促进学生深度学习的教学设计

1、促进学生深度学习的教学设计 兼评评金属的腐蚀和防护金属的腐蚀和防护 沉淀溶解平衡的应用沉淀溶解平衡的应用杨玉琴（博士，教授）杨玉琴（博士，教授）一、深度学习：为何？一、深度学习：为何？信息化时代的碎片化学习信息化时代的碎片化学习近近7成用户每天通过手机访问互联网；成用户每天通过手机访问互联网；平均每天会查看自己的移动设备平均每天会查看自己的移动设备150次；次；花费在移动设备上的时间每天长达花费在移动设备上的时间每天长达2小时小时42分钟；分钟；据第十一次全国国民阅读调查结果显示数字化阅读方式据第十一次全国国民阅读调查结果显示数字化阅读方式的接触率为的接触率为50.1%（其中（其中44.4%的

2、读者通过网络在线阅读，的读者通过网络在线阅读，41.9%的读者通过手机阅读。）的读者通过手机阅读。）碎片化碎片化图像化图像化多任务多任务浅阅读浅阅读文字感悟能力和文字感悟能力和抽象思维能力的抽象思维能力的缺失缺失一、深度学习：为何？一、深度学习：为何？信息化时代的碎片化学习信息化时代的碎片化学习学生学习方式的虚伪变革学生学习方式的虚伪变革探究实验：探究实验：ZnZn与与CuCu插入稀硫酸的现象与解释插入稀硫酸的现象与解释 实验实验现象现象结论或解释结论或解释 锌片表面有气泡锌片表面有气泡铜片表面无气泡铜片表面无气泡铜与稀硫酸不反应铜与稀硫酸不反应锌与稀硫酸反应锌与稀硫酸反应? ?锌片有少量泡，

3、锌片有少量泡，铜片有大量气泡铜片有大量气泡CuZn稀稀H2SO4CuZn稀稀H2SO4Cu稀稀H2SO4Zn稀稀H2SO4锌片表面有气泡锌片表面有气泡铜片表面无气泡铜片表面无气泡锌与稀硫酸反应锌与稀硫酸反应铜与稀硫酸不反应铜与稀硫酸不反应案 例提出问题提出问题做出假设做出假设设计实验设计实验完成实验完成实验得出结论得出结论ClCl2 2能与能与H H2 2O O反应，产物中有反应，产物中有H H+ +、ClCl- -、方案方案1 1：检验溶液的酸碱性：检验溶液的酸碱性方案方案2 2：检验：检验ClCl- -ClCl- -用玻璃棒蘸取少量氯用玻璃棒蘸取少量氯水滴到蓝色石蕊试纸水滴到蓝色石蕊试纸上

4、，观察现象上，观察现象蓝色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、氯水氯水硝酸银溶液硝酸银溶液、小试管、小试管、氯水氯水用胶头滴管吸取少量用胶头滴管吸取少量硝酸硝酸银溶液银溶液置于小试管中，再置于小试管中，再用胶头滴管吸取少量用胶头滴管吸取少量氯水氯水滴加到硝酸银溶液里，观滴加到硝酸银溶液里，观察现象。察现象。产生新问题产生新问题氯水中具有漂白性的物质是什么？氯水中具有漂白性的物质是什么？ 案 例提出问题提出问题做出假设做出假设设计实验设计实验完成实验完成实验得出结论得出结论可能是氯水中溶解的可能是氯水中溶解的氯气氯气，也可能氯气与水反应生成的也可能氯气与水反应生成的新的物质新的物质实验实验检验氯水中具有漂白

5、性的微粒检验氯水中具有漂白性的微粒操作操作现象现象结论结论氯气氯气没有没有漂白性漂白性产生新问题产生新问题新的物质新的物质是什么？是什么？用预先装好干燥红纸条的注射器用预先装好干燥红纸条的注射器吸入干燥氯气，观察；然后再吸吸入干燥氯气，观察；然后再吸取少量蒸馏水，观察。取少量蒸馏水，观察。干燥红纸无明显变化，吸收水后褪色干燥红纸无明显变化，吸收水后褪色一、深度学习：为何？一、深度学习：为何？信息化时代的碎片化学习信息化时代的碎片化学习学生学习方式的虚伪变革学生学习方式的虚伪变革课堂师生对话的浅层表达课堂师生对话的浅层表达老师展示盛有干冰的容器老师展示盛有干冰的容器师：（讲述）我们先来看一个物质

6、，我要先戴上手套，知道师：（讲述）我们先来看一个物质，我要先戴上手套，知道我为什么要戴手套吗？我为什么要戴手套吗？学生思考学生思考师：（发问）知道为什么吗？师：（发问）知道为什么吗？生：（回答）太冷生：（回答）太冷师：（讲述）哦，太冷，很好，你很聪明。师：（讲述）哦，太冷，很好，你很聪明。老师倒出药品老师倒出药品生：（回答）干冰生：（回答）干冰师：（发问）哦，立刻就知道了，干冰，是不是？很好。它师：（发问）哦，立刻就知道了，干冰，是不是？很好。它的温度怎么样？较低，是不是？那么在常温下它会发生什么的温度怎么样？较低，是不是？那么在常温下它会发生什么变化？变化？老师向学生展示干冰老师向学生展示干

7、冰生：（齐答）升华生：（齐答）升华公开课公开课微粒之间的相互作用力微粒之间的相互作用力教学片断教学片断案 例师：（发问）很好，升华就由固态变为气态，很好。在这师：（发问）很好，升华就由固态变为气态，很好。在这个过程中，二氧化碳分子有没有改变啊？个过程中，二氧化碳分子有没有改变啊？生：（齐答）没有生：（齐答）没有师：（追问）没有。改变的是什么？师：（追问）没有。改变的是什么？生：（回答）状态生：（回答）状态师：（追问）对，宏观的是状态，微观呢？师：（追问）对，宏观的是状态，微观呢？生：（回答）分子间的距离生：（回答）分子间的距离师：（追问）分子之间的距离，对不对？那也就说明，分师：（追问）分子之

8、间的距离，对不对？那也就说明，分子间的作用力啊，相对来说强不强啊？你们看，在常温下子间的作用力啊，相对来说强不强啊？你们看，在常温下，我就可以怎么样？克服它。由固态变为气态了吧？相对，我就可以怎么样？克服它。由固态变为气态了吧？相对来说强不强？来说强不强？生：（回答）不强生：（回答）不强课例课例教师言语量教师言语量学生言语量学生言语量师生言语量之比师生言语量之比次数次数字数字数次数次数字数字数次数次数字数字数A28060211075332.6211.3B2234834495014.559.64C26642771004472.669.57D1723720542793.1913.33E308651

9、2645344.8112.19F31655451006773.168.19G3264623899133.665.06H1912679424634.555.79I3085550645264.8110.55J28353359711402.924.68K2835335689653.684.79L3125719634184.9513.68平均平均2725012756163.89.06表表1 12节高中化学公开课师生言语量概况节高中化学公开课师生言语量概况学生回答字数学生回答字数1-4字字5-10字字10字以上字以上百分比56%21%23%学生回答学生回答水平水平机械型机械型回答回答答案型答案型回答回答

10、解释型解释型回答回答创造型创造型回答回答百分比8.2%76.3%3.7%11.8%表表2 12节高中化学公开课学生回答问题字数统计节高中化学公开课学生回答问题字数统计表表3 12节高中化学公开课学生回答问题水平统计节高中化学公开课学生回答问题水平统计浅层学习（浅层学习（Surface Learning） 孤立记忆孤立记忆 信息零碎、分散，缺乏逻辑性和连贯性信息零碎、分散，缺乏逻辑性和连贯性 非批判性接受知识非批判性接受知识http:/ 深度学习是指在深度学习是指在理解学习理解学习的基础上，学习者的基础上，学习者能够能够批判性地学习新的思想和事实批判性地学习新的思想和事实， 并将它并将它们融入原

11、有的们融入原有的认知结构认知结构中，能够在众多思想中，能够在众多思想间进行间进行联系联系，并能够将已有的知识，并能够将已有的知识迁移迁移到新到新的情境中，作出的情境中，作出决策和解决问题决策和解决问题的学习。的学习。 何玲何玲 ,黎加厚黎加厚.促进学生深度学习促进学生深度学习J.计算机教与学计算机教与学 ,2005,（5）：）：2930.深度学习深度学习浅层学习浅层学习学习目标学习目标关注解决复杂问题所需要的核心知关注解决复杂问题所需要的核心知识和学习者高阶思维能力的发展识和学习者高阶思维能力的发展关注关注解决浅显问题所需的基本知识关注关注解决浅显问题所需的基本知识和技能，和技能， 通常为低阶

12、思维能力的获得通常为低阶思维能力的获得学习形态学习形态深层加工、深度理解及长期保持；深层加工、深度理解及长期保持；知识建构、迁移应用及问题解决知识建构、迁移应用及问题解决被动接受、简单重复和机械记忆被动接受、简单重复和机械记忆知识体系知识体系新旧知识联系的、多学科融合的新旧知识联系的、多学科融合的，复杂问题为主线，复杂问题为主线，单学科的、零散的、简单的、孤立的、单学科的、零散的、简单的、孤立的、不相关的事实或概念，浅显的问题不相关的事实或概念，浅显的问题学习动机学习动机内在的、满足求知乐趣的自身需求内在的、满足求知乐趣的自身需求适应非自身需求的外在压力适应非自身需求的外在压力投入程度投入程度

13、主动学习主动学习被动认知被动认知信息技术信息技术作为学习工具（认知工具、协作工作为学习工具（认知工具、协作工具、探究工具）具、探究工具）-用技术学习用技术学习作为辅教工具（播放和演示）作为辅教工具（播放和演示）-从技术中从技术中学习学习思维层次思维层次高水平思维（创新能力、问题求解高水平思维（创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力）能力、决策力和批判性思维能力）低水平思维低水平思维（知道、记忆、背诵等）（知道、记忆、背诵等）迁移能力迁移能力灵活运用所学知识和能力，将其迁灵活运用所学知识和能力，将其迁移到实践中，解决实际问题移到实践中，解决实际问题只限于机械解决问题，不能综合、只限于机械

14、解决问题，不能综合、灵活运用所学知识灵活运用所学知识建构反思建构反思逐步加深理解，批判性思维、自我逐步加深理解，批判性思维、自我反思（元认知）反思（元认知）学习过程中缺少反思学习过程中缺少反思表表4 深度学习和浅层学习的比较深度学习和浅层学习的比较批判批判理解理解信息信息整合整合建构建构反思反思迁移迁移运用运用问题问题解决解决深度深度学习学习图图1 深度学习的基本特征深度学习的基本特征事实事实信息信息智慧智慧知识知识结构化结构化意义化意义化精致化精致化情境情境/内化内化/反思反思/意义建构过程意义建构过程浅层学习浅层学习深度学习深度学习图图2 浅层学习转化为深度学习的过程浅层学习转化为深度学习

15、的过程三、深度学习：如何？三、深度学习：如何？图图3 促进深度学习的教学设计框架促进深度学习的教学设计框架帮帮促促者者教师的角色教师的角色学生的角色学生的角色有意义的建构学习有意义的建构学习培养高阶思维能力培养高阶思维能力基于问题的多维知识整合基于问题的多维知识整合充当以认知工具为主充当以认知工具为主的学习工具的学习工具关注元认知的发展关注元认知的发展目标定位目标定位深度深度学习学习以学为主（主导、支架、以学为主（主导、支架、建模、反思、元认知）建模、反思、元认知）内容特点内容特点策略选择策略选择技术应用技术应用评价方式评价方式（一）目标定位（一）目标定位知道知道从长时记忆中提从长时记忆中提取

16、重要知识取重要知识创造创造评价评价分析分析应用应用领会领会从信息中建构意义从信息中建构意义（含新旧知识的连结）（含新旧知识的连结）理清材料各部分间的关联程理清材料各部分间的关联程度和因果关系，寻找规律度和因果关系，寻找规律利用模型或基本概念、原利用模型或基本概念、原理在不同的情境中转换理在不同的情境中转换根据具体的标准或特定的目的对观根据具体的标准或特定的目的对观点、方法、资料等作出判断点、方法、资料等作出判断将要素结合在一起形成连贯的整体，建将要素结合在一起形成连贯的整体，建立模型或新结构，设计完成任务的方法立模型或新结构，设计完成任务的方法或创作一个新产品或创作一个新产品图图4 布卢姆教育

17、目标认知水平和深度学习的关系布卢姆教育目标认知水平和深度学习的关系高阶思维能力高阶思维能力教学目标教学目标u金属的电化学腐蚀和防护金属的电化学腐蚀和防护 能够利用宏观能够利用宏观-微观微观-符号符号三重表征方式分析比较吸三重表征方式分析比较吸氧腐蚀和析氢腐蚀的本质氧腐蚀和析氢腐蚀的本质和原理；和原理； 会应用金属电化学腐蚀的会应用金属电化学腐蚀的原理解释和设计生产生活原理解释和设计生产生活中金属的防护方法；中金属的防护方法； 体会化学与生产生活的密体会化学与生产生活的密切关系、利用化学原理可切关系、利用化学原理可以趋利避害。以趋利避害。u沉淀溶解平衡的应用沉淀溶解平衡的应用 会应用沉淀溶解平衡

18、原理会应用沉淀溶解平衡原理设计沉淀的生成、转化及设计沉淀的生成、转化及溶解的方法，并用于解决溶解的方法，并用于解决生产、生活中的相关问题；生产、生活中的相关问题； 体会化学与生产生活的密体会化学与生产生活的密切关系、利用化学原理可切关系、利用化学原理可以改善环境。以改善环境。（三）内容重组（三）内容重组 情境载体情境载体 逻辑顺序逻辑顺序 认知顺序认知顺序结构化的结构化的知识知识结构化的问题结构化的问题和任务和任务这些知识没有形成一定这些知识没有形成一定的知识网络或图式，遇的知识网络或图式，遇到实际问题，零散而非到实际问题，零散而非结构化保存的知识，不结构化保存的知识，不利于访问和提取利于访问

19、和提取即便知识的组织方式是结构即便知识的组织方式是结构化的，但由于这些结构多是化的，但由于这些结构多是以学科逻辑链接在一起，缺以学科逻辑链接在一起，缺乏情境脉络的支持，因而在乏情境脉络的支持，因而在遇到问题时无法与问题情境遇到问题时无法与问题情境对接，找到有针对性的解决对接，找到有针对性的解决策略，这种图式则是僵化、策略，这种图式则是僵化、无效的无效的惰惰性性知知识识教学情境教学情境u金属的电化学腐蚀和防护金属的电化学腐蚀和防护u沉淀溶解平衡的应用沉淀溶解平衡的应用产生能够迁移到其他情境的一般性知识产生能够迁移到其他情境的一般性知识在与情境的相互作用中不断挖掘与重要事件有在与情境的相互作用中不

20、断挖掘与重要事件有关的信息和内容关的信息和内容学习者受已有知识经验的影响指向对情境中重学习者受已有知识经验的影响指向对情境中重要事件的讨论要事件的讨论学生学生体会到情境中重要事件体会到情境中重要事件 （focal events）的）的意义意义Gilbert J KInternational Journal of Science Education，2006，28（9）：）：957-976u金属的电化学腐蚀和防护金属的电化学腐蚀和防护Q1Q1：为什么：为什么暖宝宝一旦与接触空气，暖宝宝一旦与接触空气，即开始发热即开始发热？根据组成预测可能发生根据组成预测可能发生的反应？的反应？Q2Q2：根据原电

21、池知识，判断如图所示装：根据原电池知识，判断如图所示装置置( (暖宝宝模拟装置）能否产生电流？暖宝宝模拟装置）能否产生电流？新知：吸氧腐蚀新知：吸氧腐蚀旧知：化学反应中旧知：化学反应中的能量转化，原电的能量转化，原电池及其工作原理池及其工作原理Q3Q3：为什么不是：为什么不是H H 得电子生成得电子生成H H2 2而是而是O O2 2得电子呢？得电子呢？情境：金属腐蚀带来的损失情境：金属腐蚀带来的损失Q4Q4：请列举现实生活中哪些措施减缓：请列举现实生活中哪些措施减缓钢铁的腐蚀？钢铁的腐蚀？新知：金属的防新知：金属的防护方法及原理护方法及原理新知：析氢腐蚀新知：析氢腐蚀u沉淀溶解平衡的应用沉淀

22、溶解平衡的应用怎样使铜矿污水成为达标水？怎样使铜矿污水成为达标水？Q1:污水处污水处理中，加理中，加碱至中性碱至中性(常温常温)时，时，溶液中溶液中Cu2+都除都除尽了吗？尽了吗？Q2: pH=7的水中的水中c(Cu2+ )达达到排放标到排放标准吗？怎准吗？怎样定量分样定量分析这个问析这个问题？题？Q3:怎样做怎样做才能使铜才能使铜矿污水中矿污水中的的c(Cu2+)达到排放达到排放标准？标准？Q4 :FeS与与上层清液上层清液中低浓度中低浓度的的Cu2+反反应转化为应转化为CuS的可的可行性？行性？旧知：沉淀旧知：沉淀- -溶解平衡溶解平衡旧知：溶度旧知：溶度积的计算积的计算新旧知：新旧知：K

23、spKsp的的影响因素，沉影响因素，沉淀的转化淀的转化新知：沉淀新知：沉淀的转化的转化旧知旧知: :除杂除杂原理，沉原理，沉淀的生成淀的生成新知获得的过程（认知规律）新知获得的过程（认知规律） 同化：同化：同化是指把外部同化是指把外部环境中的有关信息吸收环境中的有关信息吸收进来并结合到儿童已有进来并结合到儿童已有的认知结构的认知结构(也称也称“图图式式”)中，即个体把外界中，即个体把外界刺激所提供的信息整合刺激所提供的信息整合到自己原有认知结构内到自己原有认知结构内的过程，就像消化系统的过程，就像消化系统就营养物吸收一样就营养物吸收一样。 顺应：顺应：顺应是指外部环顺应是指外部环境发生变化，而

24、原有认境发生变化，而原有认知结构无法同化新环境知结构无法同化新环境提供的信息时所引起的提供的信息时所引起的儿童认知结构发生重组儿童认知结构发生重组与改造的过程，即个体与改造的过程，即个体的认知结构因外部刺激的认知结构因外部刺激的影响而发生改变的过的影响而发生改变的过程。程。 新知识的获得是与已有知识经验、认知结构发生联系新知识的获得是与已有知识经验、认知结构发生联系的过程，是主动认识理解的过程，通过的过程，是主动认识理解的过程，通过“同化同化”或或“顺应顺应”使新知识纳入已有的知识结构。使新知识纳入已有的知识结构。不能同化平衡平衡顺应顺应不平不平衡衡新的新的平衡平衡原有认知结构原有认知结构不不

25、能用现有图式能用现有图式去同化新信息去同化新信息新的认新的认知结构知结构同化同化冲突冲突认知认知合：丰富认知结构合：丰富认知结构起起承承转转合合激发认知内趋力激发认知内趋力搭建认知脚手架搭建认知脚手架再起认知冲突再起认知冲突杨玉琴杨玉琴. 化学课堂过程结构之起、承、转、合化学课堂过程结构之起、承、转、合. 化学教育，化学教育，2014（11）内容重组的叙事性内容重组的叙事性（三）策略选择（三）策略选择 以学习者以学习者为中心为中心分析推理分析推理寻找证据寻找证据交流讨论交流讨论自我反思自我反思 认知和经认知和经验的自我验的自我建构建构u金属的电化学腐蚀和防护金属的电化学腐蚀和防护Q1：为什么：

26、为什么暖宝宝一旦与接触空气，暖宝宝一旦与接触空气，即开始发热即开始发热？根据组成根据组成预测可能发生预测可能发生的反应？的反应？Q2：根据原电池知识，判断如图所示：根据原电池知识，判断如图所示装置装置(暖宝宝模拟装置）能否产生电流？暖宝宝模拟装置）能否产生电流？实验验证实验验证及产物判断及产物判断三重表征思维三重表征思维类比推理类比推理Q3：为什么：为什么H 不得电子生成不得电子生成H2而是而是O2得电子呢？得电子呢？Q4：请列举现实生活中哪些措施减缓：请列举现实生活中哪些措施减缓钢铁的腐蚀？钢铁的腐蚀？对比实验对比实验三重表征思维三重表征思维从事实到原从事实到原理的分析理的分析u沉淀溶解平衡

27、的应用沉淀溶解平衡的应用怎样使铜矿污水成为达标水？怎样使铜矿污水成为达标水？Q1:污水处污水处理中，加理中，加碱至中性碱至中性(常温常温)时，时，溶液中溶液中Cu2+都除都除尽了吗？尽了吗？Q2: pH=7的水中的水中c(Cu2+ )达达到排放标到排放标准吗？怎准吗？怎样定量分样定量分析这个问析这个问题？题？Q3:怎样做怎样做才能使铜才能使铜矿污水中矿污水中的的c(Cu2+)达到排放达到排放标准？标准？Q4 :FeS与与上层清液上层清液中低浓度中低浓度的的Cu2+反反应转化为应转化为CuS的可的可行性？行性？实验观察、实验观察、分析推理、分析推理、实验设计实验设计定量分析、定量分析、计算计算分析、推理、分析、推理、评价评价定量分析定量分析实验验证实验验证分析、分析、应用应用赫伯特斯宾塞(Herbert Spencer，1820-1903)“把教育作为一个自我演变的过把教育作为一个自我演变的过程有三个好处：第一，它可以保程有三个好