路线到地图：核心素养视域下初中化学深度学习路径寻觅——以“化学实验测定与探究”教学为例.pdf

第 卷第期 年月M o d e r nP r i m a r ya n dS e c o n d a r yE d u c a t i o nV o l N o A u g u s t 化学教研D O I /j c n k i /g 路线到地图：核心素养视域下初中化学深度学习路径寻觅 以“化学实验测定与探究”教学为例 收稿日期 作者简介王豪钟(),男,浙江杭州人,中学高级教师,副校长,杭州市优秀教师,上城区科学学科带头人.王 豪 钟(杭州市丁荷中学,浙江 杭州 )摘要基于核心素养视域下“深度学习”的内涵、意义以及初中化学学科“深度学习”与“发展核心素养”的关系,以“知识问题挑战性与驱动性、情境创设愤悱化与生成化、问题解决自主化与迁移化”的理念设计了“化学实验测定与探究”课例.阐释了以真实情境为主线、聚焦活动、方法指引、素养观照与评价导向五线融合的深度学习教学模式.关键词核心素养;深度学习;情境;迁移;化学 中图分类号G 文献标志码A 文章编号 ()随着化学课堂教学实践中核心素养的培育,深度学习越来越受到广大教师的关注.“深度学习”(D e e pL e a r n i n g)是“学习者积极地、沉浸式地参与意义教学的总称”,亦是“学习者浸润于知识建构的场域中,旨在厚植认知、伦理、社会性能力水平和囊括知识、体验、教养等通用能力水平.”因此,问题解决式学习、调查学习、发现式学习、体验式学习等,均属于“深度学习”的概念范畴.“深度学习”的特征是采用“审思”“应用差异化问题”“建立假设”“链接原理”之类的高阶思维能力,培育真实性问题解决的高通路迁移能力.一、初中化学“深度学习”与“发展核心素养”的关系 深度学习契合核心素养发展的内在逻辑基于“地图的方式”观照深度学习,需要深度剖析“问题是什么和为什么以及能够做什么”,并在此基础上创造性寻找“要怎么做”的最优路径,即指向培育学生解构真实性情境问题的素养.深度学习的课堂中学习者不再被视为无知的存在,课堂教学也不再是让学习者囫囵吞枣地接受教授者粗暴植入的标准答案.学习者是作为“学习的主体”参与教师以学习者的知识差异为背景而设计的具有驱动性、挑战性的共同探究活动,借助评价交流与反思,建构知识与陶冶情意.学习者在一次次的问题解决中设计并改进实验方案、辨析真伪证据、深入逻辑推理和寻求正确结论,形成大概念视角和正向情感、态度、价值观.深度学习即是“像科学家一样思考”,通过习得专家结论培育专家思维,针对大概念的本质发问迁移解决真实的、不确定的情境问题,最终落地化学学科核心素养.深度学习驱动核心素养发展的设计模型化学学科科学素养是必备知识、关键能力、问题解决、素养内化的综合体现,是由具体的化学学科知识通过深度教学设计的活动逐渐内涵化、结构化、迁移化、系统化而来.如何组织深度学习实现核心素养的培育,关键是基于核心概念的教学组织设计,因此,笔者建构了以深度学习驱动核心素养发展的设计模型(见图),实施锚定“具体知识”、联结“学习境脉”、组织“实践活动”、建构“核心概念”进而凝练“学科观念”的教学流程,使得从学科具体知识建构的核心概念与凝练的学科观念内涵化、结构化、迁移化、系统化为学科目标框架、知识框架、大概念框架与认知框架,实现在深度学习的过程中从具体知识核心概念学科观念核心素养的逐层建构.图从学科知识到核心素养的转化二、化学探究式实验“深度教学”设计案例分析 教学内容分析“化学实验测定与探究”一课内容是从学科和社会视角把“碎片化”的装置作为问题解决的原点,通过测定方案的制订以及实验装置初步设计与评价交流,明晰误差产生的原因并进行修正,同时能对反应装置内(变化前、变化中和变化后)化学反应进程进行比较分析得出正确可靠的结论.其教学目标是应用已建构的概念与观念,通过联结激趣的学习境脉组织实践活动,建构核心概念,凝练学科观念,最终走向核心素养的培育.本课时的核心是化学实验测定与探究装置模型的建构和待测物质通过某一化学反应后对研究问题进行定量分析与测定,旨在培育学生在大概念的视角下迁移创新能力和问题处突能力.教学设计层面上体现“知识问题挑战性与驱动性、情境创设愤悱化与生成化,问题解决自主化与迁移化”使学生核心素养的发展得以发生,实现深度学习.教学目标及评价目标“化学实验测定与探究”教学及评价目标(见表).表“化学实验测定与探究”教学及评价目标序号教学目标评价目标通过演示实验、迁移绘图、评价交流、微观动态分析、定量计算,理解“化学实验测定与探究”的原理与方法,初步发展学生“宏观辨识”与“微观探析”的化学学科核心素养通过测定方案和装置的初步设计,诊断并发展学生对“化学实验测定与探究”的认知水平(符号、宏观、微观)通过推理分析、迁移设计、评价交流、构建“化学实验测定与探究”模型,理解误差形成的原因并具备一定的实验改进能力与实验操作能力,逐步形成“变化观念”与“平衡思想”“证据推理”与“模型认知”的化学学科核心素养通过测定装置的设计、评价与改进,诊断并发展学生对“化学实验测定与探究”的知识结构化水平(定性与定量)通过远近迁移、推理分析、设计绘图、评价交流,掌握“化学实验测定与探究”的原理,具备测定与探究的思路与方向,初步发展“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养通过“化学实验测定与探究”的远近迁移,诊断学生对“化学实验测定与探究”的认知水平和科学探究水平(理解、迁移),以及学科与社会视角下的应用认知水平 教学重、难点()教学重点.掌握“化学实验测定与探究”的原理,具备测定与探究的思路与方向.()教学难点.能评价装置设计的优缺点并进行实验改进,定量与定性分析“化学实验测定与探究”研究的问题.教学设计思路“化学实验测定与探究”的教学设计思路见图.图“化学实验测定与探究”的教学设计思路本主题教学设计凸显化学学科的特点与育人价值,从外显学习视角体现化学学科的“三重表征”:()宏观:设计化学实验测定与探究的方案;()微观:微粒的动态分析;()符号:相应化学方程式的书写.从内隐学习视角体现学习者应用已习得的经验来建构内在的、动态的心智模式.重视探究测定方案的制订、实验装置初步设计与评价交流、微粒的动态分析、定量计算的推理分析,开展以真实情境为主线、聚焦活动、方法指引、素养观照与评价导向五线融合的教学设计和科学探究活动.设计具有梯度进阶的“挑战性问题”驱动教学的开展,使学生建立对未知事物进行科学探究的心理氛围.让学生对“化学实验测定与探究”原理与方法从感知到理解,从规律证实走向意义解释,直面现实、深入现实又超越现实,达成深度学习与素养发展.教学过程分析活动一:化学实验装置作用的建立.情境问题 教师展示常用化学仪器(见图),请大家扮演化学分析检测师的角色,以你的专业视角谈谈它们在“化学实验测定与探究”过程中的作用.图“化学实验测定与探究”的常用化学仪器 推理分析 分组讨论上述实验仪器尽可能多的用途,并描述该种用途如何使用,开展交流评价.评价交流 以装置A为例,第一可用于排空气法收集气体,气空时气体从a通入b流出,气空时气体从b通入a流出;第二用于排水法收集气体,难溶于水的气体从b通入a流出;第三可用于洗气除杂,如广口瓶内装浓硫酸可除去C O混有的水蒸气;第四可用于极易溶解于水气体连续装置中的缓冲瓶,气体从b通入a流出;第五可用于测量气体流速,瓶内加入适量水,气体从a通入b流出,观察瓶内气泡的速度;装置B至装置E均以上述方式进行自主提炼.修正引导 教师要引导学生结合仪器的特点,分析仪器的宏观作用、微观原理及实验的操作规范.设计意图 首要教学原理指出,激活已建构知识与技能的心智模式,并将其作为新知学习的基础时,才能促进学习者的学习.厘清上述实验装置的作用给“化学实验测定与探究”方案的设计提供支架辅助,有利于学生在众多概念间进行精准联结,从而构建新的认知结构.活动二:测定装置的建构与评价.情境问题 现在化学检测站收到一份烧碱样品,以你所在检测团队为小组分析如何利用已学的知识探究测定含N aC O杂质的烧碱样品的纯度?分工合作 每个小组需进行角色分配,即总设计师、绘图人员、记录员、汇报员等角色,并要求学生严格执行.引导分析 首先我们应该明晰测定的原理,然后针对原理进行方案的设计,需要用到哪些实验仪器,要厘清实验步骤及操作规范,目标是方案可行性的前提下尽量减小实验误差.推理分析 分组讨论,实验原理、步骤的可行性分析,完成实验方案的设计(含原理、仪器清单或装置图、实验步骤或流程)并填写相应的学案.情境问题 同学们已经完成方案的设计,请小组进行汇报,展示方案的原理、装置构建图、实验步骤.请其余小组同学针对汇报小组的方案是否存在缺点进行评价交流.评价交流 方案汇报,用电子白板同屏展示并进行设计思路汇报,其余小组的学生开展交流评价.分析汇报 气体转化测定法,选取具有代表性的G、G、G(见图).图汇报小组的装置测定设计 学生观点(生)G 组测定的原理是正确的,但是没有对实验误差进行充分考虑,如空气中的二氧化碳和水蒸气会被C中碱石灰吸收导致测得的C O质量偏大;(生)G 组在C O吸收装置C后增加一个装有足量碱石灰的干燥管,解决了生提出的误差问题,但是反应生成了残留物质,在A、B装置中的C O没有被C中的氢氧化钠吸收,同时二氧化碳若混有氯化氢气体也会被C装置吸收;(生)G 组采用反应结束后通除去C O的空气,避免了生提出导致测量的误差问题,但是G 组的设计方案没有解决原B、C装置内空气中的C O对实验产生的干扰.情境问题 请大家思考如何进行装置的改进减少G 组装置内空气中的C O对实验产生的干扰?学生分析 在G 组C、D装置之间增加一个三通玻璃钢,在样品与稀硫酸反应前,关闭弹簧夹c,打开弹簧夹a、b,通一会儿空气.归纳提炼 改进后实验装置(见图).图气体转化法的烧碱纯度测定装置 分析汇报 沉淀转化测定法,选取具有代表性问题的G、G(见图),进行汇报展示.图汇报小组的测定流程 学生观点 对G 组的评价:(生)G 组测定的原理是将N aC O转化为B a C O沉淀,通过测量B a C O沉淀的质量,进而通过方程式计算得到N aC O的质量,再根据样品质量求出N a OH的质量.但是,G 组沉淀没有洗涤,残留在沉淀表面溶液中的溶质如N a OH、N a C l析出后会使测得的沉淀质量偏大.对G 组的评价(生)没有对洗涤后的沉淀进行烘干就直接称量,导致测得的沉淀质量偏大.情境问题 请思考如何通过对实验操作步骤的改进减少实验误差?学生观点 在沉淀过滤完成后,用蒸馏水洗涤沉淀并将其烘干后进行称量.归纳提炼 改进后实验流程图(见图).图沉淀法的烧碱纯度测定流程 设计意图 通过化学检测所烧碱样品纯度检测这一问题情境的创设,采用角色扮演的形式使其身临其境,以“相互倾听”的方式,激发学生的学习兴趣、团队观念与探究欲,催化情境与化学问题的联结.通过测定装置的建构与评价,构建“化学实验测定与探究”设计思路,培育学生的逻辑思维能力,实现知识建构与问题解决方式从“路线”到“地图”的进阶;同时培养学生化学学科“宏观、微观与符号”表征能力,发展学生“证据推理”与“模型认识”的化学学科核心素养.活动三:装置内反应分析.情境问题 已知样品中的N aC O与稀HS O发生反应先全部转化为N a HC O后,生成的N a HC O才能继续与稀HS O反应生成C O.若向样品中滴加一定质量的稀HS O,反应后产生气泡并得到X溶液.请推断分析最终所得X溶液的溶质所有组成的可能.引导分析 判断某反应后溶液的溶质成分时,除了考虑生成物以外,还需要考虑反应物是否过量,即考虑加入硫酸的量是准确进行推断的关键.学生观点 溶质的可能性:N aS O;N aS O、HS O;N aS O、N a HC O.设计意图 通过信息给予的方式,培养学生处理信息的能力,同时通过X溶液的溶质分析,使学生从微观的视角分析化学反应微粒的变化,理解化学反应过量与不过量问题思辨方式.建立“变化观念”与“平衡思想”的化学学科核心素养.活动四:大概念迁移活动.情境问题 刚才我们已经初步学习了化学实验测定与探究装置的设计以及方案的制订方法,请大家设计氧化铜样品中氧化铜的质量分数(杂质不参与反应)的测定方法.分工合作 每个小组需进行角色分配,即总设计、绘图人员、实验人员、记录员、汇报员等角色,撰写实验方案(装置图、实验步骤与计算方法),完成学案.引导分析 首先我们应该思考已经学过与C u O有关的化学反应,明晰测定的原理,然后针对原理,选择需要测定的对象,需要用到哪些实验仪器,需要厘清实验步骤及操作规范,目标是方案可行性的前提下尽量减小实验误差.分析汇报 用电子白板同屏展示并进行设计思路汇报(见表与图).表氧化铜样品中氧化铜质量分数测定方案方案待测量反应前反应后方案D装置反应前后质量变化方案E装置反应前后质量变化图氧化铜质量分数测定装置 小组实验 确定好实验方案后,完成氧化铜样品中氧化铜质量分数的测定.定量分析 方案:C装置反应前后质量差即为参加反应的氧化铜中氧元素的质量,然后除以氧化铜中氧元素的质量分数即为样品中氧化铜的质量.方案:D装置反应前后质量差即为生成水的质量,根据方程式计算可以求得氧化铜的质量,即可求得氧化铜的质量分数.设计意图 通过设计氧化铜样品中氧化铜的质量分数这一探究性实验的测定,目的是检验烧碱样品氢氧化钠纯度测定的迁移效果.厘清问题解决的思路,明晰认知观念的原点、变化点和新构观念之间的异同,促进新旧知识间的同化.通过远近迁移、推理分析、设计绘图与评价交流培育学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养,使得具体学科知识建构的核心概念与凝练的学科观念内涵化、结构化、迁移化、系统化.三、化学探究式实验“深度教学”的实践感悟 重构迷思概念的游走边缘,促进学科知识真实理解游走于学生头脑边缘的迷思概念会影响学生对新概念的接受,需要通过深度学习实现对学生现有观念进行改造与重构形成科学观念.“化学实验测定与探究”课例围绕以真实情境为主线、聚焦活动、方法指引、素养观照与评价导向五线融合的教学设计开展科学探究活动.学生在汇报分析环节诱导其暴露原有概念,在评价交流环节揭露原有概念的不合理性,在归纳提炼环节建构科学概念与观念,理解概念的内涵与价值.培育学生概念的应用与技能的迁移,形成专家思维,达成学科知识的真实理解.实现“教学评”一体化设计,驱动深度学习真实发生“化学实验测定与探究”课例是以学生“学”为中心的新的单元设计,即观照“意义主题科学探究交流评价”的“登山型”方式整体设计.着力于组织“E活动”即“探究、表现、交流”,教案的设计是基于学科观念、单元目标与评价标准而实施教学.以学生“学”为中心的单元设计下,教师是点燃学生智慧的灯火而不是将知识强行植入学生大脑的灌输者.教师更重要的作用是思考基于“问题情境、伙伴协同、支架任务、外化展示、评价反思”个条件驱动“学习”计划,促进学生深度学习真实发生.实践“路线”到“地图”组织,走向核心素养的真实培育深度学习的课堂中学习者不再被视为无知的存在,课堂教学也不再是让学习者囫囵吞枣地接受教授者粗暴植入的标准答案.深度学习不再是以“路线”的方式对概念的肤浅理解,通过活动的优化与重构,使学生脱离零散知识点的游走边缘,能够洞悉概念与概念的联系.在多种“路线”可达成问题解决的场域下,能“像科学家一样思考”,针对大概念的本质发问,在一次次的问题解决中辨析真伪证据、深入逻辑推理和寻求“要怎么做”的最优路径,即基于“地图”方式的学习,实现核心素养的真实培育.参 考 文 献钟启泉深度学习:课堂转型的标识J全球教育展望,():童文昭,邹国华,杨季冬基于标准的化学核心素养的教学理解J中小学教师培训,():林建芬,盛晓婧,钱扬义化学“四重表征”教学模式的理论建构与实践研究:从 年数字化手持技术实验研究的回顾谈起J化学教育,():陈锋指向深度学习的科学教学范式创新研究J上海教育科研,():钟启泉课堂研究M上海:华东师范大学出版社,:责任编辑:陈学涛