利用化学实验促进学生深度学习的教学实践与反思
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作者:马丽娜
摘 要：本文基于深度学习理论提出在化學教学中要利用化学实验促进学生深度学习。阐述了通过“实验导学、实验助学、实验促学、实验活学”促进学生深度学习的策略和方法。
关键词：化学实验;深度学习;核心素养
一、 问题的提出
深度学习是指在理解学习的基础上，学习者能够批判学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。浅层学习是为了一种低层次表面的学习，主要基于知识的记忆和背诵，而非对知识的理解和应用的学习。新课程标准要求培养学生的核心素养。如果学生只是进行浅层的学习，是谈不上能力培养，更不可能落实核心素养的培养要求。高中化学课堂教学要引导学生建构情境化和结构化的知识体系，提高灵活应用知识解决实际问题的能力，让学生热爱学习，学会学习。教师必须围绕核心教学内容引导学生进行深度学习，落实核心素养的培养。
化学是以实验为基础的学科，化学科学能够不断发展就是依赖化学实验手段的不断进步。2017年版高中化学课程标准中提出要发展学生学科核心素养，并设计了18个学生必做化学实验，体现了化学实验的教学在中学化学中的重要地位。在化学教学中，实验是学生获取化学知识提高能力的重要手段，也是培养学生科学素养的重要途径。在高中化学课堂教学中利用化学实验在促进学生深度学习和培养学生核心素养上具有不可替代的作用。但是许多学校的化学实验教学反而被弱化，学生分组实验和教师的演示实验还是停留在验证性实验的阶段，忽视对实验现象的深入分析，没有充分发掘实验的育人功能，没有激发学生的高阶思维，对培养学生能力起不到应有的作用。
随着新课程改革的推进，在教学过程中更要注重实验探究，强调利用实验教学让学生感知、理解、巩固和应用知识，并形成能力。在许多抽象的化学基本概念原理的教学中教师要善于运用形象化学实验引导学生观察，尤其注意通过加强化学实验的探究来加深对化学知识的理解，阐明知识规律，养成正确的思维方法，提高学习兴趣。同时学生通过细致观察，独立思考，发展学生思维能力和分析解决问题的能力。下面就利用以上问题谈几点做法。
二、 利用化学实验促进学生深度学习的教学实践
（一） 实验导学，激发兴趣
深度学习强调注重学生内在的学习动机与兴趣，只有把课堂从“要我学变成我要学”，学生认识到所学内容的价值和意义，才能激发其参与学习的热情与兴趣，积极进行思考讨论，在问题的解决中发展能力。用化学实验设置情境，引发学生的认知冲突，学生通过观察分析化学现象，查阅资料，交流和研讨等学习方式得到问题的结论，有力的促进学生进行深度学习，提高核心素养。
例如在进行必修可逆反应的概念教学时，学生头脑中都认为化学反应能进行完全，这时教师可以用实验来引发学生的认知冲突。将10mL0.1mol/LFeCl3溶液与10mL0.1mol/LKI溶液混合完全反应后，反应后的溶液中有F3+、I-吗？学生马上根据该反应的离子方程式计算发现两者恰好完成反应，因此认为反应后的溶液中没有这两种离子了。接着教师另取一支试管，并取少量反应后的溶液于试管中，滴入KSCN溶液，发现溶液变成血红色，这说明Fe3+并没有完全反应。那么该反应是否有发生呢？学生认为可以通过检验是否有产物生成来证明这个反应是否发生。引导学生可以通过检验是否有碘单质生成来判断反应是否发生。于是另外再取一支试管，装入少量反应后的溶液，并滴入淀粉溶液发现溶液变蓝色，说明有碘生成。有学生提出，根据以前学过的知识，一种反应物过量的话则另外的一种反应物应该要被完全反应。针对这个问题，继续做如下实验：将10mL0.1mol/LFeCl3溶液与20mL0.1mol/LKI溶液混合完全反应后，再向溶液中滴加KSCN溶液，发现溶液还是变成血红色，说明Fe3+没有完全反应。说明有些化学反应不能完全进行，反应物有剩余，说明这些化学反应是可逆的。再结合前面学过的化学实验，如氯气通入水中制氯水，氯水是黄绿色的，说明氯气并没有和水完全反应。还有将二氧化碳气体通入水中制取碳酸，不管二氧化碳通入多少，水都不能被完全转化成碳酸。从这些化学实验引入了可逆反应的概念，改变了以往教师直接讲概念的方法，关注可逆反应概念的建构过程，扭转了学生头脑中对化学反应都能完全进行的已有认识，增加了学生认识化学反应的角度，促进了学生深度学习，发展了核心素养。
（二） 实验助学，提升能力
虽然新课程已经改革有十几年，但是课堂上知识的单向传输还是比比皆是，往往老师讲学生听，这样的学习效率是非常低下的。深度学习强调知识的学习应该要由学生自主建构，学生积极主动的建立新旧知识的联系，在旧知识的基础上自然生长出新的知识，将新知识纳入已有的知识体系中进行同化和顺应。
例如，在碳及其化合物的性质的教学中，学生对于NaHCO3与NaOH的反应没有认知，有的老师直接告诉学生两者会发生反应生成碳酸钠和水，这样的学习就是要学生对元素化合物知识死记硬背，容易让学生失去学习的兴趣，时间长了，学生容易将这个反应与NaHCO3和盐酸的反应混淆在一起。如果用化学实验帮助学生理解这个化学反应的原理，不但培养学生变化观、微粒观等化学观念，而且提高认识化学反应的角度。演示实验：先将Ca（HCO3）2溶液与NaOH溶液混合，观察现象，并分析溶液中哪些离子发生反应？学生分析溶液中含有Ca2+、HCO-3、Na+、OH-，从观察到白色沉淀说明生成CaCO3，则HCO-3必然会与OH-先反应生成CO2-3，然后CO2-3与Ca2+结合生成CaCO3。这说明HCO-3会与OH-反应，那么NaHCO3与NaOH的反应理解起来就非常容易，提高了学生将宏观现象和微观离子相结合的分析解决问题的能力。化学科学的学习和研究非常注重实证，在元素化合物的教学中教师不能仅仅告诉学生两种物质间能发生反应，更应该告诉学生为什么这两种物质发生反应，有什么证据。化学实验及其现象的分析就是最好的证据。 （三） 实验促学，发展素养
深度学习要求学生的学习方式多样化，而进行实验探究学习能让学生经历假设与猜想、设计实验方案、进行實验探究、解释与结论、表达与交流等真实的科学探究过程，能提高学生分析问题、解决问题的能力，培养科学的精神，学会交流合作，养成严谨认真的科学态度，促进学科核心素养的发展。
例如，进行铁及其氧化物的氧化性和还原性探究实验教学时分如下几个步骤进行：①预测与假设：对FeCl3、Fe、FeCl2的氧化性和还原性进行猜想。引导学生猜想不是胡思乱想，一定要有依据。前面已经学习了物质的氧化性和还原性与其所含元素的化合价有关，我们可以依据这个原理进行猜想：FeCl3具有氧化性、Fe具有还原性、FeCl2既有氧化性又有还原性。②设计实验方案：若要证明一种物质具有氧化性，那么必须选择具有还原性的物质与其进行反应，同理若要证明一种物质具有还原性，那么必须选择具有氧化性的物质与其进行反应。学生对教师提供的试剂（稀硝酸、稀硫酸、氯水、铜片）进行分析，找出具有氧化性的物质和具有还原性的物质，并设计实验方案，教师提醒学生注意：两种物质发生了反应，可能有什么现象，要做充分的预计和判断。学生设计了多种实验方案：氯化铁与铜反应，观察溶液颜色变化;铁与稀硫酸反应;铁与稀硝酸反应;氯化亚铁与稀硝酸反应;氯化亚铁与氯水反应等等。③进行探究实验：注意实验操作安全，防止环境污染，提醒学生用稀硝酸和氯水时注意要在通风橱中进行实验。小组成员分工合作及时记录实验现象，组内讨论并得出结论。④表达与交流：请各组代表上台讲解本组的实验过程，发现的问题，得出的结论，其他同学可以提出问题。最后大家对各组的表现进行评价。
（四） 实验活学，扩展应用
深度学习要求学生能够在面对复杂情境时能够应用化学知识解决问题。学生所面临的问题的复杂程度也能体现学生的学习深度。在教学过程中，化学实验的教学能创设促进学生灵活应用知识解决问题的思维情境，使学生在积极主动的探究过程中对化学知识进行迁移和应用，更加深刻理解化学知识，感受化学的价值，通过深度学习提升化学学科核心素养。
例如，学完了盐类水解知识后，要进行拓展和应用以便加深知识的理解，教师做了以下演示实验：模拟泡沫灭火器（药品：饱和碳酸氢钠溶液和饱和硫酸铝溶液，在试管内装入饱和碳酸氢钠溶液，并将试管放入装有饱和硫酸铝溶液的锥形瓶中，锥形瓶口塞上带有导管的单孔塞，反应开始前两种溶液不能接触，倒置锥形瓶，使两种溶液混合在一起，发生剧烈反应。）学生被泡沫灭火器灭火的现象震撼了，教师提出以下问题：为什么锥形瓶中的物质会喷出来？说明有什么物质产生？这些物质为什么能灭火？提醒学生从盐类水解角度进行分析。学生写出HCO-3和Al3+水解离子方程式后发现一个水解成酸性溶液，一个水解成碱性溶液。学生经过讨论后认为;HCO-3水解产生OH-，Al3+水解产生H+，而由于氢离子和氢氧根离子反应生成水，使生成物浓度降低，根据勒夏特列原理，最后两个水解平衡都正向移动，最终生氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体。二氧化碳气体使锥形瓶内的压强增大，锥形瓶内的反应混合物在压力作用下喷出锥形瓶，二氧化碳气体能灭火，而氢氧化铝附着在可燃物表面阻止可燃物与氧气接触从而起到灭火的作用，当然实际应用的灭火器比这个复杂得多。最后让学生书写该反应的离子方程式，建立宏观微粒符号三重表征，进行化学思维方法的训练。
三、 反思与小结
深度学习并不是最终的目的，而是实现学生发展的策略。在化学教学过程中精心选择实验内容，围绕核心素养培养要求进行实验设计，引导学生通过认真观察分析现象并深入其微观视角探究现象背后的微观本质，使学生把握化学规律，激发学生的求知欲望，进而促进学生的深度学习，培养核心素养。
参考文献：
[1]何玲黎，加厚.促进学生深度学习[J].现代教学，2005（5）.
[2]张发新.基于“深度学习”促进化学教育价值实现的实践与思考[J].化学教育，2016（3）.
[3]刘岩，张发新.化学教学中促进学生深度学习的实践与探索[J].化学教学，2015（9）.
作者简介：
马丽娜，福建省福安市，福建省福安市第三中学。
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