化成热能可以不需要借助一定的装置，但化学能转化成电能需要借助一定的装置。在一定装置中化学能即使转化成电能，也有一部分转化成热能，因此提高化学能转化成电能的效率是人们永恒的追求。

通过提出问题、分析问题、解决问题的过程体验，引导学生将零散的知识进行整合，并完成从具体知识向抽象知识的转换，学生在上述问题解决过程中除了接受、领会铝的性质及其能量转化的内容外，还会主动吸收积淀在铝的性质知识中的智慧、才能和思维方式等，达到了举一反三、闻一知十等深度理解化学知识认知价值的学习效果。

2.2着意迁移运用，引导学生深入领会化学教育的实践价值对“化学反应速率的教学”，课程标准要求学生“定性地掌握了反应速率的概念，反应速率的定量表示方法，定性地了解影响化学反应速率的因素”。从深度学习的核心要素来看，即应当运用批判性思维，引导学生深入理解化学反应发生、影响反应速率的微观本质——有效碰撞理论。也需要着意迁移运用，讨论比较化学反应速率快慢的方法，帮助学生建立科学的研究问题的意识与方法，同时也应联系社会生产和生活的实际，认识控制化学反应速率的关键要素，从“有效碰撞和活化能理论”出发对新的化学反应做出“举一反三”的、准确明晰的判断，从而实现化学反应速率相关知识的顺利迁移运用。同时，通过定量实验，将反应速率相关问题与图像、数据相联系，引导学生找到解决问题的切入点，与所学的相关活化能、有效碰撞理论知识发生准确的链接，培养学生数据处理和图像处理的能力，引导学生深入领会化学知识的探索、体验、规范等实践价值。

“化学反应速率”中有许多新概念，学生往往认识不清、一知半解，为了让学生更好地接受新概念，多角度设计问题，激发学生深入探究化学反应速率知识本质的欲望。教师设计一组问题：①你了解下列化学反应的快慢与我们有什么关系吗？如铁生锈、牛奶变质、溶洞形成、爆炸等；②对于锌和不同浓度的稀硫酸的实验，你准备如何比较反应速率的快慢？如冒气泡快慢、固体量的改变、温度变化等；③如何从定量的角度来表示化学反应快慢？如测定Zn的质量变化、测定H2的体积或体系的压强测定物质或H+或Zn2+的浓度变化、测定溶液的导电能力的不同、测定体系的温度或测定反应的热量变化；④如何用数学表达式表示化学反应速率？并说明它的单位。

化学反应速率知识经验源于化学实践（实验），学生在化学实验中具体运用反应速率知识，并不断丰富和发展对影响化学反应速率速率微观本质的认识。当然，实验需要观察、概括等思维活动的支持和参与，有深度思维活动的实验是化学知识教育价值实现的关键环节。在引导学生体验“明确实验目的—预测—设计方案—得出结论”完整的探究过程中，对化学知识的实践价值追求就能够将教学过程升华为有效促进学生主动探索未知世界，亲身验证自身想法的思维过程与实践过程。安排一组学生实验：①5%H2O2、0.5%H2O2 、MnO2、冷水、热水（实验不同浓度H2O2在有、无催化剂和有催化剂存在时不同温度下的分解速率）；②3 mol/L HCl、0.5 mol/L HCl、块状CaCO3、粉末CaCO3（实验不同浓度盐酸分别与块状、粉末状CaCO3反应的速率）；③1 mol/L HCl、0.1 mol/L HCl、镁粉、铁粉（实验不同浓度盐酸分别与两种金属粉末反应的速率）。

将知识迁移运用至新情境中来解决问题，能克服肤浅的理解、机械的记忆、简单的复制等浅层学习的水平。着意迁移应用：①从合成氨的生产实际出发，给出相关物理量，掌握化学反应速率计算；②研究碳酸钙与稀盐酸的反应速率图象，初步学会图像分析的方法，提高识图、识表的能力；③汽车尾气主要有CO、NO两种有害气体，这两种气体可以发生反应：2CO+2NO=2CO2+N2，消除污染。但这个反应太慢，你有什么办法提高反应速率？如可以将尾气排气管加长，增加反应时间；给尾气加压，是反应速率加快；利用发动机的高温使反应速率加快；使用适当的催化剂（教师介绍：约有80%～85%的化工生产过程使用催化剂来加快反应速率、提高生产效率）；哪种方法值得研究？④海水中碘的含量很高，但浓度却很低，如何运用反应速率原理，提高从海水中提取碘的生产速率？知识迁移应用：先富集，提高浓度增加离子间碰撞几率。

2.3促进有效反思，引导学生深刻领悟化学教育的情意价值化学知识的情意价值是指化学知识的学习过程中，促进学生从化学的视角看物质世界的习惯养成、积极认识化学在社会生产、生活实际和环境保护事业等方面的作用和价值等。有效反思是学生通过对自己的思维过程及结果进行批判性地回顾、分析和检查，从中发现问题并通过自主探究来解决问题。学会有效反思有利于引导学生深刻领悟化学知识教育的激励、养成和发展等情意价值，学生通过反思对自己的探究活动及过程进行有效地计划、监控和调节，发现探究的切入口，从而激励学生发现问题、思考问题的本质，进而完善探究活动以促进问题解决。促进学生对化学知识的理解与建构、迁移及应用，支持和促进学生从化学的视角看物质世界，即反思不仅引导学生回顾过去来“发现问题”，还要引导学生对当下进行“问题探究”，更引导学生指向未来的“问题解决”。

化学是人类用以认识和改造世界的主要方法和手段之一，诺贝尔奖获得者西博格博士说：“化学，是人类进步的关键”。在20世纪100年中，化学合成和分离了2 285万种化合物（包括天然药物、材料等）。其中大部分都是有机合成的产物，制药业的发展提高了人们的生活质量，而制药业的发展与有机合成水平的提升密切相关。苯甲酸苯甲酯存在于多种植物香精中，它具有杀灭虱、蚤的作用且不刺激皮肤，无异臭和油腻感，可用于治疗疖疮。在思考“运用所学知识合成苯甲酸苯甲酯”问题时，通过反思促进学生对“从目标分子出发去寻找前提分子，断键的技巧”等化学知识信息的深度理解，从反应的路线简约性、原子经济性、选择反应合理化、试剂和催化剂无公害化、原料廉价绿色化、操作安全可靠化等化学教育情意价值上主动建构和认真反思：设计的方案中哪个最合理？从哪些角度进行优选的？从经验技能的迁移应用及复杂问题的有效解决上认真反思：苯甲酸苯甲酯的工业合成路线真的是这样吗？真正的工业合成路线比设计的实验室合成路线有哪些优点？今后再用逆合成法设计合成线路你会关注些什么？进而促进学生在深度学习的基础上实现化学知识激励、养成、规范等化学教育情意价值。

化学知识包含着化学家、化学科学工作者热爱生活、追求人生幸福美满的道德情感，学生在接受化学知识教育的过程中常常会受到某种思想的启迪、熏陶，会受到某位科学家探索事迹的感染与激励，从而对心灵的成长起到激发、感召的作用，这其实就是化学知识教育情意价值的体现。如科里（Elias James Corey）创建了独特的有机合成理论—逆合成分析理论，使有机合成方案系统化并符合逻辑，他和他的学生卫普克还根据逆合成原理编制了第一个计算机辅助有机合成路线设计程序（DCSS），使他的“逆合成分析原理”及有关原则、方法数字化。鉴于科里对有机合成有重大贡献，1990年被授予诺贝尔化学奖。引导学生在上述基于逆合成苯甲酸苯甲酯深度学习后，完成学习任务（从原料库中挑选合适的原料，无机试剂自选，合成苯佐卡因，学名：氨苯甲酸乙酯（结构：略）。它是一种白色结晶粉末，无臭、味微苦。可作为局部麻醉药，可使疼痛感减轻，软膏用于表皮轻度烫伤、烧伤。原料库：乙烯、丙烯、1，3丁二烯、苯、甲苯、苯酚）。在完成合成苯佐卡因设计过程中，学习者的反思能力得到锻炼和发展，也从中真切地感悟到“在自然界的旁边，化学家又创造了另一个世界”。

3结语

深度学习理论作为一个有积极研究意义的课题，具有很强的理论研究价值与实践指导意义，“深度学习”是高中学生进行化学学习一种有效的学习方式，如何更好地促进学生的深度学习，值得广大化学教师进一步研究、实践和探索。深度学习是实现化学教育价值的关键所在，需要采取多种策略来引导和促进学生进行深度学习，在此基础上，实现化学教育的认知价值、实践价值和情意价值，更好地体现新课程的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标的实现，希望通过对深度学习理论和实践的研究，能够进一步促进化学教育质量的提高。

参考文献

[1] 阎乃胜.深度学习视野下的课堂情境[J].教育发展研究，2013，（12）：7679.

[2] 张浩，吴秀娟.深度学习的内涵及认知理论基础探析[J].中国电化教育，2012，（10）：711.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2003年版）[M].北京：人民教育出版社，2003：1.

[4] 刘知新.化学教育面面观——贺《化学教育》刊庆30 周年[J].化学教育，2010，31（3）：710.

Practicing and thinking of deep learning for achieving

chemical education′s value

ZHANG Faxin

（Jiangning High School，Nanjing，Jiangsu211100，China）

AbstractThe paper puts forward some core elements of deep learning：the real problem situation，high order thinking using active and critical thinking mode，meaning construction of knowledge.Based on the chemical education′s value raised by Liu Zhixin，the paper put forward the connotation and implementation strategy to achieve these values on the basis of the aim to boost the students′ deep learning.

Key wordsdeep learning；chemical education′s value