基于深度學習的初中化學實驗教學的有效開展
——以“二氧化碳的制取與性質”實驗為例

江蘇省邳州市陳樓中學（221300）王艾禮

化學實驗是培養學生探究意識和創新能力的主要手段，對學生的成長與發展起著積極的作用。但是部分學生在學習化學實驗時缺乏深度思考與探究，淺層學習影響了學生的學習動機、學習行為以及認知結果，這與實驗教學旨在培養學生高階思維、核心素養的目標相去甚遠，因此深度學習的開展與實施勢在必行。為此，本文對基于深度學習的初中化學實驗教學的有效開展加以探究，引導學生在深度學習中明確實驗原理、設計實驗步驟、探究實驗過程、應用實驗結論，最終在實驗中提升自身的化學綜合水平。

一、深度學習概述

相對淺層學習而言，深度學習更加關注知識的本質以及意義，它是指學習者在淺層學習的基礎上通過對知識的再認識構建知識關系，并在理解的前提下進行應用與遷移，做出決策和解決問題的一種學習模式。開展深度學習需要經歷多個步驟，其中包括信息的整合、問題的思考與解決、知識的遷移與應用等。在深度學習的整個過程中，學生的思維將得到拓展和延伸，所以基于深度學習開展初中化學實驗教學，對學生的思維發展與核心素養的培養具有積極的意義。

二、深度學習的價值體現

（一）利于學生創新能力的提升

創新能力是每個學生必備的能力，也是促進學生成長與發展的關鍵能力。淺層學習無法讓學生對問題形成真正的認識與進行深度的探究，表面化的理解與認知不足難以讓學生對知識與方法進行創新。而深度學習則是讓學生對知識的深層內涵和意義進行學習，通過信息的整合和問題的解決來創造出多種方法，從而實現學生創新能力的提升，為學生今后的發展鋪平道路。

（二）利于學生探究意識的培養

合作與探究是課程標準提到的學習方式，合作與探究能力是當下學生欠的基本能力之一?；谏疃葘W習開展初中化學實驗教學，可讓學生對化學概念、定律、方程式以及實驗的設計和原理進行探究，明白問題提出的依據，找到問題解決的方法，并努力做到“知其然，并知其所以然”，同時在與他人的合作過程中將層層遞進的問題一一破解，最終養成獨立思考的意識以及合作探究的精神。這樣的教學，可保證每一位學生都能獲得自我成長，實現共同進步與發展。

（三）利于學生知識框架的構建

深度學習是一個由外到內層層遞進的過程，也是學生通過提出問題、思考問題、解決問題構建知識框架形成批判性思維的過程。教師在設計教學活動時，務必要結合學生的學習特點和課程標準的教學要求，讓學生在學習中體現主體性，同時使學生對知識的探究從表面向深度過渡，對知識依次進行基礎理解、深層理解、遷移應用，將陌生的知識熟悉化、抽象的知識形象化、理論的知識實踐化，讓學生對知識充滿渴望，并且通過自己的探索和應用建構知識體系，一步步豐富知識框架，為今后的成長積攢能量。

三、基于深度學習的初中化學實驗教學環節

（一）創設情境，為實驗做好鋪墊

多數學生在剛開始接觸化學時對化學實驗并不熟悉，為了更好地讓學生對實驗有所了解，激發學生的好奇心，教師可以結合學生的生活經驗以及認知水平，以講故事、提問題、做游戲等形式為學生創設情境，通過圖片、視頻、語言等多方面的刺激，鼓勵學生對實驗進行探究。創設情境，不僅可以消除學生對課堂知識的陌生感，還可以調動學生的學習積極性，讓學生在情境中學會獨立思考，為實驗探究打好基礎，進而在教師的指導和幫助下掌握和內化實驗重點知識。

（二）設計問題，強化知識建構

教師在開展實驗教學時，可以依據實驗教學目標為學生設計問題，激發學生的求知欲，引導學生由淺層學習向深度學習轉變，最終在解答問題的同時學會深度思考，從而強化知識建構。教師在設計問題時應注意兩點：第一，問題要依據學生的認知規律和知識框架來設計，目的是讓學生學會應用學到的知識和已有的經驗解決問題，從而獲得成就感。第二，問題的設計要體現層次性，讓不同層次的學生能夠通過層層遞進的問題拓展思維，最后實現知識建構。

（三）知識遷移，落實知識應用

當學生通過實驗內化知識之后，教師可向學生展示生活中的化學問題或者現象，讓學生應用所學知識解決生活中的問題，體現化學實驗的價值。學生在遷移應用知識的過程中提升了自身的生活技能，積累了生活經驗。這一環節是實驗教學的重點，也是讓學生體驗實驗設計的必要性和化學知識的實用性的關鍵環節。教師在設計這一環節時要強調學生的深度思考，進而完善實驗教學的成果。

（四）課堂總結，回顧教學重點

課堂總結是深度學習的最后一個環節，也是教師引導學生構建知識框架的重要途徑。課堂總結不僅要總結課堂知識，還要對課堂中學生疏忽之處或者不足之處進行整理和分析，進而引導學生對問題進行深度思考。除此之外，教師還要在課堂總結中幫助學生構建思維導圖，讓學生在思維的延展過程中回顧實驗重點知識并加以記憶，最后將其應用于生活中，體現實驗教學的實效性。

四、基于深度學習的初中化學實驗教學案例

下面以“二氧化碳的制取與性質”實驗為例，對基于深度學習的初中化學實驗教學進行探究。

（一）教學目標

（1）組裝實驗器材，制取二氧化碳氣體。

（2）通過實驗探究二氧化碳的性質，并通過實驗實現知識的遷移。

（3）通過實驗探究培養學生的合作精神和探究意識，從淺層學習向深度學習轉變，讓學生自主構建知識框架，并在實驗過程中發展核心素養。

（二）教學重點和難點

（1）教學重點：二氧化碳的制取。

（2）教學難點：二氧化碳的性質實驗。

（三）教學過程

1.創設情境，引出實驗

二氧化碳與我們的生活息息相關，但是學生對二氧化碳并不熟悉。為了讓學生對本實驗充滿期待和好奇，教師可以在實驗開展之前創設情境：有一種物質，植物的生長離不開它，被消防官兵所青睞，同時它也是全球變暖的主角，它到底是什么呢？請大家思考并猜測。

學生自主思考，回答問題。通過創設情境，引導學生認識二氧化碳這一物質，并對二氧化碳充滿好奇。

設計意圖：以猜謎語的方式創設情境，不僅可以吸引學生的注意力，活躍實驗課堂氣氛，還能讓學生結合自身的認知和生活經驗去認識二氧化碳，為接下來的實驗探究做好鋪墊。

2.提出問題，合作探究

教師引導學生思考問題：空氣中如果沒有二氧化碳會怎樣？空氣中的二氧化碳密度比空氣大還是??？如何制取二氧化碳？并給出制取二氧化碳的化學方程式：CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑。

首先，讓學生以小組合作的形式對二氧化碳進行淺層學習，在此基礎上對二氧化碳的制取進行探究，之后再根據教師給出的化學方程式設計實驗，安裝實驗裝置（如圖1），實現深度學習。接著，教師對學生的實驗裝置進行指導，并引導學生結合自身的生活經驗以及對二氧化碳的認識思考二氧化碳具有哪些性質，以及設計怎樣的實驗可以證明二氧化碳的存在。例如，二氧化碳可以用來滅火，說明二氧化碳不具有可燃性，那么如何設計實驗來驗證這一性質？

圖1

學生通過實驗驗證二氧化碳的性質。例如，為了驗證二氧化碳的密度大小，學生將兩個燒杯分別放在天平的兩端，并向一個燒杯中倒入二氧化碳，天平向哪個方向偏移那么哪邊氣體的密度就大。又如，在驗證二氧化碳不支持燃燒這一性質時，學生將帶火星的木條放入二氧化碳中，觀察帶火星的木條的變化情況，以此驗證二氧化碳的這一性質。

設計意圖：問題的提出激發了學生的探究意識，使其在淺層學習的基礎上通過實驗探究實現深度學習，即從二氧化碳性質的淺層學習向性質的探究轉變，最終通過操作實驗將二氧化碳的性質加以內化，構建知識框架。

3.課外拓展，實現遷移

教師表演“魔術”：向一個盛滿紫色溶液的燒杯中通入二氧化碳，溶液瞬間變為紅色。

學生從中可知二氧化碳可使紫色石蕊變紅。

教師講述故事：有個孩子吃了半個西瓜之后，將剩下的半個西瓜放入久未開封的地窖中，結果父母沒有看到孩子回家，就去地窖中找，最后三人都被困在地窖中無一生還。隨后提出問題：在遇到以上情形時應該如何應對才能確保人身安全？

設計意圖：課外拓展的目的是讓學生對本節課學到的知識進行遷移，學會運用二氧化碳不支持燃燒這一性質解決問題。這樣既能鞏固課堂知識，又能體現化學實驗的價值和意義，培養學生的學科素養。

4.實驗總結，強化鞏固

實驗結束后，教師和學生一起討論、回顧課堂知識點，關注實驗操作的失誤，總結課堂重點，從而加深印象，強化記憶。涉及如下具體內容：

（1）二氧化碳是無色無味的氣體。

（2）二氧化碳的密度比空氣大。往天平上的兩個燒杯中的一個倒入二氧化碳，天平指針向二氧化碳端偏移，從而驗證了該性質。

（3）二氧化碳不燃燒也不支持燃燒。將帶火星的木條放入盛有二氧化碳的燒杯中，火星熄滅，從而驗證了該性質。

（4）二氧化碳可以使紫色石蕊變紅。這一性質可以作為二氧化碳的驗證性實驗來實施。

設計意圖：教師從二氧化碳的物理性質、化學性質以及實驗驗證等方面對實驗進行總結，幫助學生回顧實驗過程和結論，讓學生在心中構建化學思維導圖，牢固掌握二氧化碳的制備及其性質。

教師結合二氧化碳的性質提出生活實踐問題：二氧化碳除了可用來滅火，還有哪些用途？生活中為了給雞蛋保鮮，人們常常用石灰水制作雞蛋保鮮劑，請解釋一下其中的原理。

學生通過回答問題，體會化學給生活帶來的便利，并且能夠在教師的指導下思考生活中二氧化碳的作用，為接下來的應用學習打好基礎，最終發展自身的化學素養和實驗技能。

設計意圖：通過思考生活中二氧化碳的應用，讓學生對本節課的知識加以鞏固，并在應用中體驗化學知識的實用性，最后在知識的遷移過程中落實深度學習；在構建知識體系的同時，完成本節課的實驗教學目標。

在初中化學實驗教學中開展深度學習，有利于學生思維的提升和知識的建構，并且還能讓學生掌握和應用化學知識解釋生活現象和解決實際問題，實現知識的遷移，體現化學學習的價值和意義。當下基于深度學習開展化學實驗教學還需教師繼續深入研究，以提高探究性實驗的效率，進而實現教與學的共同進步與發展。