基于深度学习理论的化学概念教学

2020-12-24黄淑静

化学教与学 2020年10期

关键词：溶解度深度学习

黄淑静

摘要：文章基于深度学习理论，以“溶解度”相关概念为例，通过联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价等环节，引导学生从本质上掌握化学概念，深度理解概念内涵，实现化学概念的灵活迁移和实际应用，促进思维和能力的多方面发展。

关键词：深度学习;化学概念;溶解度

文章编号：1008-0546（2020）10-0031-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2020.10.008

一、化学概念教学现状

化学概念是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性知识，反映着化学现象及事实的本质属性[1]。学生对化学知识的认知水平与化学概念的教学效果有着极为密切的关系。在目前的课堂中，化学概念的教学大致可以分为两类。一类是基于传统的“教育即传递”的定位，即教师是传递者，学生是接受者，教师直接将化学概念全盘托出，并让学生通过大量习题反复操练，达到熟记细节的目的。在这类学习方式中，学生扮演着被动接受、机械记忆的角色，学习主动性不高，学习兴趣缺乏。还有一类是在第一类的基础上进行改革，提出了很多让学生积极参与，提高互动性的课堂教学方法，如翻转课堂、合作探究等。但过于重视主动为目的的教学容易舍本逐末，顾此失彼。强调学生的主动学习却轻视了教师的引导，强调学习的兴趣而轻视了概念的严谨，强调化学知识的应用却轻视了概念本质的理解。以上两种类型，或流于机械学习而丧失灵活生动，或流于主动形式而轻视教学内容，均违背了教学规律，阻碍了学生核心素养的发展。

二、深度学习理论分析

1976年，费伦斯·马顿和罗杰·萨尔乔在开展了一系列对学习过程的实验研究后，联名发表了《学习的本质区别：结果和过程》一文，并在此文中首次提出并阐述了深度学习（ Deep Learning）和浅层学习（SurfaceLeaming）这两个相对的概念[2]。深度学习（Deepleaming），也被译为深层学习，是指在教师引导下，学生围绕具有挑战性的学习主题，亲身参与、全心体验、并在此过程中获得发展的有意义的学习过程[3]。深度学习具有以下特征：联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价，是一种基于高认知水平层次的理解性学习方式。它重视批判理解，强调信息整合，促进知识构建，着意迁移应用，使教学最终落到有意义学习上来。深度学习理论作为一种指导化学概念教学的理论，可以高效引导学生从本质上掌握化学概念，深度理解概念的内涵，实现化学概念的灵活迁移和实际应用，促进思维和能力的多方面发展。下面笔者将以“溶解度”的相关概念为例，分析深度学习理论如何指导化学概念教学。

三、基于深度学习理论的化学概念教学

1.联想与结构——调动经验建构化学概念

“联想与结构”是深度学习的基本特征。是指通过调动已有的经验来参与当下的学习，再将当下的学习内容与以往经验建立起结构性的关联，从而使知识转化为与学生个体有联系的、可操作的、能思考的内容。

例如在饱和溶液和不饱和溶液的概念学习中，学生在课堂外已经有很多与之相关的经验，例如常见的盐水、糖水，以及炒菜、煮汤等，只是缺少教师去搭建已有经验与化学概念之间的桥梁。因此教师要利用好这一部分潜在知识，将它与课堂上的进行的实验和提供的信息相结合，让学生主动建构出饱和溶液和不饱和溶液的概念[4]。教师通过展示A、B两杯硝酸钾溶液（溶液A底部有硝酸钾固体剩余，溶液B底部没有），让学生猜想若往两杯溶液当中各加入5g的硝酸钾固体会出现什么样的现象。在学生猜想的基础上，教师往两烧杯各加入5g硝酸钾固体并搅拌，发现A烧杯中硝酸钾固体不再溶解，B烧杯中硝酸钾固体部分溶解后有少量剩余。通过实验现象与原有的生活经验的结合，学生很容易得出：物质不能无限制的溶解在有限的溶剂当中，为后面饱和溶液、不饱和溶液的概念形成打下基础。

教师进一步设疑：那该如何让A中剩余的固体全部溶解呢？大部分学生提出“加水”“加热”两种方法。让学生顺着猜想进行实验，发现“加水”和“加热”两种方法均可以实现剩余固体的溶解。教师在此时再提问：这个实验说明溶剂当中溶解溶质的质量与什么因素有关？学生结合刚刚实验获得的感性材料和自身的生活经历，可以快速得出答案：与温度和溶剂的量有关，一步步建构起“饱和溶液和不饱和溶液”的概念，并且明确这两个概念有两个重要的前提条件：在一定温度下，在一定量的溶剂中。由于该概念是学生基于生活经验和实验结果自主建构得出，无需教师反复强调重点细节，学生对饱和溶液和不饱和溶液的概念已印象深刻，铭记在心。

在课堂刚开始时展示的A、B两杯溶液中，A是饱和溶液是显而易见的（底部有固体剩余），那么B溶液是饱和还是不饱和？我们应该如何進行判断？学生通过刚刚得出的“不饱和溶液”概念可知，可以通过再加入部分溶质看是否溶解进行判断，从而得出饱和溶液和不饱和溶液的判断方法。而通过刚开始的B溶液加入5g硝酸钾后溶解一部分还有少部分固体剩余这个现象，同学们很容易发现饱和溶液和不饱和溶液并不是绝对的，是可以相互转化的。在生活中，饱和溶液和不饱和溶液之间转化的事例也有很多，鼓励学生将生活经验融入到化学课堂中，结合生活实例来讲解饱和溶液与不饱和溶液转化的方法。在这一步教学重难点中，教师无需再费大力气进行讲授，可以由学生自主归纳总结，并结合理由进行汇报，最终由教师完善汇总得出结论。

在这两个的概念学习中，学生通过教师的有序引导，联结当下的学习活动去调动、唤醒以往的知识、经验，概念的自我建构得出使知识不再是孤立的、碎片的，而是有条理的、有逻辑的。

2.活动与体验——探索发现亲历概念生成

“活动与体验”是深度学习的核心特征，要求学生作为主体参与课堂活动，并全身心投入活动感知内在体验。这是学生主动探索、发现、经历概念形成的过程，是学生的深度学习的机制。

学生由饱和溶液的概念可知，溶质并不能在一定量的溶剂中无限制的溶解，这种溶解的限度就反映了物质溶解能力的强弱。物质的溶解能力强弱与什么因素有关？大部分学生提出溶质的种类，溶剂的种类和温度。还有一部分同学会认为与溶剂的多少以及搅拌速度有关。基于这些猜想，教师通过提问进一步引导学生进行实验设计：当实验中有多个变量时，我们需要使用什么探究方法？最终我们通过比较什么量来比较物质的溶解能力？在回答这些问题的基础上，分小组进行不同影响因素的实验设计，由小组代表汇报实验方案，并采取同学们的建议进一步完善，形成最终的实验方案（如表1）。接下来以小组为单位进行实验探究并记录数据。

学生通过亲身参与该实验的设计和探究，能够推翻溶剂的量、搅拌速度影响物质的溶解能力这些假设，为后期的溶解度概念形成扫清障碍。最终总结得出，物质的溶解能力受到溶质的性质、溶剂的性质以及温度的影响。这一结论的得出对后期溶解度概念的归纳生成积累了感性材料。这三个影响因素与溶解度概念中的要点紧密相连，学生在提出猜想、设计实验、亲自参与、得出结论这一过程中，除了深度把握知识内涵外，还能学习到化学探究中的思想方法，体会到科学探究带来成就感和丰富的情绪经历[5]。

3.本质与变式——深度加工把握概念本质

“本质与变式”主要针对于如何处理学习内容，它要求学生能够通过各类主体活动去抓住教学内容的本质属性，而不是通过教师的直接传授、知识平移。教师可以通过“情景体验”“归纳演绎”或是“反例纠错”等方式，帮助学生明确概念的内涵从而全面把握知识的内在联系。

（1）主动归纳得出溶解度概念

在得出影响物质溶解能力的因素的基础上，教师设置情景进行提问：那如何比较蔗糖和食盐的溶解能力强弱呢？学生根据探究得出的结论，明确要在溶剂相同、温度相同的情况下进行比较。通过比较什么量可以说明溶解能力的大小？溶解在lOOg水中食盐的质量和溶解在lOg的水中蔗糖的质量进行比较这样公平吗？溶液在什么状态下进行比较是最公平的？通过教师一系列螺旋上升的提问，学生搭建了思维阶梯，结合教师的语言引导最终得出完善的比较方案：在相同温度下，在相等的溶剂中（lOOg水）中达到饱和状态时比较溶解的溶质的质量。教师将同学们所归纳得出的比较方法修饰完善，最终形成溶解度（S）的概念。此时溶解度的概念形成，不再是由教师单纯阐述得出而失去学生本位，也不是由学生在探究的基础上直接得出而有违概念严谨。学生通过实验亲身体验得出相关影响因素，再在教师的引导下进行思维的转化和整合，将所学知识串联起来，最终把握溶解度概念的本质。此时的溶解度概念不再是孤立的、生硬的，而是有联系的、鲜活的。

在学生归纳得出溶解度概念的基础上，教师让学生针对溶解度的概念，划出概念当中的要点，得出溶解度四要素：①条件：一定温度——（温）;②状态：饱和状态——（饱）;③标准：100克水——（百）;④单位：克——（“科”一克）。此时教师将四要素进行提炼，归纳成为四个字“温饱百‘科”，帮助学生进行高效的课堂记忆，减轻学习负担。

（2）辨别正误掌握溶解度要点

为了全面掌握溶解度的概念，抓住概念的本质属性，教师可以设计并提供层次分明的而又具有典型意义的正例和反例，帮助学生深度加工相关知识，深入掌握溶解度概念的要点。

判断题：下列关与溶解度概念的说法是否正确，请你作出判断并说明理由。

①硝酸钾的溶解度是31.6g。

②lOOg水中最多溶解31.6g硝酸钾，因此硝酸钾在水中的溶解度为31.6g。

③20℃时，lOOg水中溶有15.8g硝酸钾，因此200C时硝酸钾的溶解度为15.8g。

④20℃时，50g水中最多溶解15.8g硝酸钾，因此硝酸钾在水中的溶解度为15.8g。

⑤20℃时，lOOg水中最多溶解31.6g硝酸钾，因此200C时，硝酸钾的溶解度为31.6。

⑥20℃时，31.6g硝酸钾溶解在lOOg水中刚好形化学教与学2020年第10期成饱和溶液，因此200C时硝酸钾的溶解度为31.6g。

⑦t℃时，lOOg饱和硝酸钾溶液里含有31.6g硝酸钾，因此t℃时硝酸钾的溶解度是31.6g

⑧20℃时，向lOOg硝酸钾饱和溶液中加入5g硝酸钾，充分溶解，所得溶液的质量为105g。

以上观点由教师精心设计，并按照学生的思维层次设置顺序，为学生进一步巩固溶解度的相关要点搭设台阶，层层递进。这里既给学生提供了正例也提供了反例，正确信息有利于学生巩固前面所学习的概念要点，而错误信息则让学生从纠错中辨别与正确概念之间的差异，排除无关因素的干扰，去除片面认识，加深对概念本质的理解。在此过程中，学生的分析问题、归纳问题的能力、反思和辨析能力都能有所提高[6]。

4.遷移与应用——拓展运用内化概念理解

“迁移与应用”不仅是对学习成果的检验方式，更是重要的学习方式。它要求学生将所学知识转变为综合实践能力，是经验的拓展与提升，是知识活化的标志。运用概念一般包括两个方面：一是关于概念的适当练习，一个概念学完后要及时通过题目来巩固和反馈，题目的设置要有梯度、多角度全面覆盖概念的细节。二是概念在实际中应用，是学生在教学活动中对社会实践的初步尝试，感受化学与生活、社会的息息相关。

（1）溶解度概念的基本考察

练一练：

①阅读资料，回答问题。资料：20℃时，氯化钾的溶解度为34g。

a.这一信息代表什么化学意义？你能用另一种表达来描述这一含义吗？

b.20℃时，氯化钾的饱和溶液中溶质、溶剂、溶液的质量比为：_______。

②在一定温度下，向质量均为lOOg的四份水中分别加入一定质量的A固体，搅拌至充分溶解，称量最后得到溶液的质量。实验中记录数据如下表所示：

根据上述数据分析，该实验中得到的溶液属于饱和溶液的是__________（填序号）。该温度下A物质的溶解度是____（g/lOOg水）。

③已知：20℃时，S硝酸钾=31.6g;60℃时，S硝酸钾=11Og。现于60℃时，将llOg硝酸钾放人到lOOg水中，充分溶解，所得溶液为_____（填“饱和”或“不饱和”）溶液。而后将该溶液降温至20℃，溶液中出现的现象为_____，剩余溶液为____（填“饱和”或“不饱和”）溶液;剩余溶液的质量为。

（2）溶解度概念在实际生活中的应用

溶解度在实际生活和实验中应用很多，具体生活中的问题最能考验学生概念掌握程度，也体现了化学与生活的紧密联系。如下题有关海水晒盐的练习中，涉及到溶解度概念的考查。

练一练：海水中溶有大量的盐，盐场利用海水晒盐获得粗盐。已知我国某海域中每lOOg海水里含有3.6g食盐，假设在晒盐过程中温度为t℃并保持不变，此温度下氯化钠的溶解度为36g，请你通过所学知识分析，lOOg该海水至少蒸发多少克水才能析出食盐？

通过以上两个不同层次、变换情境而进行的“迁移与应用”过程，能使学生主动、及时地将概念各部分内容有效归纳并应用，从而内化对概念的理解，在此过程中也体现了教学具有教育性。

5.价值与评价——促进学生正确价值形成

“价值与评价”回答的是教学的终极目的及意义，培养学生对所学知识以及学习过程本身做出价值判断的意识与能力，促使学生主动思考所学知识的价值与局限，并对所学知识及学习过程积极进行质疑、批判与评价，在学习的过程中完成对思维、情感的提升，形成正确的价值体系。

学生通过学习掌握了饱和溶液、不饱和溶液的概念，并且知道他们相互转化的条件，在知识形成的过程巾可以引导他们逐步建立用辩证的、发展的思想来看待事物，树立辩证唯物主义科学观。同时在课程内可以插入“饱和溶液”和“溶解度”概念在生活中的应用知识讲解，如：电解饱和食盐水、自制冰糖、排水法收集氧气、粗盐提纯等。让学生针对某个应用说出其背后的化学知识支撑，并对该应用做出相应的评价，加强化学应用价值的学习，重视化学与社会的连接，培养学生为社会做贡献的使命感和责任感，而在此过程中学生社会责任的提升正是概念教学的最终目标。

參考文献

[1]王晨敏.基于学科观念的化学概念教学策略——以“溶解度”相关概念为例[J].化学教与学，2014（5）：8-9，12

[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）：7-11，21

[3]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016，36（11）：25-32

[4]顾弘，浅析在PADA模式下溶解度概念的教学实践[J].化学教与学，2014（12）：16-18，52

[5]何如涛.初中化学“溶解度概念”的教学与反思[J].化学教学，2013（3）：37-39

[6]李汉清.高中化学概念教学现状及对策[J].化学教学，2013（2）：6-7，28（上接第23页）

[11]宋玲敏.高中化学选修3、选修5选择情况分析——以呼伦贝尔地区高中为例[D].长春：东北师范大学，2015：7-9

[12]陆军.江苏高中化学新课程实践的回顾与反思[J].中学化学教学参考，2008（8）：3-7

[13]任雪明.浙江省普通高中新课程化学学科实施方案解读[J].化学教育，2013（6）：19-21

[14]张立伟，我国高中理科课程结构的合理性分析[D].长春：东北师范大学，2010：19-22

[16]王磊，宋万琚，陈颖，化学新课程高考方案的思考与建议[J].中国考试（研究版），2008（1）：55-59