基于深度学习理论的化学课堂...究——以《原电池》教学为例_朵建荣.pdf

48摘要在高中课堂化学教学中，化学教师应以深度学习理论为基础，开展化学课堂教学。这样不仅能够有效提高教师的教学时效性，还可以引导学生课堂内参与主动学习，在课堂外用心参与实践，不断提升学生化学学科的核心素养。本节课基于深度学习理论和以学生为主体的教育理念，对原电池原理部分教学内容进行教学设计，研究深度学习理论在化学课堂中的应用。关键词问题串探究实验模型构建学科核心素养深度学习原电池主题是高中化学重要的理论性知识，在必修和选修模块中分别呈现，与氧化还原反应、离子反应、金属活动顺序等知识衔接紧密。它是在已有氧化还原知识的基础上，探究化学能和电能之间的转化，是学生认识化学反应与能量转化的重要载体，对学生后续学习电化学知识以及培养学生知识的综合理解和应用能力，对发展学生“宏观辨识与微观探析”“实验探究与创新意识”“证据推理与模型认知”“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养有非常重要的意义。新课程改革倡导“自主学习、小组合作、共同探究”的学习方式，更加注重“启发、引导、参与、讨论”探究式教学，强调教师要尽量为学生创造独立思考的良好习惯，以及自由探索的良好环境，激发学生好奇心，培养学生参与动手的实践爱好，提高学生的科学素养，为学生的终身发展奠定基础。一、深度学习理论简述深度学习（Deep learning）理论朵建荣以原电池教学为例基于深度学习理论的化学课堂教学探究1976 年由美国学者 Ference Marton和 Roger Saljo 基于学生阅读实验提出，是针对孤立记忆和非批判性接受知识的浅层学习而提出的关于学习层次的一个概念。简单说就是一种为了让层数较多的多层神经网络可以得到训练，能够运行起来而演化出来的一系列的新的结构和新的方法。通俗来讲，是指学生在理解学科知识的基础上，能够批判地、主动地深入学习新内容，获取与教学内容有关的新知识、新事物，主动探究新问题，在深入探究、积极学习的过程中建立更完善、更全面的学科体系。二、促进深度学习的课堂教学本文以高中化学必修 2化学能与电能中“原电池”的部分教学为例，论述深度学习在高中化学课堂中的体现。在本节课中，关于原电池中的电流是如何产生的，原电池的概念和原电池构成要素是教学中的重要内容。教师为了能更好的完成教学目标和任务，将教材中呆板的陈述性知识，通过创设真实的情境问题，采用问题串与探究实验相结合的教学方法，设计成精彩的思维过程。鼓励学生积极思考，在教师的引导下，在真实的情境问题中，积极参与课堂，在亲身体验实验的过程中真正理解知识，建立学科知识框架，在深度体验中获取知识，实现深度学习目标。教学设计如下：（一）科学设计教学方法，促进学科知识结构化教师:化学电池是一种将氧化还原反应产生的能量直接转化为电能的装置。那么化学电池中的电流是如何产生的？能从微观角度分析吗？实验一（见图 1）：把锌片和铜片插入稀硫酸中观察实验现象，解释 原因。学生回答：锌片有气泡产生，铜片上无气泡产生。是因为 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2，该反应是氧化还原反应，锌的化合价升高失去电子，硫酸中的氢元素的化合价降低得到电子。铜是氢元素之后的金属，不与硫酸反应。情境问题 1：反应中有电子的转移图1：实验一2023.03.课 程教学理论与方法DOI:10.16704/ki.hxjs.2023.03.01749吗？反应中电子转移产生电流了吗？学生回答：该反应有电子的转移，但应该没有电流产生。实验二（见图2）：用导线将锌片和铜片相连后，再插入稀硫酸中，观察现象。学生回答：当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上产生了大量气泡。情境问题 2：将铜片和锌片用导线连接后产生电流了吗？我们可以通过什么方法来证明是否有电流通过？学生回答：不确定是否产生电流，但可以连接电流表观察。实验三（见图3）：用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，再插入稀硫酸中，观察电流表的指针是否偏转？学生回答：电流表指针发生偏转，且偏向铜片（此时学生情绪高涨），说明有电流产生了。情景问题 3：实验中电流表的指针为什么会偏向铜片？学生 1 回答：因为该反应是离子反应，当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比铜活泼，与稀硫酸作用时，容易失去电子，被氧化成锌离子而进入溶液。电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的氢离子从铜片上获得电子，被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。反应中由于转移的电子通过导线发生了定向移动，从而产生电流（其他学生静听思考）。学生 2 回答：根据物理知识，电流表指针发生偏转，说明有电流通过。而电流是由正极流向负极，并且是由电子的定向移动形成的，由氧化还原反应知识知道，锌比铜活波，锌易失电子，所以锌片是负极，电子从锌片通过导线流向铜片，铜片就是正极。情景问题 4：形成电流必须有通路，即闭合回路，锌-导线-铜形成的回路称为外电路，内电路是怎样形成的？学生分组讨论。学生 3 回答：应该在溶液中，硫酸电离产生 H+和 SO42-，水电离产生H+和 OH-，H+移向铜片，在铜片上的到电子生成氢气，SO42-移向锌片，从而形成回路，称为内电路。教师总结：这个装置通过一个自发的氧化还原反应，将化学能直接转变为电能，就是“原电池”。原电池的发明促进了人类文明进步，为现代社会发展做出了重要贡献。设计意图：原电池的概念属于理论性知识，比较抽象。如果仅是采用教师给出概念、学生记的教学方法，仅能产生粗浅记忆，这不但忽略了学生的主体地位，还忽略了教学的本质。化学是一门以理论为前提，以实验为基础的学科，可以在实验过程中得到一些理论性知识的印证和深化。本节课中教师转变教学方法，将问题串融入教学情境中，创设真实情景问题，采用“创设问题探究实验观察现象解决问题”的方法，充分调动学生的学习积极性，让学生通过自己实践探索，在原有知识的基础上，接收和理解新信息，组合新旧知识，建立学科知识结构。（二）利用模型构建过程，促进学生深度学习在完成“原电池构成要素及工作原理”教学目标时（见图 4），为了能让学生真正理解原电池工作原理，灵活运用原电池原理解决实际问题，并形成学科知识结构，教师采用了构建模型的方法。情景问题 5：同学们能将锌与稀硫酸的反应分别用氧化反应和还原反应表示吗？即分别写出负极和正极的反应离子方程式，并总结原电池原理模型吗？学生上黑板板演：负极（Zn 片）：Zn-2e-=Zn2+氧化反应正 极（Cu 片）：2H+2e-=H2还原反应师生归纳总结：锌铜原电池工作原理模型（见表 1）情景问题 6：以锌铜原电池为例，分析构成原电池的要素？学生回答：构成原电池必须有一个可以自发发生的氧化还原反应，两个导电能力不同的金属作电极，外加导线、电解质溶液并形成闭合回路。教师补充：其实电极不一定必须是两个金属，一个也可以是能导电的非金属（如石墨)。闭合回路的形成不一定必须有导线，可以将两个电极上方靠在一起或直接将两电极靠在一起。然后在师生共同构建模型中，要装置负极（Zn 片）正极（Cu 片）反应物质ZnH+生成物质Zn2+H2反应类型氧化反应还原反应反应离子方程式Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2电子流向负极正极离子移动方向阴离子负极 阳离子正极电解质溶液稀 H2SO4表 1锌铜原电池工作原理 图2：实验二 图3：实验三课 程教学理论与方法2023.03.50把原电池构成要素及工作原理直观体现出来(图 4)。设计意图：高中化学核心素养中的模型认知素养要求是让学生通过分析、推理等方法认识研究对象的特质，建立认知模型，揭示本质和规律。本节课中教师采用构建模型的教学方法，帮助学生建立原电池概念，理解原电池的工作原理及构成要素模型，建立宏观与微观之间的联系，让学生对多个相关概念，零碎知识点之间形成整体认识，更加深入地掌握基本的科学知识与思维方法。（三）创设探究实验，促进学生主动学习能力化学知识与生活紧密相关，教师创设生动活泼且接近于现实生活的教学情景，让学生在现实中找到化学相关的存在，把知识延伸到生活中，建立联系，鼓励和引导学生创新实验，激发学生学习化学的兴趣，提高学生分析解决问题的能力，培养学生的化学学科素养，从而促进学生深度学习能力。理解了锌-铜-稀硫酸原电池的工作原理后，教师又创设问题 6：在锌铜原电池中锌片，铜片和导线的作用是什么？铜片能否被替代？锌片能否被替代？稀硫酸能否被替代？（展示玩具车）实验四：试用下列实验用品，设计一个简易电池，让桌子上的玩具车跑起来吧！并体会原电池的构成要素。用品：电流表、铜片、锌片、镁片、石墨片、导线、夹子、稀硫酸、西红柿、桔子。本实验利用原电池模型解释生活中的问题，感受化学在生活中应用，做到学以致用，并深化对知识的认识和理解。实验过程中，教师不停的走访于各个小组，做适当引导，及时了解不同小组的探究情况，并在必要时给予学生耐心的指点。学生通过小组讨论，自主探究组装实验，把课堂真正还给学生。经过 5 分钟后，不同的小组设计出多种原电池装置，例如镁-铜-稀硫酸、锌-铜-西红柿、锌-石墨-稀硫酸、锌-石墨-桔子等电池，有很多小组带动了玩具车。当桌上的玩具车动起来时，学生兴奋不已，拍手欢呼，体验了探究实验带来的快乐。当然有些小组同学，不小心将稀硫酸撒在手上，担心害怕实验没有成功，玩具车没有被带动。学生在实验过程中体验了挫折、失败、成功，感悟了科学探究实验的严谨和艰辛，提升科学态度和社会责任感。三、结语深度学习的本质是让学生学会主动去探索和学习，在理解这种更深更广度的学习的基础上，批判性地学习新的现象，去思考，去验证，并与现实想关联，将它们整合到原有的认知结构中，将现有知识转移到新的情境中，提高学生的思维能力和分析、解决问题的能力。基于深度学习理论的课堂教学是化学教师进行教学的重要内容，本节课教师充分优化了课堂教学设计，帮助学生建立思维模式，特别是原电池原理的课程教学中，教学内容和方法做了很多创新，通过对现实问题的剖析，提高了学生分析和解决实际问题的能力，也拓展了学生实践和探索的思路，在一定程度上促进了教师专业素质的提高。基于化学深度学习理论的课堂教学，教师针对学生的学习情况给予解决问题的有效方法和解决途径，帮助学生建立完善的化学学科体系，帮助学生对新旧知识进行整合，让学生思维更加活跃，思路更加严谨和清晰，并能够运用思维模型来解决电化学问题，切实提高学生的学习效果，真正促进学生学习方式的转变。参考文献：1 陈晓莉,范智慧,朱立红.初高中氧化还原反应教学衔接的研究 J 黄冈师范学院学报,2020,40(3):91-97.2 胡久华.以深度学习促核心素养发展的化学教学J.基础教育课程,2019(Z1):70-78.3 林赟赟.基于深度学习理论的数 学课堂教学J.高考,2021(19):47-48.4 安富海.促进深度学习的课堂教学策略研究 J.课程教材教法,2014(11)58-62.5 王磊.基于学生核心素养的化学学科能力研究 M 北京:北京师范大学出版社,2017.6 陈水夫.高中化学新课程标准的学习与解读J.化学教与学,2010(09):52-53.（作者朵建荣，甘肃省兰州市第二 十七中学教师）2023.03.课 程教学理论与方法图4：原电池构成要素及工作原理