陳 婷 蔣 健

（瀏家港中學(xué) 江蘇太倉(cāng) 215433）

隨著《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》的頒布，以素養(yǎng)、能力為本的教學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前初中化學(xué)教學(xué)的主要落腳點(diǎn)和生長(zhǎng)點(diǎn)，其基本內(nèi)涵就是基于真實(shí)的情境，通過(guò)解決較為復(fù)雜，具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題來(lái)逐漸培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新精神所需的素養(yǎng)和能力，而深度學(xué)習(xí)恰好為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一條可行的路徑。

由于初中生知識(shí)水平、心理水平等因素的影響，初中化學(xué)的學(xué)習(xí)探究活動(dòng)主要是以定性探究形式開(kāi)展的，而定性探究是認(rèn)識(shí)物質(zhì)的基礎(chǔ)，很多情況下表現(xiàn)為較為淺層的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解微觀本質(zhì)原理，在陌生情境中，對(duì)知識(shí)遷移解決相關(guān)問(wèn)題的綜合能力略顯薄弱［1］。定量探究是定性探究的補(bǔ)充與發(fā)展，也是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的一種方式。

一、深度學(xué)習(xí)與定量探究

1.深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)起源于上世紀(jì)70 年代，發(fā)展至今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為［2，3］：深度學(xué)習(xí)是在教師引領(lǐng)下，基于原有知識(shí)能力，圍繞有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，以學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與為前提，重視知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立和認(rèn)知策略的原認(rèn)知，獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程，以知識(shí)遷移和認(rèn)知策略遷移來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題為最終目標(biāo)。深度學(xué)習(xí)是一種高階思維主導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)過(guò)程，也是一種教學(xué)思想，是教學(xué)變革的方向。初中化學(xué)深度學(xué)習(xí)可以認(rèn)為是在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生圍繞較為復(fù)雜的、有挑戰(zhàn)性的、真實(shí)的化學(xué)相關(guān)學(xué)習(xí)主題或問(wèn)題情境，從化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)、學(xué)科觀念視角出發(fā)，主動(dòng)開(kāi)展以實(shí)驗(yàn)為主要手段的探究活動(dòng)，通過(guò)證據(jù)推理、質(zhì)疑批判等高階思維學(xué)習(xí)過(guò)程，解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和能力的發(fā)展與提升。

初中化學(xué)深度學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個(gè)真實(shí)情境下的主題式的學(xué)習(xí)過(guò)程，是主動(dòng)參與、主動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)知識(shí)體系的學(xué)習(xí)過(guò)程，是質(zhì)疑、批判、遷移等高階思維活動(dòng)不斷提升發(fā)展的學(xué)習(xí)過(guò)程，是化學(xué)觀念、學(xué)科思想不斷內(nèi)化，能力不斷提升的學(xué)習(xí)過(guò)程（如圖1）。

圖1

2.定量探究

定性、定量都是科學(xué)探究的主要方法和思維形式。定量相對(duì)定性而言，更側(cè)重于量的角度，通常在化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，往往需要在定性探究基礎(chǔ)上，借助數(shù)學(xué)工具對(duì)物質(zhì)進(jìn)行數(shù)量方面的探究分析，將問(wèn)題與現(xiàn)象等用數(shù)據(jù)、模型、圖形等方式表示，從微觀視角、量化角度研究，最終揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)與特征。定量探究是化學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)科方法之一，也是對(duì)相關(guān)知識(shí)開(kāi)展深度學(xué)習(xí)的表現(xiàn)形式之一。因此，從定量的角度開(kāi)展深度學(xué)習(xí)，對(duì)認(rèn)識(shí)、理解、應(yīng)用物質(zhì)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)實(shí)踐價(jià)值。

二、基于定量探究的深度學(xué)習(xí)案例

1.學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過(guò)對(duì)真實(shí)情境中蘇打水中碳酸氫鈉含量的定量測(cè)定、自制一定濃度蘇打水實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)誤差的分析，發(fā)展學(xué)生合作探究、質(zhì)疑思辨、證據(jù)推理、比較綜合、遷移應(yīng)用等高階思維能力。

（2）通過(guò)真實(shí)情境中化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生分析探究及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，發(fā)展定量思維能力。

（3）通過(guò)真實(shí)情境中的定量探究，進(jìn)一步培養(yǎng)科學(xué)探究與實(shí)踐能力、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力的不斷提高。

2.學(xué)習(xí)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境、確立主題

×××蘇打水廣告視頻——介紹蘇打水對(duì)人體的好處。

展示：購(gòu)買(mǎi)的蘇打水。錨定最終學(xué)習(xí)任務(wù)：自制蘇打水。

師：誰(shuí)能給我們介紹一下蘇打水中的主要成分碳酸氫鈉（小蘇打）？

生：觀看視頻，回顧交流碳酸氫鈉的性質(zhì)及用途。

設(shè)計(jì)意圖：調(diào)節(jié)課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望，復(fù)習(xí)碳酸氫鈉這種鹽的性質(zhì)及用途，為后續(xù)探究做好鋪墊。

環(huán)節(jié)二：定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，引發(fā)深度思維

若要自制蘇打水，首先需要了解蘇打水中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

［核心問(wèn)題1］如何測(cè)定蘇打水中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？

資料：碳酸氫鈉與氫氧化鈣在過(guò)量與少量時(shí)發(fā)生的反應(yīng)：

學(xué)生小組設(shè)計(jì)、交流、展示實(shí)驗(yàn)測(cè)定方案與裝置圖。

［生1］方案一：加足量的稀鹽酸，測(cè)定產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量。

［生2］方案二：加足量的氫氧化鈣溶液，測(cè)定產(chǎn)生碳酸鈣沉淀的質(zhì)量。

［生3］裝置圖（如圖2、圖3）

圖2

圖3

［師］若利用方案一，需要測(cè)定哪些數(shù)據(jù)才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

［生］（1）實(shí)驗(yàn)前蘇打水和稀鹽酸及所有裝置的總質(zhì)量；（2）實(shí)驗(yàn)后所有溶液及裝置的總質(zhì)量。反應(yīng)前后的質(zhì)量差即為生成的二氧化碳的質(zhì)量（見(jiàn)表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的質(zhì)量變化關(guān)系

［生］分析數(shù)據(jù)可知：產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量m（CO2）=211.821 g-211.805 g=0.016 g；

依據(jù)NaHCO3～CO2可計(jì)算出碳酸氫鈉的質(zhì)量為0.031 g；

蘇打水中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.031 g/50.000 g×100%=0.062%。

［實(shí)驗(yàn)反思］如果沒(méi)有無(wú)水氯化鈣，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會(huì)怎樣？鹽酸的用量應(yīng)該如何選擇？如何判斷？

［計(jì)算］依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果，計(jì)算得出蘇打水中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性、通過(guò)交流確定可行的方案，通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)的探究，體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性和科學(xué)性，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、質(zhì)疑批判、科學(xué)論證到進(jìn)行定量計(jì)算，層層遞進(jìn)，不斷提升學(xué)生思維的深度。

環(huán)節(jié)三：定量實(shí)驗(yàn)分析，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

［核心問(wèn)題2］如要配制一瓶550 mL（已知密度）的蘇打水，需如何進(jìn)行配制？

［生］說(shuō)明配制步驟：計(jì)算、稱量固體、量取水、溶解。

［生］分組配制蘇打水。

［提高］老師這里還有一杯提前配制好的濃度較大的一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳酸氫鈉溶液。（1）經(jīng)測(cè)定實(shí)際濃度偏小，可能是什么原因引起的？（2）可以如何配制成為我們需要的蘇打水？

［生］主要從溶質(zhì)溶劑質(zhì)量變化的角度分析實(shí)際濃度偏小的原因。

［生］從溶質(zhì)質(zhì)量不變的角度，計(jì)算說(shuō)明濃溶液稀釋配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳酸氫鈉溶液的方法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)完成蘇打水的配制實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析，從溶液成分質(zhì)量的角度定量分析產(chǎn)生誤差的原因，從深層次認(rèn)識(shí)溶液的組成。

環(huán)節(jié)四：定量計(jì)算指導(dǎo)生活，增加深度學(xué)習(xí)的深度

［核心問(wèn)題3］說(shuō)說(shuō)飲用蘇打水的利與弊

［師］高血壓患者需要低鈉飲食，喝這樣的一瓶蘇打水，相當(dāng)于吃了多少食鹽？

［生］計(jì)算鈉含量，從“量”的角度說(shuō)明問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生客觀地看待蘇打水，通過(guò)化學(xué)式計(jì)算理解飲食要注重“量”，體會(huì)化學(xué)定量研究對(duì)生活的重要意義，增加學(xué)生深度學(xué)習(xí)的深度。

三、教學(xué)反思

1.創(chuàng)設(shè)有深度的定量探究真實(shí)情境，促進(jìn)高階思維發(fā)展

進(jìn)階學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)前景與學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度越高，學(xué)習(xí)內(nèi)容將變得更加形象具體，學(xué)生越容易進(jìn)入一種深度學(xué)習(xí)的狀態(tài)，學(xué)習(xí)效率也越高。

真實(shí)有深度的情境蘊(yùn)含著學(xué)科核心知識(shí)、觀念、價(jià)值、素養(yǎng)，必然是貼近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，蘊(yùn)含著驅(qū)動(dòng)性的學(xué)科核心問(wèn)題，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望，要求學(xué)生以開(kāi)放的形式，以證據(jù)推理、質(zhì)疑、批判等思維去尋找解決問(wèn)題的策略和方法，促進(jìn)知識(shí)的建構(gòu)和遷移運(yùn)用。學(xué)生解決有挑戰(zhàn)性問(wèn)題的過(guò)程，必然是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、建構(gòu)的過(guò)程。在解決問(wèn)題時(shí)，首先激發(fā)原認(rèn)知自我意識(shí)，根據(jù)面對(duì)的問(wèn)題判斷自身知識(shí)與能力水平，在此基礎(chǔ)上主動(dòng)參與體驗(yàn)探究活動(dòng)過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行持續(xù)性的評(píng)價(jià)，據(jù)此及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化，不斷自我監(jiān)控探究活動(dòng)過(guò)程，不斷自我調(diào)節(jié)，將情境、問(wèn)題、活動(dòng)、知識(shí)技能、素養(yǎng)“五位一體”，高度融合，促進(jìn)持久理解和高階思維發(fā)展，提高深度學(xué)習(xí)的深度。

2.基于模型認(rèn)知的定量計(jì)算，促進(jìn)知識(shí)傳遞走向深度學(xué)習(xí)

化學(xué)計(jì)算是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，目的在于幫助學(xué)生從量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，感受“量”在化學(xué)變化中的意義，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)定量研究意義的認(rèn)知。當(dāng)前，化學(xué)計(jì)算相關(guān)內(nèi)容多為教師示范、學(xué)生模仿練習(xí)或直接利用公式等較為淺層的學(xué)習(xí)方式，缺少高階思維活動(dòng)，無(wú)法認(rèn)識(shí)到知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)，而從模型認(rèn)知的思維角度，建構(gòu)化學(xué)模型并運(yùn)用化學(xué)模型解釋化學(xué)規(guī)律，幫助學(xué)生理解“量”的意義及其“量”變化的本質(zhì)原因。初中化學(xué)計(jì)算中常見(jiàn)的有“差量關(guān)系”模型（如圖4），利用化學(xué)模型可以解釋和預(yù)測(cè)分析某些情況下反應(yīng)前后質(zhì)量差產(chǎn)生的原因，即物質(zhì)的消耗與產(chǎn)生，如某種氣體的逸出、沉淀的析出或某種元素的轉(zhuǎn)移等等。

圖4

案例中是反應(yīng)前容器中所有物質(zhì)的質(zhì)量與反應(yīng)后所有物質(zhì)的質(zhì)量之間的質(zhì)量差，由化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)種類(lèi)變化情況可知，只有產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w能從容器中逸出，其他的物質(zhì)不論轉(zhuǎn)化或剩余仍全部留在容器中，故產(chǎn)生質(zhì)量差的主要原因就是二氧化碳?xì)怏w這種物質(zhì)從容器中逸出，也就是說(shuō)質(zhì)量差值就是二氧化碳的質(zhì)量。這種情況下，我們建立的差量模型就是反應(yīng)前后所有物質(zhì)的總質(zhì)量差，一般就是生成的氣體外逸或消耗外界氣體的質(zhì)量。

再如實(shí)驗(yàn)室利用一氧化碳還原氧化鐵模擬煉鐵的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，硬質(zhì)玻璃管中的物質(zhì)的前后質(zhì)量差，則又是另外一種情況。玻璃管內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)前是氧化鐵與空氣，反應(yīng)后則是鐵粉與空氣，這顯然是由氧化鐵轉(zhuǎn)化為鐵粉的過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量差，也就是氧化鐵中氧元素全部發(fā)生了轉(zhuǎn)移，氧元素的質(zhì)量就是反應(yīng)前后質(zhì)量的差值。這種情況下，我們建立的差量模型就是反應(yīng)前后某幾種物質(zhì)的質(zhì)量差，一般就是元素轉(zhuǎn)移的質(zhì)量。

在案例中，利用二氧化碳的質(zhì)量來(lái)推測(cè)碳酸氫鈉的質(zhì)量，就需要學(xué)生建立“宏觀-微觀-符號(hào)”化學(xué)模型，通過(guò)理解化學(xué)變化的微觀本質(zhì)，利用化學(xué)符號(hào)的表征能力去解決問(wèn)題。從微觀角度來(lái)講，就是每個(gè)碳酸氫根離子反應(yīng)后能夠生成一個(gè)二氧化碳分子，也就是無(wú)論具體質(zhì)量如何變化，兩種微粒在化學(xué)反應(yīng)前后的個(gè)數(shù)比始終保持1∶1不變，碳酸氫鈉和二氧化碳之間的質(zhì)量比始終保持84∶44不變。以此類(lèi)推，每一個(gè)化學(xué)變化都適用。

3.定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)展

初中化學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是基礎(chǔ)性，因此初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更偏重定性實(shí)驗(yàn)，輕視定量實(shí)驗(yàn)，弱化了從“量”的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)，不利于學(xué)生高階科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)，但實(shí)驗(yàn)從定性走向定量是化學(xué)發(fā)展的必然途徑，因此初中階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩繉?shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與科學(xué)探究，對(duì)于學(xué)生定量思維意識(shí)的形成與發(fā)展有不可替代的作用，對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)展有其獨(dú)特的意義。

在案例中，要求辯一辯配制的蘇打水是否適合有心臟病的人飲用，表面是小蘇打的性質(zhì)與運(yùn)用的分析，鈉元素對(duì)人體的作用與影響的考查，這樣的思考還停留在問(wèn)題表面，實(shí)則是要求從鈉元素具體含量的角度入手，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其含量，轉(zhuǎn)化為主要含鈉物質(zhì)碳酸氫鈉的含量測(cè)定，過(guò)程中實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)以及改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和分析、結(jié)論、誤差分析等等，都需要定量思維的推理過(guò)程，幫助學(xué)生從結(jié)論抽絲剝繭反推原理，再?gòu)脑磉M(jìn)一步論證肯定結(jié)論，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

4.實(shí)驗(yàn)誤差定量分析，拓展深度學(xué)習(xí)深度

實(shí)驗(yàn)誤差普遍存在于定性、定量實(shí)驗(yàn)中，是無(wú)法避免的，雖然對(duì)于結(jié)論的推斷產(chǎn)生不利的影響，但是正確地利用實(shí)驗(yàn)誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因，對(duì)于學(xué)生思維的培養(yǎng)有很大的幫助。在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)質(zhì)疑每一個(gè)步驟的嚴(yán)謹(jǐn)性與正確性，實(shí)驗(yàn)裝置的合理選擇與比較，不同實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣對(duì)比，數(shù)據(jù)的推理演繹等，無(wú)不需要學(xué)生較高水平的思維過(guò)程。

案例中定量測(cè)定二氧化碳質(zhì)量的過(guò)程中，實(shí)際質(zhì)量肯定會(huì)出現(xiàn)偏大或偏小的情況，是什么原因呢？學(xué)生此時(shí)的思維得以發(fā)散，可能從多角度考慮：藥品問(wèn)題、二氧化碳的性質(zhì)、裝置不足、操作錯(cuò)誤、電子天平故障等方面。推測(cè)原因可能是鹽酸濃度過(guò)大、揮發(fā)逸出，水蒸氣隨氣體逸出導(dǎo)致質(zhì)量偏大，則計(jì)算所得碳酸氫鈉的質(zhì)量隨之偏大；二氧化碳?xì)埩艋蛉苡谒?，?dǎo)致質(zhì)量偏小，則計(jì)算所得碳酸氫鈉的質(zhì)量隨之偏小等等，基于這些推測(cè)，學(xué)生就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化改良，不斷地質(zhì)疑、推測(cè)、改進(jìn)、論證，學(xué)生的思維能力不斷提升，深度學(xué)習(xí)不斷深化。

總之，在真實(shí)有效的情境中開(kāi)展定量研究，能驅(qū)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。這就要求教師需要精準(zhǔn)理解化學(xué)學(xué)科定量研究的核心內(nèi)容，從整體上設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)：明確的主題、驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題、深度的活動(dòng)、持續(xù)的評(píng)價(jià)等，帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展真實(shí)的學(xué)習(xí)。學(xué)生的“深度學(xué)”離不開(kāi)教師的“深度教”。