九年级化学启蒙实验教学中怎样促使学生深度学习

　　摘要：九年级是化学基础教育的启蒙阶段，能否开展基于深度学习理念下的化学实验是影响学生化学学习质量和学习力发展的关键因素。针对初中学生认知规律，在实验教学中，通过迁移应用、知识建构、信息整合、问题解决，促进学生的深度学习。

　　关键词：深度学习; 化学启蒙; 实验教学;

　　深度学习是一种基于批判性理解的学习，是学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情境中的一种学习。[1]九年级是化学基础教育的启蒙阶段,是激发学生学习兴趣、培养化学思维的重要阶段。实验是化学的灵魂，化学启蒙教学离不开实验。《义务教育化学课程标准》明确指出：“教师在教学中应高度重视实验教学，充分发挥实验的教育功能，尽可能多地为学生提供动手做实验的机会，鼓励开展微型实验、家庭小实验等。”[2]在化学启蒙实验教学中，教师运用深度学习理念，可有效调动学生学习兴趣，培养化学思维。基于此，笔者从四个方面探讨化学启蒙实验教学如何促进学生深度学习，以期抛砖引玉。

　　一、创设生活情境，着意迁移应用

　　深度学习要求学生对学习情境的深刻理解，对关键要素的准确判断和把握，在相似的情境中举一反三，也能在新情境中分析判断差异，并能迁移应用。学习心理学研究表明，学生对知识理解得越好，越有可能发生迁移应用。在实验教学时，教师应创设生活情境，引导学生运用已有知识和方法解释生活现象，促进学生对所学知识的理解。

　　案例1酸和碱之间发生的反应

　　教师出示三瓶废液，是分别来自三个工厂排出的三种废水：含盐酸的废水（废液A）、含硫酸的废水（废液B）以及含氢氧化钠的废水（废水C）。提出问题：这些废液能直接排到环境中去吗？你有什么解决办法？那种办法最好？学生思考回答：不能。用碱把酸反应掉，用酸把碱反应掉。最好的办法是将废液A与废液C、废液B与废液C直接混合反应。教师说明，这只是猜想，需要通过实验来检验和确认。

　　教师介绍本节课的框架：酸和碱都能发生化学反应吗？酸和碱反应的实质是什么？酸和碱反应在生活和生产中有何应用？

　　教师演示：氢氧化铁与稀盐酸、氢氧化铜与稀硫酸的反应。学生观察：氢氧化铁沉淀消失，氢氧化铜沉淀消失，说明它们发生了化学反应。教师设计两个问题：

　　问题1：由于废液都是无色溶液，反应无明显现象。废液A(B）与废液C能反应吗？如何设计实验检验废液A(B）与废液C是否发生了反应？这是一个真实的问题，这个问题具有开放性和一定的探究性，这样产生深度学习。

　　方案一：依据酸和碱的性质，用金属、金属氧化物等检验酸是否存在，用紫色石蕊、无色酚酞等检验碱是否存在。

　　方案二：依据溶液的酸碱性，用PH试纸，测量变化前后溶液的酸碱性变化。

　　方案三：化学反应的过程中伴有能量的变化，用温度计，测量变化前后溶液的温度变化。

　　引导学生分析三个方案，其中方案一最简单，方案三可能温度变化不明显，方案二是定量实验，将实验现象和结论填入表1中。

　　得出结论：酸能与碱发生化学反应。

　　表1 实验记录表     

　　问题2：从微观角度看，酸和碱反应的实质是什么的？以盐酸和氢氧化钠反应为例。学生分析如下：HCl=H++Cl-、Na OH=Na++OH-，反应前四种离子H+、Cl-、Na+、OH-，水是难电离的物质，反应后只有Cl-、Na+，说明酸和碱反应的实质是H++OH-=H2O,即每个氢离子和氢氧根离子反应生成一个水分子。

　　情景1：被蚊子叮咬处肿成大包，这是蚊子在人的皮肤内分泌出蚁酸，使皮肤肿痛。你有什么办法减轻症状吗？学生知道可以涂抹含碱性的物质，根据以往经验，认为可以涂抹牙膏、肥皂水、花露水等，但不能涂抹氢氧化钠，因为它的腐蚀性强，会造成皮肤的二次伤害。

　　情景2：用熟石灰改良酸性土壤，说出其中的原理。学生知道，熟石灰是碱性物，能与土壤中的酸性物质发生反应，但不能用氢氧化钠，因为它的腐蚀性强，虽然熟石灰也有腐蚀性，但熟石灰微溶于水，所以它的腐蚀性对农作物影响较小。

　　本案例以“废液的处理”这一生活问题引入新课，在实验过程中，让学生根据自己的理解设计实验方案，培养学生的创造性思维，归纳得出酸和碱能反应生成盐和水的实质，并运用演绎法进行迁移，了解酸碱反应在生产和生活中的应用，让学生体验“从生活走向化学，从化学走向生活”的课程理念。

　　二、进行证据推理，促进知识建构

　　深度学习的基础是理解性学习，关键在于主动的知识建构，价值则体现为学生对知识的内化和迁移。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。在实验教学中，教师引导学生进行证据推理，挖掘知识的内在联系，有效构建原有知识与新知识结构的联系，有助于学生对知识的理解和内化。

　　案例2盐酸的化学性质

　　教师提供紫色石蕊、无色酚酞、铁钉、锌粒、铜片、生锈的铁钉、氧化铜粉末和碳酸钙（鸡蛋壳）、硝酸银，要求学生分类。

　　学生分类：这些物质可分为指示剂（石蕊、酚酞），金属（铁钉、锌粒、铜片），金属氧化物（铁锈、氧化铜粉末），盐类（碳酸钙和硝酸银）。

　　教师演示实验：让盐酸和不同的物质反应，学生观察并记录实验现象。教师设置三个引导性问题：问题1：你认为它们是否发生了化学变化？哪些证据支持你的推断？此问题难以直接观察获得答案，这样就产生了深度学习的动机，避免学生走马观花。问题2：从以上几个实验看出，盐酸具有哪些性质呢？问题3：盐酸的这些性质分别具有什么用途？

　　汇报交流：以分组的形式进行汇报，并尝试对实验现象进行适当的推理。其他组的同学进行评价或质疑，并由该组学生做出解释。最后，思考：物质的性质与用途有什么关系？此问题具有一定综合性，实际上是知识的深度应用，最后画出知识结构图，如图1所示。

　　图1 盐酸知识结构图 

　　证据推理是指依据事实根据，进行合理推理从而得出结论的方法。本案例从探索物质的一般框架入手，要求学生收集证据，进行证据推理，激发学生深度学习的动机，他们自我建构盐酸的性质知识体系，将所学习的化学性质迁移到生活中，促进深度学习发生。

　　三、关注实验内涵，强调信息整合

　　深度学习强调信息整合，提倡将新知识与已知概念和原理联系起来，整合到原有的认知结构中，从而引起对新知识的理解、长期保持及迁移应用。在实验教学过程中，教师挖掘课本中实验的内涵，尊重和利用学生的前概念，启发学生思考，对其进行恰当的引申、拓展、反思、整合，进而转化错误前概念，促进学生实验能力的提升。

　　案例3二氧化碳与水是否发生化学反应

　　可乐、雪碧等饮料中都含有二氧化碳，但却叫碳酸饮料，为什么不叫二氧化碳饮料？打开瓶盖看到饮料冒泡，这些气体是溶解在水中的二氧化碳因气压减小而生成，还是因为二氧化碳与水反应生成碳酸，而碳酸分解生成二氧化碳？对上述问题的解答，教师往往忽视学生的相关前概念，学生由此产生认知上的困难。怎样帮助学生转化前概念，促进学生深度学习呢？教学设计如下：

　　教师演示：在一个充满二氧化碳的软塑料瓶里，迅速倒入少量水，立即将瓶盖拧紧振荡，观察有什么现象，如图2所示。

　　思考与讨论：二氧化碳溶于水的过程中，有没有发生化学变化呢？如何检验？

　

　　图2 二氧化碳与水在软塑料瓶中反应   

　

　　图3 检测瓶中生成物   

　　设计实验：取两支试管，分别加入少量蒸馏水及图2中变扁的瓶中液体。然后分别滴加少量紫色石蕊试液，观察两支试管中液体颜色的变化，如图3所示。

　　质疑问难：二氧化碳能溶于水，通常1体积水中能溶解1体积的二氧化碳。那么，二氧化碳是酸性氧化物能否也能使紫色石蕊试液变红色？人感知客观现象的能力是有限的，懂科学的人并非只用眼睛看世界。我们需要有怀疑的态度，在行进的过程中暂时停下来想一想：是这样的吗？我们有没有搞错？课堂开始躁动，学生纷纷提出自己的猜想。

　　假设1：二氧化碳溶于水，但不与水反应，二氧化碳使石蕊试液变色。

　　假设2：二氧化碳溶于水，与水反应，生成碳酸，碳酸使石蕊试液变色。

　　学生自选实验器材：水、石蕊试液浸泡过的干花，石蕊试纸、二氧化碳等。设计一个实验，证明是二氧化碳还是二氧化碳与水反应生成的碳酸使石蕊变红。实验方案如图4所示。

　　图4 二氧化碳与水反应生成物检测方案图   

　　美国着名数学家波利亚指出：“在教授一门科学（或一个理论，或一个概念）时，我们应该让儿童重走人类在大脑进化过程中走过的重要几步。”[3]本案例围绕二氧化碳是否与水反应的前概念，引导学生自我质疑提出新的假设，学生能够通过自身思维方法批判性理解学习活动，为他们终身发展提供了一种新思路，促进学生深度学习。

　　四、进行创新评价，指向问题解决

　　深度学习的目的是要解决认知过程中的实际问题，强调批判性学习，这就要求教师在教学中不断通过评价调控学习过程及结果，以促进学生解决问题，促进高阶思维的发展和深度学习的实现。实验中异常现象的出现，会对学生产生认知冲突。[4]在实验教学中，针对异常的实验现象，教师不要采取回避的态度，甚至可以设计一些“异常”的实验，引导学生进行深入反思和探究，从而解决问题并对原有实验建立新的认知。

　　案例4测定空气中氧气的含量

　　“空气中氧气的含量的测定”这个实验在小学科学里可能已经做过，但因燃烧的物质是蜡烛而不是磷，实验误差较大。为了理解教科书的实验装置和实验原理，先让学生阅读拉瓦锡对空气成分的科学实验（如图5），然后回答下列问题：在拉瓦锡研究空气成分的实验中实验原理是什么？在拉瓦锡研究空气成分的实验中会有哪些现象？拉瓦锡研究空气成分的实验中实验结论是什么？学生讨论得出：用汞与空气中氧气反应并耗尽，瓶内减少空气的体积与进入钟罩内汞的体积相等；钟罩内的汞上升且体积约占剩余气体体积的1/5，加热氧化汞后产生的气体体积与实验中消耗的气体体积相等；拉瓦锡研究空气成分的实验，说明空气中氧气的体积约占1/5。

　

　　图5 拉瓦锡实验装置图  

　

　　图6 红磷燃烧实验装置图  

　　教师演示实验，（如图6）实验过程中，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧瓶塞，突然，瓶塞被冲出，笔者赶紧塞紧，继续实验。火焰熄灭后，振荡集气瓶，打开导管上的夹子，学生发现烧杯内的水没有被大气压压入集气瓶中。这些异常现象，产生的原因是什么？

　　讨论1：为什么同样用红磷来实验，实验的结果偏小呢？学生讨论得出，红磷不足，氧气未完全燃烧；装置漏气，瓶内气压变化较小；未冷却到室温就打开止水夹，瓶内剩余气体受热膨胀，这样为学生改进实验做好铺垫。

　　讨论2：在实验过程中，为什么瓶塞会被冲出？为什么水不被压入集气瓶？由于燃烧放出大量的热量，瓶内气体受热膨胀，如果瞬间没有塞紧，容易导致瓶塞被冲出，此时再塞瓶塞，导致瓶内气压变化不大，所以水也不会压入。

　　讨论3：应如何从减小实验误差的角度来改进本实验？学生考虑换用白磷，白磷的着火点低，采用光加热，如果还是用红磷，则采用电加热，避免空气进入和瓶塞冲出等。

　　针对实验意外事件，从学生视角设计三个开放性问题，从问题解决的角度，给学生充分时间讨论，让学生暴露学习的困难和错误，并为学生提供自纠和互纠的机会，这是一种高阶思维的锻炼，也是学生深度学习的体验。

　　五、结语

　　学生是否深度学习具有三个基本特征：注重批判性思维的运用，强调知识的迁移和应用，指向问题解决。在化学启蒙实验教学中，不仅要提升学生的动手操作能力，更要体现学生对所学知识的迁移应用，培养其学习积极性、主动性，真正把学习的主动权交给学生，使他们体会到化学学习的乐趣，引导应用、分析、综合、评价，促进深度学习，发展学生的核心素养。

　　参考文献

　　[1] 安富海.促进深度学习的课堂教学策略[J].课程·教材·教法，2014,(9):57-62.

　　[2] 中华人民共和国教育部．义务教育化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2012:35.

　　[3] 郑青岳．郑青岳科学教育讲演录[M]．杭州：浙江教育出版社,2015:32.

　　[4] 胡尚生，赵玉珍．基于深度学习的化学实验优化实践与思考[J]．中学化学教学参考，2017,(3):17-19.