打开文本图片集
[摘 要]深度学习是变革教学方式、实现学科素养的主要路径，如何在学科教学中引入深度学习理念成为当前教学改革亟待解决的问题。《义务教育化学课程标准》强调要提升学生动手操作和创造能力，培养学生科学探究思维，化学实验教学从“验证性”走向“创造性”的需求和深度学习的要旨高度契合。本文基于深度学习的理念和化学实验教学的特征，从嵌入式化学实验情境创设、自主式化学实验方案设计、DIY式化学实验活动探究和持续改进式化学实验教学监控四个方面，探索了基于深度学习初中化学实验教学的实施路径。
[关键词]深度学习;化学实验教学;教学路径
[中图分类号]G632[文献标识码]A[文章编号]1005-5843（2019）10-0102-06
[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2019.10.017
化学是以实验为基础的学科，实验教学是学生获取化学知识和形成能力的有效途径。然而，在当前的中学化学实验教学中，对实验重视不够、研究不够，实验低效甚至无效的现象依然存在[1]。为了避免“验证性”实验浅显化和技能化取向，引入基于问题解决、高阶思维和创新能力的深度学习理念，是化学实验教学改革的正确抉择。基于此，本文系统设计了基于深度学习的初中化学实验教学实施路径。
一、嵌入式化学实验情境创设
深度学习是一种强化情感驱动的“非认知学习”并且注重知识的深度加工的理解性学习[2]。结合化学学科特点，化学实验教学要求教师学会创设具有建构性、真实性、交互性的嵌入式实验情境。这种嵌入式是融入化学实验情境需要综合考虑教学因素的耦合形式，包括科学知识、生活体验和协作对话的嵌入，以起到促进学生前后知识的衔接、心理品性的发展和师生之间的交互作用。
（一）背景知识的构架
创设嵌入式的情境，要着眼于学生的认知水平，满足学生的最近发展区学习需求：既提出当前教学需要解决的问题，又蕴含着进一步学习的问题，构成新的情境。埃德加·莫兰在《未来教育所必需的七种知识》中提出：在教学中应该采用“能够在背景、复杂性、整体中把握对象的认识的模式”，发展学生“把任何信息在一个背景中和一个总体中加以定位的自然的禀赋”，使他们“能够在一个复杂的世界中掌握部分和整体之间的相互关联和相互影响”[3]。如果不能正确地反应知识的背景，学习者的认知活动就可能存在一定的缺陷，就可能受错误和幻觉干扰[4]。建构背景知识的支架，利于学生掌握知识，拓展学习眼界，领悟知识应用的价值。
因此，教师应当把握学生的学情，预备和激活背景知识，积极担任起架构背景知识桥梁的角色，使实验教学与理论教学二者形成合力，把背景知识有效地嵌入到实验教学场景。这样，学生才能把从实验中获得的知识和课堂上学到的知识紧密联系，使学习朝正确的方向进行，减负增效。例如，化合价的概念教学比较抽象，在实验假设或设计部分往往运用到物质的化学式和化合价，这就需要教师准备一定的背景介绍以预防学生产生认知困难;在“铁”的教学中，可采用讨论的形式，让学生谈谈对铁的认识和分享相关资料。教师可以通过多种嵌入方式对前期知识进行梳理和铺垫，使知识之间的联结更加牢固，以此来创设更多的知识构架。前期知识构架可以增强学生对所教概念和技能的记忆，激发学生对获取化学实验知识的渴望，是学生可以在化学实验课程中进行深度学习的重要前提。
（二）生活经验的融入
化学实验教学中，教育者建构的教学情境就是学习体的生活再现。建构主义学习理论认为，教学的任务在于创设适合学习者意义建构的学习环境，即所能够促进学习者学习的真实生活情境的学习场所。“学习情境越真实，学习主体建构的知识就越可靠，越容易在真实情境中运用，从而达到教学的预期目的”[5]。真实的情境有利于锻炼学生的观察、思维和应用能力，有利于培养学生良好的学习态度，有利于促进学生形成正确的价值观和世界观。“在这种真实情境下学生能够通过与环境有意识或者无意识的接触和互动产生意义建构，为更深度的理解提供稳定的认知工具”[6]。
教师设置的情境嵌入到学生的生活经验，只有与学生内心深处的生活感悟相吻合时，才能激发学生的好奇心。在化学课堂，教师对实验的阐释要立足于学生的生活世界，遴选适合的生活素材以构建实验教学情境;选择与生活逻辑相契合情景，学生就会真正的体会到生活中充满化学，感悟到化学的价值。例如：“水的净化”实验教学，教师利用沉淀法进行沉降时，可类比生活中的浑水静置后的状态;利用过滤法进行分离时，教师可引用筛子比作过滤器的作用，或者吃中药利用纱网过滤的生活经验;利用活性炭进行吸附时，教师可引导学生联想冰箱除味剂的原理。教师通过真实的生活经验的穿插，寻求学生的认同感和一致性，使理论关系、学生心理逻辑以及生活逻辑之间形成有机统一。
（三）对话交互的生成
协作对话是推进深度学习的必要逻辑与支持要素之一，使更多学生加入到教学活动的一系列对话之中。社会建构主义认为，知识不仅是在个体与物理环境的相互作用中建构起来的，更是在社会环境下主体之间的相互作用产生的。因此，协作对话的设计是在尊重学生的基础上，产生教学相长的效果。也就是说，对话打破了教师“自导自演”情境创设的壁垒，在师生实验对话共同体的根基上实现了学习共同体。
对话的生成不难，但要求学生的有效参与并非易事。当教育者强调他人言论的客观性和合理性时，就使学生丧失了发表言论的资格。建构论倡导者布拉菲把学习视作为一种“在我们与他人有语言组成的关系中的转换”。因此，对话成功的关键取决于教学语言。教师将生活经驗转述为教学语言的偏颇可能导致教学文化的毁坏;教师语言运用的水准愈高，嵌入的有关情境就会愈精准，愈利于学生的深度学习。教师应在对话中为学生的参与留出空间，采用切实的言语与合理的行为方式。学生则会从教师的话语或行为中筛选出与前面内容相关的要素，积极回应课堂问题，提供有效的反馈信息，遵循对话的轨迹。
对于化学教育来说，其一，由于化学实验活动强化了实验者与研究对象之间的互动，奇特的实验现象、不可预料的实验结果、不同实验者观察差异等都能起到促进学生反思的作用和促进探究新思路的产生。其二，实验的全部过程都有教师的引领和学生的参与，遇到的问题将由对话协商来解决，包括实验设计、现象分析、结果讨论。此外，化学情境中的对话是动态的，学生与教师之间的交流是对化学实验的深度挖掘，嵌入实验情境的合理度取决于创设的语境和学生的经验，超过这个阈限的对话将会影响实验的进程与教学质量。
二、自主式化学实验方案设计
革除传统教学的积弊，化学实验教学必须要从以实验为本转向以学生的发展为本，从 “教”设计实验转向“学”设计实验，以实验促进学生更好的主动学习。从本质上来说，深度学习是一种内在驱动下学习者的主动学习状态，是学生经历的有意义的学习过程。深度学习视域下自主式化学实验方案设计，倡导教师放开手，学生成为实验的设计者，重在探索实验的深度和广度，以提升学生的主体意识、高阶思维以及批判态度。进一步说，化学实验教学设计应坚持三个原则（如图1），即以学生主体性实验方案设计为核心，实验路线的多元选择为关键，容错性的设计过程为基础。
（一）主体性自我设计
当下的教学一直强调深化学生自主发展，从现实关怀的角度来看，教育本身是学生追求生命体验的过程，在这个过程中学生的创造才能发挥最大潜力。正如萨特认为，“人在事物面前，如果不能按照个人意志进行自由选择，就等于丢掉了个性、失去自我”。这与深度学习要求建立培养学生的高阶思维和主动构建不谋而合。联合国教科文组织的有关建议也表达了这种学生为教学主体的信念：“我们应使学习者成为教育活动的中心，随着他的成熟程度允许他又越来越大的自由，由他自己决定学习什么、如何学习以及在什么地方学习与受训。”[7]因此，化学教师亟待跳出人为控制的计划，通过引导学生自主设计化学实验方案来释放学生自由的天性。
化学实验方案的自我设计是对学生主体性的高度彰显，相当于一项伟大工程的实践开发，赋予了创造者创生的意蕴。自主性化学实验方案设计，实验整体设计上，需拟定方案实施的程序、研制多元的实验路线、预估可能的实验结果、创建可行性评价标准;对于个体而言，需学生选择合适的实验物品，恰当的实验研究方法以及解决针对性实验问题等。它体现的是一种全面且详实的自我设计，促进学生思维能力的高度发展。笔者认为在具体方案设计中，学生需自主构建方案设计模型框架：“目标——原理——试剂——条件——问题”;从掌握实验目标、明确实验原理，到推测实验所需试剂且判定实验条件，最后找出问题并继续完善细节。比如，学生在明确实验室制氧气目标和原理后，可自主选取固体或者液体试剂，判断反应装置是否需要酒精灯加热，预测产物的性质和作用，以及采用什么收集装置和是否需要尾气处理。学生一旦自己动手设计方案，这浅层教学的藩篱将会被打破，同时，还能够为其后期的探究提供有效的思路，使其更加周全地审视实验的过程与结果。
（二）多元性路线探索
学生自主安排实验，课堂便有了创生力。自主性化学实验方案设计实质上是在深度学习视域下探索实验路线存在的合理性和可能性，实验路线多元化是自主实验的内在追求。从认知层面上看，学生的认识超越了具体材料的限定，有着广阔的创作空间;从价值层面上看，学习的过程打通了事实与价值的界限，使静态客观材料蕴藏着生命活力;从实践层面上看，由于学习的结果已经渗透了个人的气息，经过了内化与升华的过程，当具体的实践问题来临时，更容易迁移或创造性地解决问题。
根据实验原理，从准备实验所需仪器到实验结束仪器归位，皆没有唯一的方式。教材所给出的实验方案是根据学生的知识结构水平和能力示范的，但并没有真正给出这样设计的缘由，以致很多学生机械地验证，从而错失了多重实验路线的发现。比如在教学实验室制二氧化碳时，教材要求学生运用稀盐酸以及大理石来制备二氧化碳，教师此时应当引导学生思考“为什么教材上方案的就是实验最佳路线”“还存在其他制取二氧化碳的方法吗”等问题，统计出合理的疑问和假设，让学生自主探索可行路径，而不是局限于教材和教师已设定的内容。
（三）容错性设计过程
以支架观来看，错误是最理想的学习和发展轨道的一部分，“试误学习是作为主体性教学的一个特征，它是一种客观的存在，我们尊重个体的能动选择，提倡在试误过程中独立解决问题”[8]。因此，批判性思维的养成和创新意识的提升离不开错误的反复发生。试误的意义在于它是思维发展的必不可少的一个阶段，亦是培养学生独立精神的有效途径。波普尔的科学知识增长模式告诉我们：科学和知识的增长永远始于问题、终于问题，错误正是我们深入问题的福音。
在化学实验方案设计过程中，我们不应该害怕犯错，过多的担心往往会束缚大胆的思考、击溃创造的激情。错误是一种可以利用的教学资源，学习者每犯一次错误，就离成功更近一步，并获得不断地成长与创造。例如：在学生系统学习“酸碱盐”后的一个综合实验，考察酸、碱的化学性质以及中和反应、复分解反应，如果教师按照教材要求按部就班地进行实验，对知识的强化作用并不明显。教师可以给出3瓶没有标签的无色溶液（包括不同的酸、碱、盐），要求学生利用实验桌上提供的药品尽可能多地设计出鉴别方案，通过动手挑战可能的结果。每个学生看待实验的角度不一样，选择路线的方向便会不同。作为教师不能因为与标准答案或者教材不一致而否定学生的错误，应当将错误转化为资源，促进学生自我反思与顿悟，从而思考得更加透彻，理解得更加深刻，掌握得更加牢固。
三、DIY式化学实验活动探究
“做中学”科学教育实验指出：“做”和“学”是科学探究活动和科学学习，它力求通过学生提问或教师提出一个源于学生生活的问题，让学生运用全部感官“摸、尝、看、闻、听”，引导学生主动探究问题的答案，在探究中逐步构架起自己的知识结构[9]。无论是自主探究、合作探究还是创新探究，都需要学生在做中学習以解决问题。DIY是深度学习中追求学习主体对知识深度加工的动手能力的体现，将其贯穿在实验教学活动中，可极大扩充学生的能动力和体验感。这并不是向其中了注入新活力，而是教师和学生的主体性得到了回归与返真。化学实验教学合理嵌入DIY理念，既体现了知识课程与活动课程相结合的特点，也实现了学生自己动手操作探索与创新的可能性。
（一）动手操作实验
初中化学知识在教材上呈现得相对零散，实验教学中学生所接触的只是少数化学物质和基本原理，因此，初中化学实验改革的可操作性还是相对较高的。基础操作验证性实验，旨在教师站在学生的立场，在保证实验室安全的原则下，放开手大胆的让学生做实验。以马斯洛、罗杰斯等为代表的新人文主义者把人的自我实现看作教学的最高准则，认为教学要使学生的完整个性充分展现，教学活动就是学生塑造完整个性的、自主的和不受控制的过程。在此过程中，通过对实验活动的探究，学生得以获得感性知识和激发求知欲。
基礎教育化学实验一直强调学生亲自体验教学过程，DIY式探究则为教学活动提供了向心力，这种力量把已偏离深层教学方向的行径进行了纠正。例如过滤实验，虽然课程目标不要求复杂的实验拓展，但是具体的操作仍有较多的细节值得关注。教师千万不可为了追求加快教学进度而用“说实验”或者“演实验”替代了“做实验”，学生应该动手操作仪器学会如何制作过滤器、理解什么是“一贴、二低、三靠”。这种混合物的分离方法除了过滤还包括结晶，不妨“在实验中引进一些研究性的内容，完成一些研究性的实验必将有助于提高学生的动手能力和自主学习能力”[10]。因此，动手做只是体现学生能动性，动脑思考和研究实验才是强化动手能力的表现。
（二）解决挑战性问题
自新课程改革以来，探究式教学成了主要的课程研究探索方向之一。这就意味着在化学实验活动探究时，要增加探索创新设计性实验的比重，有目的地加工实验活动，才能凸显DIY式实验教学的根本追求：化学实验活动教学运用的DIY式，是在“Do It Yourself” 的基础上走向“Design It Yourself”。教师只有引导学生制作而不只是做，才能帮助学生培养自我效能感、树立创新意识、完成自我实现，否则将使学生逐渐成为因循守旧、唯书唯上、畏缩不前、依附顺从的“好学生”。面对具有挑战性的实验或者课外实验，教师要在学生熟悉的化学学科基本结构下，进行框架类型归类，鼓励学生从简单到复杂，从基础到提升，步步为营、攻坚克难，既要“敢探”，也要“敢究”。
随着化学课程学习的深入，对学生实验能力要求也逐步提高。教师应当关注学生的实验能力发展，有意识地培养学生的实验探究能力，帮助学生进行更高层次的学习。对于验证性实验过程中前人所遗留的缝隙，教师应能提出新颖而有价值的问题，引导学生自主设计实验、探究真理，在动手操作中寻找到问题的症结，用批判谨慎的眼光看待实验并尝试新的方法。以“原电池原理”相关实验为例，将铜丝和锌片同时放入稀硫酸中，显然的实验现象是铜丝表面会有气体生成。学生已知铜丝不与稀硫酸发生反应，但其表面怎么会有气体产生呢？这种认知冲突激发了学生兴趣的同时，也引出了更多的疑问：这种气体是什么？什么情况下才会有氢气产生？为什么溶液中的氢离子会在铜丝表面生成氢气？这就需要学生进行自主设计并DIY验证上述问题，把简单的动手做实验深入为探究实验，在历经科学探究过程后，学生逐步掌握原电池原理。这样的任务具有一定的挑战性，但同时又是能够实现的，它们可以是关于过程的，也可以是关于结果的。大多实验操作都具有可升华的部分，所以我们不能局限于具体教材的桎梏中，而是要跳出思维的定势。
四、持续改进式化学实验教学监控
实验教学监控是为保证教学目标的实现，将教学活动作为教育过程的任务对象，进行计划、安排与调节。持续改进模式要求对实验教学质量进行整体分析，尤为注重过程质量监控，持续完善教学质量管理体系和监控指标，可以使整个实验教学过程中影响教学质量的各个环节始终处于可控的状态。因此，笔者建立了探究性实验教学监控体系（如图2），对该体系的各个部分实施教学监控，拟通过全程性证据收集、循环性监控反馈和持续性实验改进对教学起到监督和保障的作用。
（一） 实验“证据”收集
“证据是循证教学的核心要素，循证教学之所以能够弥补传统的依据个人经验进行决策和实践的偏失，其关键就在于凭借最佳的、经过验证的证据进行决策和实践”[11]。因此，在复杂多样的教学实践中，必须基于科学、真实且有效的证据，才能够为教学提供更加广泛和真实的理论和经验，能够为教学提供大量的证据用以参考、筛选，从而更好地进行教学。从循证教学角度来看，收集实验证据作为教学的辅助手段，帮助解决教学中出现的问题，是连接教学理论与实践的一座桥梁。
初中化学实验内容是一个螺旋上升的结构，它是在一定程度上对已有结论进行不断反思的结果。因而，实验证据的收集离不开教师的监督评价能力和学生的自我监控意识，收集证据的方式可以从过程与结果两个方面入手。其一，过程性证据贯穿于整个自主式化学实验，需要学生采用元认知监控策略，找出实验目标定位、设计思路、操作规范等问题。其二，结果性证据的呈现方式主要是实验报告和实验记录，学生通过独立完成报告，使教师得出学生已经达到一定水平的结论，以此为教师进入下一级别的依据。
（二）实验监控反馈
如果说实验全程的证据收集是为寻找自主式化学实验中的问题，那么当问题浮出水面后，我们究其缘由的路径便是通过实验监控的反馈。基于深度学习的化学教学的实验教学途径是展开自主实验方案设计、DIY式实验探究、结果与讨论、完成实验报告，构成一个监控反馈系统。它们存在的内在循环关系（如图3所示）。
实践证明，实验监控环节对教学效果有很大的促进作用。深度教学下的实验监控反馈，是打破常规的结果评价，并借鉴了步进式实验的核心理念：强调 “边实验，边验证”“边实验，边评价”“边实验，边探究”的反馈模式[12]。正如崔允漷先生所说：“让教、学、评三管齐下，教学是学习的过程，学习也是评价的过程，评价的过程也是学习的过程。”在实验教学监控体系下教学环节出了任何问题，教师都可以针对实验的每一步进行教师教学的“重审视”和学生学习的“再反思”找到问题的症结，为后续的实验改进做好有力的铺垫，而不是表象的推测。
（三）实验教学改进
课堂教学是课程改革的落脚点，课堂教学的改进也是进行深度教学的关键性前提。基于实验全程的“证据”收集和循环的实验环节监控，实验评价是促进实验教学改进的实质性一步。在完成主要学习任务后，教师引导学生对实验过程进行回忆、分析、整合，扩展学习結果，强化学生对学习结果的体验，从而形成新的认知结构，充实认识能力结构，进行后建构活动。建构主义理论告诉我们，构想会有错误和遗漏，主体性实验给予了学生犯错的机会，学生可以对这些问题做出反馈并改进构想。具体地说，学习活动本身即为学习者和教师提供了反馈信息，它是了解学生的“构想”或理解质量的一扇窗口。比如：实验操作的规范、实验设计的整合、路线分析的思路等都有可进一步改进的方面。
塔弗尔比姆说道：“评价的目的不是为了证明，而是为了改进。”一锤定音的评价枷锁，可采用全程性的监控教学记录来将其打破，不断改进实验的同时也促进了学生的持续成长。教师可以通过对学习记录与实验过程表现进行批评和点评，引导学生梳理整合已学实验知识、总结和反思实验策略、诊断实验问题等，为不断优化化学实验教学做好充分准备。对于学生，持续改进式的监督模式可以端正学生对实验的态度，帮助学生树立正确的化学实验观，更加利于学生自身学习反思能力的提升以及学科素养的养成。只有学生亲历真正的化学实验学习，才能深度领会评价的内涵意义，这样的学习才是真实且有效的。
参考文献：
[1]缪徐.论初中化学实验教学中的两类问题[J].化学教学，2013（07）：54.
[2]朱开群.基于深度学习的“深度教学”[J].上海教育科研，2017（05）：50.
[3][法]埃德加·莫兰.复杂性理论与教育问题[M].陈一壮译.北京：北京大学出版社，2004：6-8，14-15.
[4]吴俊明.背景知识与学科教学立德树人[J].化学教学，2019（02）：10.
[5]耿莉莉，吴俊明.深化对情境的认识，改进化学情境教学[J].课程·教材·教法，2004（03）：74.
[6]李璇律，田莉.建构主义视域下的深度学习[J].教学与管理，2019（12）：3.
[7]联合国教科文组织国际教育发展委员会.学会生存——教育世界的今天和明天[M].华东师范大学比较教育研究所译.北京：教育科学出版社，1996：263.
[8]代建军，谢利民.试误学习：一个亟待正视的教育命题[J].江西教育科研，2001（08）：19.
[9]马勇军，吴俊明.“做中学”科学教育实验初探[J].中国教育学刊，2007（02）：69
[10]龙海.化学实验教学中学生动手能力的培养[J].教学与管理，2011（03）：149.
[11]崔友兴.论循证教学的内涵、结构与价值[J].教师教育学报，2019（02）：55
[12]张昌恒.中学化学实验教学模式的探究[J].化学教育，2011（11）：62-64.
（责任编辑：滕一霖）