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情境探究教学建构深度学习的实践探索

范文

陶杰

摘要：以苏教版选修3《物质结构与性质》专题4“分子的空间构型”教学为例，探讨了在课堂教学中立足知识板块的基础起点，“情境、问题、知识、素养”四线并行，自主学习与深度学习交融耦合;择取三维情境素材创设情境探究问题与评价驱动任务，建立认知模型，实现深度学习，形成学科素养。

关键词：情境探究;深度学习;分子的空间构型

文章编号：1008-0546（ 2019）08-0030-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.08.010

一、问题的提出

2017年版《普通高中化学课程标准》（以下简称“新课标”）强调核心素养导向，彰显学科特质，倡导“教、学、评”一体化，在“课程基本理念”“教材编写建议”“课程内容”“教学与评价建议”和“学业水平考试命题建议”等环节中“情境”成为高频关键词，如下表1。

情境承载着使知识素养化的功能，是素养表现的平台。情境教学是新课标倡导的教学转变方向，探究式的深度学习是核心，实施情境探究教学是发展学生核心素养的重要途径。

二、情境教学与深度学习

情境教学“以美为境界、思为核心、情为纽带，学生活动为途径，周围世界为源泉”，并提出了“激起探究一引起满足一产生乐趣一形成内发性动机”的四个环节[6]。知识本身不具有素养价值的全部功能，因此学习它的最好方法是在情境中。情境教学就是将问题解决融入真、美的境界，以情促思，通过任务驱动在探究活动中发挥知识的功能价值，达成素养目标。情境是知识的载体，问题生成的源泉，素养表现的对象，实施情境探究教学符合新课标理念，有利于激发内在学习动机，发挥学习者的能动性，促进自主学习的形成。

深度学习是以理解学习为基础，运用高阶思维批判地学习新的思想和事实;能够在知识之间进行整体性联通，将它们融入原有的知识体系进行建构;能够在不同的情境中创造性地解决问题;能够运用元认知策略对学习进行调控，并达到专家学习程度的学习[7]。深度学习强调认知结构的理解、加工和重建，其内涵是批判性思维和创造性迁移应用，对学习做出反思、评价和调控的一种学习方式。深度学习需要有基于深度学习的教学设计，创设激发学生高阶思维的核心问题情境，将学习者带入到深度学习模式中，在探究活动中解决问题，最终达到迁移应用的目的。

问题情境设计是实施深度学习的关键环节，是素养输入和输出的中枢，决定着素养发展水平和学习力增长的程度。情境设计的内涵和外延要体现宽度、广度和深度，既能让学习者参与系统学习的研究历程，又能感受到挑战任务的深度体验，促进高阶思维。情境教学是深度学习的动脉，深度学习是情境教学的气质表现，探究是途径，当情境探究教学与深度学习亲密接触、相得益彰时，核心素养就萌芽了。

三、情境探究教学建构深度学习的教学实践

l.教材分析

“分子的空间构型”是苏教版选修3《物质结构与性质》专题4第一单元第一课时的内容。本节课教材内容主要分为两部分：其一，以CH4、BF3、BeCl2的空间构型为素材载体，从微观结构（中心原子价电子特点）对常见的三种杂化轨道类型进行学习，借助于化学史实，向学生介绍了杂化轨道理论的由来和主要观点。其二，运用杂化轨道理论解释乙烷、乙烯和乙炔中碳原子成键特点和分子的空间构型，从而达到类比、对比、迁移和应用的目的。该部分知识既呼应了前面的知识：共价键类型（σ键和π键）;也为后续分析分子的极性提供理论基础，起到承前启后的作用。教材提供了直观模型化方法思路，渗透了由抽象到具体并指导具体的思想方法。

2.设计思路

基于教材的编排特点和学生的学情，本节课以含碳物质为主线，运用模型素材，设置问题情境，从宏观感知模型结构到微观探析空间构型，渗透对杂化轨道理论的理解、迁移和应用。教材中CH4、BF3、BeCl2中原子的杂化方式在课前借助于微课让学生自主学习，课堂上主要以甲烷、乙烯、乙炔为研究对象，结合化学史完成浅层学习到深度学习的转向，化学史用于发展学生的科学态度与社会责任素养。在“回望教材”和“评价任务”中升华到运用知识解决苯和石墨的空间结构，从而使知识更加系统化和结构化，发展科学探究和创新意识素养，感悟丰富多彩的物质世界，教学设计流程如图1。

3.情境素材择取

东北师范大学郑长龙教授认为化学学习情境除了激趣、激疑、激思功能外，还是化学学科核心素养形成和发展的平台，素养表现的机会。他将化学学习情境按照新功能分为两类：一类是建构性化学学习情境，其功能是通过化学知识和化学方法的建构，促进化学学科核心素养的形成和发展;另一类是迁移性化学学习情境，其主要功能是通过真实情境下的化学问题解决，为化学学科核心素养的表现提供机会[8]。基于此，本节课的素材选择如图2，教材素材和教学素材属于建构性化学学习情境素材，主要承担杂化轨道理论的建构;拓展素材属于迁移性化学学习情境素材，为运用杂化轨道理论分析物质的空间构型提供了作用对象;融人生活化素材，例如搭建气球模型作为支架，便于学生理解杂化轨道的空间构型。由上述情境素材为载体构建情境探究教学，发展学生的核心素养。

4.教学过程

教学环节1：建立物质认识角度——空间结构的多样性

[任务情境1]初识碳及其化合物（如图3）

[教师活动]问题与思考：C原子与H原子结合形成的分子为什么是CH4，而不是CH2或CH3？ CH4分子为什么具有正四面体结构？

[学生活动]利用共价键知识分析甲烷分子式;用气球模拟甲烷分子的稳定空间构型，如图4。

设计意图：创设真实、具体且具有价值的问题情境平台，感悟丰富多彩的物质世界，将微观结构具体表现为宏观模型，从宏观上认识常见含碳物质的空间构型，并以此为主线展开教学，点明学习的主题，引发认知冲突，促进学生深度思考不同空间构型的形成原因，发展“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。借助于气球模型，激发学生兴趣，搭建脚手架，运用支架式理论，建构有意义的学习，类比发现甲烷的正四面体结构是物质的一种自然取向，引导学生认识到化学是一门自然学科，反映出自然界中的一般規律，感受化学与自然的紧密联系。

教学环节2：形成微观探究思路——杂化类型的多样性

[任务情境2]利用课前微课自学CH4、BF3和BeCl2的杂化类型

[学生活动]通过微课自主学习，完成以下学习任务，如表2。

设计意图：构建自学情境，课前利用微课及任务单引导学生自主学习，发挥学生的能动性。微课中设计了杂化轨道形成过程的模拟动画，生动逼真，有助于学生对抽象问题的理解和认识。课堂教学主要以甲烷中的碳原子杂化为例，以点带面，解决学生在课前预习自学中的困惑，构建程序式分析问题方法，为下面乙烯、乙炔的深度分析作好铺垫，达到螺旋式上升的目的。

[任务情境3]探究甲烷的分子构型

[教师活动]以甲烷为例，分析sp3杂化过程，如图5和图6所示。

[学生活动]用气球模拟sp3杂化轨道的空间构型。

[评价任务1]分析甲硅烷（SiH4）的结构

甲硅烷（SiH4）的结构与甲烷相似。SiH4分子中Si的杂化方式是

;H原子的Is轨道与Si原子的

轨道重叠形成Si-Hσ键。

[任务情境4]化学史：杂化轨道理论资料（1931年，美国化学家鲍林L.Pauling提出）

[学生活动]从化学史资料中归纳杂化轨道理论要点。

[教师活动]以甲烷分子的杂化为例，结合化学史资料归纳杂化轨道理论要点：①能级相近的价电子轨道混合杂化;②杂化前后轨道数目不变;③杂化后轨道伸展方向，形状发生改变。

设计意图：化学史可以介绍杂化轨道理论发展的历程，展示化学家在揭示这一规律过程中的科学探究思维方法，传递科学家的科学研究态度、精神和品质，是进行情感态度价值观教育的一种重要途径。将化学史以化学故事的情境呈现，融入杂化理论主要观点和科学家的关键事件，让化学史更具“科学味”“人情味”和“趣味性”，培养学生信息感知、捕捉与分析能力，发展科学态度与社会责任素养。

[任务情境5]运用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔

[学生活动]制作乙烯的球棍模型，写出乙烯的结构式，从原子轨道的重叠方式角度分析乙烯分子中的共价键类型;用杂化轨道理论解释乙烯分子中5个σ键和1个π键的形成过程，如图7;扎破一个气球，用气球模拟sp2杂化轨道的空间构型，如图8。

[教师活动]引导学生分析杂化过程，点评学生的分析思路和书写表达，建立模型化思维方法，如图9和图10。

[教师活动]引导学生尝试应用杂化轨道理论分析乙炔分子的成键情况。

[学生活动]制作乙炔的球棍模型，写出乙炔的结构式.从原子轨道的重叠方式角度分析乙炔分子中的共价键类型，用杂化轨道理论解释乙炔分子中3个σ键和2个π键的形成过程，如图11;再扎破一个气球，用气球模拟sp杂化轨道的空间构型，如图12。

[教师活动]引导学生交流讨论，诊断和检测学生的迁移应用能力，借助多媒体辅助完善学生认知，如图13和图14。

设计意图：B和Be原子的杂化具有一定的特殊性，乙烯和乙炔中碳原子的杂化过程更具普适性和代表性。结合自主学习，从甲烷的分子结构分析出发，进行深度学习教学设计，两条学习线并行，殊途同归，但又彼此呼应，如图15。用B和Be原子搭建支架，设置具有一定台阶但符合学生认知能力水平的问题，将知识以探究性的形式呈现，让学生体验知识获取的过程，在问题的解决中，通过类比、对比、迁移与应用，突出批判性思维和创造性思维的培养。对所学知识进行深度思考，从而形成对知识的理解和应用，符合深度学习“联想与结构、活动与体验、本质与变式和迁移与应用[9]”的四个特征要求。

教学环节3：迁移深化思维方式——解释复杂的空间构型

[任务情境6]深度认识苯和石墨的空间构型

回望教材：阅读教材46页“苯分子中的共价键”和59页“混合晶体”，试用杂化轨道理论解释苯和石墨的结构。

[学生活动]运用杂化轨道理论，分组讨论苯分子中σ键和π键，进一步认识苯分子中的键是介于单键和双键之间的一种特殊的键;交流石墨结构中大π键的形成，解释石墨能导电的原因。

[评价任务2]分子中的大π键可用符号π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为Ⅱ6），则吡咯（如图16）中的大π键应表示为

。

[教师活动]指导学生应用杂化轨道理论解释复杂的空间构型，实现顺向迁移和深度理解。

设计意图：“回望教材”既是对教材的回望，也呼应了本节课的问题情境，兼顾新旧知识的联系，同时也是对旧知识的再审视，站在更高的位置换个视角看问题，促使学生反思原有结构模型的空间构型，深化对杂化轨道理论的理解和认识，穿越模块壁垒，为其他模块例如《有机化学基础》的学习打下基础。将评价任务融入到有意义的测试情境之中，变换视角，诊断学生情境关联能力和素养达成水平。

四、实践后的思考

1.情境探究教学促进教与学行为的嬗变

王磊教授认为：知识的功能价值只有在基于真实学习情境的丰富多样的学科能力活动中才可能转化为自觉主动的、合理的认识方式（认识角度、认识思路和思维方式），形成核心素养[10]。选择合适的情境素材，建立基于深度学习的课堂教学情境平台，创设真实问题情境下不同复杂和陌生程度的问题解决活动，例如：构建情境探究教学，转变教师的教学方式，让课堂活泼灵动，从“有意思”到“有意义”，从“有腔调”走向“有格调”;促进学生学习方式的转变，在追求“生本、生命、生活”的基础上，实现“生成、生动、生长”的化学课堂教学，将情境下的学习转化为学生合作探究学习的内驱力，实现顺向迁移和曲线推进，促进课堂教与学行为的嬗变。

2.情境探究教学树立素养为本的评价观

在教学评测中树立“素养为本”的评价观，建立具有融合关系的情境线、问题线、知识线和素养线。围绕评测目标，创设真实、有意义的测试情境，精心设计有梯度的一系列课堂评价任务，完成知识学习向真实情境问题解决的自然过渡和延伸，符合教学规律的逻辑结构，形成结构化的教学过程，诊断与反馈学生素养达成水平，真正实现新课程标准所要求的“教、学、评”一致性，激发高阶思维，实现深度学习，在情境探究教学中促进学生化学学科素养的发展与提升。

参考文献

[1][2][3][4][5]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2，83. 73. 77-78

[6]李吉林，情感：情境教育理论建构的命脉[J].教育研究，2011（7）：65-71

[7]付亦宁，本科生深层学习过程及其教学策略研究[D].苏州：苏州大学，2014：20-21

[8]郑长龙.2017版普通高中化学课程标准的重大变化及解析[J].化学教育，2018 （9）：41-47

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

[10]王磊，魏锐.学科核心素养发展导向的高中化学課程内容和学业要求[J].化学教育，2018（9）：48-53

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