重构教学场域撑深度学习——初中化学学科教室建设

GXF360 2017-07-27

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化学教学

重构教学场域撑深度学习
——初中化学学科教室建设

陈广余

(常州市教科院附属中学，江苏常州 213001)

[摘要] 从教学活动的本质和深度学习的特征入手，分析传统化学实验室的弊端，提出化学学科教室功能设计和空间设置的一种方案。要开展基于学科教室的化学深度学习，就必须从两方面着手：一是硬件，即化学学科教室的构筑要符合化学学科的特性，同时兼备丰富多样的教学材料、教学空间；二是软件，即要坚守以学生化学学科素养提升为主旨的教学追求，设计符合学生身心发展特点的教育教学活动，并提供学习支持。

[关键词] 深度学习；教学场域；质量守恒定律；化学；学科教室

深度学习是对学习状态的质性描述，涉及学习的投入程度、思维层次和认知体验等诸多层面，它强调对知识本质的理解和对学习内容的批判性利用，追求有效的学习迁移和真实问题的解决，属于以高阶思维为主要认知活动的高投入性学习。[1]

教学活动从本质上来看，就是人与人之间在教学场域中通过语言、行为等进行的对话与交往活动。教学场域的硬件系统和软件系统都会对对话与交往的投入程度、深浅程度等方面起到诱发和支撑作用。化学是一门以实验为基本研究手段的学科，教学场域建设对深度学习的发生显得尤其重要。

一、缘起：学科教室与化学实验室

绝大多数中学除了有行政班聚集的教学楼外，都有化学实验室，每个化学实验室里聚集着包括仪器、药品、器材等装备在内的几乎所有的物化课程资源。资源不可谓不丰富，装备不可谓不精良，但是随之而来，也出现了使用上的不便。常规的化学教学都在行政班教室，要用到实验，就只能去实验楼找实验员借用实验用品，用一个提篮拎到教学楼，这样的实验叫作演示实验，在行政班教室里是很难进行人人动手的分组实验的。要做到人人动手的分组实验，就要把整班学生带到化学实验室，存在着诸多不便。这样的不便，也就使学生亲自动手实验的机会受限：学生在九年级学习期间只有8次机会进入化学实验室，因为《化学课程标准》中明确规定了学生必须完成8个化学实验活动[2]，于是许多教师理解为完成这8个分组实验，也就完成了任务。再加上这8个实验本身的难度、容量等因素，相关学科内容的教学也就呈现出这样的景象：教师上一节课在行政班教室和学生一起把知识讲清楚，下一节课学生再到实验室亲身体验一下，未能让学生好好地开展探究性学习、培育实验探究能力。

华东师范大学张际平教授认为，在教学场域建设中，人本主义是首要要素。也就是说，在人、技术、资源和环境等要素中，人是最重要的，同时辅以环境心理学、信息学、人工智能、人机交互等技术支持，以互动为核心，充分发挥各要素的作用，调动课堂教学主体的能动性，构建和谐自由的教学环境。从这个意义出发，化学学科教室明显优于传统的化学实验室。因为，学科教室在方便教师随时进行实验研究的同时，所有的化学课均在学科教室里上，改变以往学生实验集中做、演示实验固定做等弊端，实现实验探究与理论学习的无缝对接，使化学学习回归其学科本质。

要开展基于学科教室的化学深度学习，就必须从两方面着手：一是硬件，即化学学科教室的构筑要符合化学学科的特性，同时兼备丰富多样的教学材料、教学空间；二是软件，即要坚守以学生化学学科素养提升为主旨的教学追求，设计符合学生身心发展特点的教育教学活动，并提供学习支持。

二、构筑：空间重构与功能完善

化学学科教室是一个多功能空间，既具有传统化学实验室的功能，同时还能满足常规教学、教师办公、实验准备、资料查询以及学科教研等功能(各功能布局如图1、图2所示)。

图1 化学学科教室(从后向前)

图2 化学学科教室(从前向后)

学科教学是化学学科教室的基本功能。黑板、讲台、一体机等多媒体设备，可以满足板书、音视频播放、人机交互等教学活动。讲台和集中授课区的课桌椅都是可移动的，类梯形的课桌也可以拼成人数不等、形状各异的小组围坐方式，这就为教师根据学习内容、学生能力的差异采取相应的学习方式提供了可能。

实验探究是化学学科教室的重要功能。化学学科教室与传统实验室的最大区别是实验教学与常规教学的无缝对接。教室周边的橱柜里存放着近阶段化学学习可能用到的所有仪器、药品等，类似于pH测定这样的小型实验，可以直接在课桌上进行；类似于氧气制取与性质这样的大型实验，学生到大型实验区进行，完成后立即回到座位。这样的化学教学打通了实验教学与知识教学的空间梗阻，既符合化学学科的认知规律，又回归化学课堂的本真意蕴。

阅读展示是化学学科教室的特色功能。人是用语言进行思维的，化学学科有自己独特的思维方式与语言系统，阅读和表达恰好从输入和输出两个角度对学生的化学语言发展和思维训练提供帮助。学科教室的图书阅读区、数字学习区，就是把与化学相关的资源，从传统图书馆移放到化学学习最近的地方，是化学学习和资源管理的双赢。平面展示区和立体展示区用于展示化学学习过程中生成的知识概念图、典型实验装置、方案模型设计等各种材料。

学科教研是化学学科教室的拓展功能。教师工作站不是简单的办公桌，这里不仅是本教室各种水电气的控制中心，也不仅是教师的办公场所，更重要的是，以化学教师姓名命名的这间学科教室，聚集了国内几乎所有的初中化学教材，还有部分国外教材，各种图书、杂志。环境布置也由学科教师根据自己的教学主张、个人爱好、学生特点等自行安排。这里满满的是属于化学的、属于教师的、属于学生的学习环境、学习资源和学习氛围。无论是教师，还是学生，都可以随时开展化学教研和化学学习：实验创新、静心阅读、读书沙龙、教学研讨……这就是一个潜心化学的所在。

三、运行：教学重整与深度学习

深度学习的发生，不仅要有硬件支撑，还要基于一定思维空间和挑战性的学习任务或活动载体。在进行知识学习的同时，更要有意识地引导学生运用知识、探究未知、赋予学生更广阔的学习空间，从而进入情绪高投入、思维高层次、认知多体验的深度学习中。以沪教版“化学变化中的质量关系”一课为例，阐释基于学科教室的化学深度学习。

环节一：创设情景，引发深度学习。

平面展示区布置着波义耳、罗蒙诺索夫、拉瓦锡关于化学反应前后质量研究的大幅史实海报，立体展示区陈列着他们所用实验装置的复制件，学生阅读、思考、交流，并书写实验中氧化汞分解的文字表达式和符号表达式。

设计意图：学生经过课前预习结合已有知识，对化学反应中物质、元素、原子的质量关系已经有了一些朦胧的认识，因此没有简单地让学生猜想化学反应前后各物质质量总和如何变化，而首先呈现由数字学习区查得的三位科学家的史实，尤其是波义耳的史实与学生预期形成了强烈的认知冲突，引发了学生的思考：为什么波义耳实验后天平不平衡了？同时，两种表达式的书写宏观和微观结合，文字和符号结合，引发学生从物质变化观、元素守恒观分析氧化汞分解。

环节二：实验探究，推进深度学习。

学生6人一组，借鉴科学家的智慧，选择学过的化学反应为载体，讨论实验装置与操作过程，探究化学反应前后各物质质量总和的变化情况；并把自己实验过程中的现象结论与科学家的相比对，感悟实验装置设计与操作中应注意的问题；进而根据教师给定的氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应设计装置进行实验。

设计意图：总结得出质量守恒定律文本内容并不困难，真正困难的是学生是否真正理解质量守恒定律的内涵。传统教学是教师完成课本上的两个实验[3]，然后由此总结出质量守恒定律，学生情绪投入不高、思维深度不深、认知体验不强，对知识的理解与应用也就很难到位。本设计充分利用学科教室仪器药品的装备优势，除教材提供的方案外，学生完全可以利用许多反应，设计出许多实验装置，然后到大型实验区完成探究。虽然由于预习等原因，有许多学生选用了教材实验，但教学实践中仍然出现了好几组学生自主设计实验，这正是创新的星星之火。化学反应的多样化、实验装置的多样化，对后续装置是否要密封、反应物怎样混合等问题的讨论，以及质量守恒定律内涵的理解，都提供了鲜活的教学资源。这在传统教学场域是很难实现的。

环节三：分析论证，深化深度学习。

充分利用黑板上氧化汞受热分解的表达式，结合沪教版第3章第一节所学电解水的微观过程，引发学生从化学反应前后原子数量不变的角度，分析质量守恒定律具有普适性的微观本质。

设计意图：质量守恒定律的适用范围是所有化学反应，但仅通过有限的几个实验很难说明这一点。怎么把有限实验得出的结论推演到所有？必须从化学反应微观本质的角度予以论证。学科教室大型实验区的橱柜里存有各种分子、原子模型，随时成为化学学习的课堂资源。梁永平教授认为促进学生科学本质理解的教学设计，应该以探究性教学为基本活动方式，以显性和反思性活动为基本教学策略。[4]这里，“显性”就是指把对科学本质的理解作为认知性教学结果而有意地确定为目标和计划，“反思性”是指要为学生提供认识论层面分析与活动机会。这样的教学既与梁教授的观点相吻合，也与深度学习的要求相契合。

环节四：课后继续，感悟深度学习。

教师结课：“质量守恒定律是化学变化普遍遵守的规律，但有些变化发生时，却会出现质量亏损情况，这又是为什么呢？感兴趣的同学可以课后研究。”

设计意图：一节课的结束，不是所有问题的解决，而是解决一个问题的同时又引发新的问题。学习的本质不仅要习得知识，更要学会学习。这样的结课，又吸引一些学生在下课铃声响起的时候转向图书阅览区、数字学习区、教师工作站……开启一段新的学习旅程。

这种基于学科教室的化学学习，学生在理解学习的基础上，能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间取得联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中。[5]这种硬件过硬、软件不软的教学场域，更能够有力地支撑深度学习的发生。

[参考文献]

[1] 唐淑敏.基于学科素养培育的深度学习研究[J].教育研究，2016(7)：111-118.

[2] 教育部.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012：12.

[3] 中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书化学(九年级上册)[M].上海：上海教育出版社，2013：102.

[4] 梁永平.促进学生科学本质理解的教学设计[J].化学教学，2008(9)：5-10.

[5] 何玲，黎加厚.促进学生深度学习[J].现代教学，2005(5)：29-30.

[责任编辑：陈学涛]

[收稿日期] 2016-11-28