摘要：
教師利用深度學習要素和化學學科教學特點，設計線上線下融合的教學活動，可以關聯學生的知識結構與學習目標，關聯學生的個體經驗與學習方式，有效整合了學習任務。教師以學生為中心提供自主、合作、探究的學習空間，構建探究活動與知識轉化的路徑、支架，實施多元化的過程性評價，能夠引導學生在構建新知、學會方法、形成思維、運用知識解決實際問題的主題活動過程中深度學習。教師開展虛實結合的教學活動，通過情境導入、事實證據，引導學生進行微觀解釋、遷移應用，可以豐富學生的探究體驗，為學生高效構建概念和思維模式創造有利條件，進而促進學生深層認知和思維發展。
關鍵詞：深度學習；
線上線下結合；
虛實結合；
化學教學
《中國教育現代化2035》將“構建基于信息技術的新型教育教學模式”列為推進教育信息化的一項重要任務。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱新課標）在修訂工作基本原則中提到：要反映先進的教育思想和理念，關注信息化環境下的教學改革，關注學生個性化、多樣化的學習和發展需求，促進人才培養模式的轉變，著力發展學生的核心素養。
一、深度學習與虛實結合的高中化學教學概述
深度學習的概念從提出至今，其內涵與外延不斷深化。美國威廉和佛洛拉·休利特在2013 年提出了深度學習包括掌握核心知識內容、批判性思考、解決復雜問題等的基本框架。郭華教授總結了深度學習需具有聯想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價五個基本特征，并指出，深度學習是落實學生核心素養培養的重要途徑。然而，有效地開展深度學習，要通過全新的教育理念、學習方式來達到高級深層認知能力，尤其是創造能力的培養目標，需要有智慧學習環境與先進學習工具的支持。從中國知網收錄的中等教育教學研究文獻來看，近十年來有關深度學習的研究逐年趨熱，但在?6107篇文獻中，以化學教學為主題且涉及信息技術應用的文獻僅21篇。筆者研究發現，在高中化學課堂教學中普遍存在“探究沒有深度和挑戰”“活動不自主，沒有自我空間”等問題。為此，筆者基于“高中化學實驗探究信息化教學環境調研”，聚焦新課標與教材、立足課堂，探索數字化背景下發揮線上線下融合、虛擬實驗等技術優勢，促進學生深度學習，發展學生核心素養的方法策略。
化學學科的深度學習，指學生在教師引領下，圍繞具有挑戰性的學習主題，開展以實驗為主的多種探究活動，從宏觀與微觀相結合、變化與守恒的視角，通過證據推理與模型認知的思維方式，解決綜合復雜問題，獲得結構化的化學核心知識，建立運用化學學科思想解決問題的思路方法，培養科學探究等能力，促進化學學科核心素養的發展。新課標在課程實施建議中，鼓勵教師將交互式多媒體、即時通信、移動智能終端、大數據分析和虛擬現實技術適時引入教學中，依托網絡開發有特色的化學學習空間和教學資源為師生提供交流、反饋和資源共享平臺，努力為學生創造信息化環境下的學習條件，促進教師教學方式和學生學習方式的改變，提高課堂教學效率和質量。
下面結合高中化學數字化教學實踐，簡要論述線上線下融合、虛實結合的兩大教學策略，引導學生深度學習，促進學生核心素養發展。
二、線上線下融合，構建學生深度探究與知識轉化的路徑和支架
（一）關聯學生知識結構與學習目標，整合主題單元教學任務
為促進學生深度學習，教師應積極開展促進學生觀念形成的單元主題教學，圍繞主題，針對單元結構性任務，將當下的教學內容與學生已有的知識和經驗建立結構性關聯，將教學內容和目標轉化為以學生為主體的、可操作的任務，幫助學生明確學習意義，讓他們自主探究，形成系統化知識和結構化的思維。高中化學課程以促進學生學科核心素養全面發展為主旨，突出基本觀念和大概念的統領作用，教師可以圍繞主題按單元和模塊，根據主題知識特點與素養進階目標，基于學生的經驗和知識對單元教學整體規劃。
例如，“常見的無機物及其應用”主題下的單元教學，教師基于單元知識結構與素養進階目標，通常會設置從物質的宏微認識到符號表達，從掌握物質的共性、反應原理到對其特性和轉化的預測，從驗證實驗設計到微觀解釋形成概念，從學習代表物的制備到發現和解決生產實際問題等環節。教師在每個環節都需要掌握學生的認知基礎，創設問題情境，將具體環節的教學內容、方法和評價進行整合，設計一系列的任務活動（如圖1），引導學生構建新知、學會方法、形成思維、運用所學解決實際問題，在主題的不斷深化與拓展中培養學生的綜合思維和實踐能力。
主題式單元教學對傳統教學提出了挑戰，因為時空和資源有限，教學方法和評價方式單一，組織和互動低效不利于教學創新。如何破局？教師應合理應用信息技術，打破封閉的教學空間，為學生提供新型的學習工具，推送豐富多樣的資源，高效開展主題教學。例如，在單元教學前，教師通過網絡平臺發布單元任務單，讓學生整體把握本單元的學習內容和計劃安排；
向學生推送本單元所學無機物的日常應用資源，發起對其性質探究的議題，激發學生學習興趣；
通過在線討論和習題評測了解學情，引導學生聚焦自身的認知矛盾和學習目標。在教學中，教師基于學生在線討論和評測情況實施分層教學，向學生推送個性化的任務和資源，布置具有彈性的任務。學生通過即時通信工具和網絡互動平臺，完成各環節任務并進行充分的交流、展示、評價。線下課堂教學聚焦于核心概念、方法與思維建構等關鍵環節，集中解決學生探究中的共性和難點問題，引導學生開展不可或缺的合作活動，在交流中深度思考與學習，提升能力和素養。
（二）關聯學生個體經驗與學習方式，?建構以學生為中心的學習空間
教師引導學生深度學習，幫助學生對知識進行深層次理解、在遷移中獲得高水平認知、在實踐中培養批判性與創新性思維能力，就需要將教學內容與學生個體經驗、情感、目標緊密關聯，以學生為中心，讓他們自主、合作、探究。信息化時代，信息數據海量增長、網絡空間高度個性化、即時互動多元化，這些都為深度學習創造了有利條件。下面，以人教版《普通高中教科書 化學 必修??第二冊》中“硫及其化合物”教學為例作介紹。課前，教師基于學生已有的無機化學知識，引導學生上網收集酸雨形成過程中含硫物質對大氣、水造成污染的資料，并讓學生對這些含硫物質進行分類。教師以此引發學生關注硫及其化合物對環境和自身生活的影響，同時關聯了學生宏觀與微觀相聯系的認知基礎。學生在從價態、物質類別的角度對含硫物質進行分類的過程中，自然將學習目標聚焦在對不同價態含硫物質的性質和轉化的探究上。在預測不同價態含硫物質性質并設計實驗進行驗證的環節，教師為學生提供了在線討論、互動課堂展示、個人學習空間互動等機會，提高學生探究的自主性和協作性。在知識和思維建構的環節，教師為學生提供了氧化還原反應的實驗資料、轉化過程的微觀模型和思維導圖等輔助知識建構與表達的資源或工具。為達成知識遷移目標，教師在講解其他常見非金屬元素時，利用多媒體資源創設含氮物質對人類生產生活影響的情境，指導學生運用“硫及其化合物”中的研究思路與方法開展探究，利用網絡獲取相關的資料和數據，與同伴、教師和家長結成探究共同體，開展互助交流活動，運用已知解決新情境下的新問題，提高對化工重要非金屬的認知。
（三）融合多樣化的過程評價，促進學生全面持續發展
深度學習，是學生在自覺探索中對知識不斷深入理解，逐步掌握方法，不斷進階思維水平，逐級提升能力的過程。新課標在實施建議中提出：要充分發揮評價促進學生化學學科核心素養全面發展的功能，注重過程性評價和結果性評價的有機結合，靈活運用活動表現、點評、練習與作業、學習檔案評價等多種方式，倡導自評、互評與教師評價相結合的“教、學、評”一體化的方式。目前，數字化設備和技術在教學中已被廣泛應用，通過數據分析進行的數字化智能化精準化評價已成現實。信息技術的應用可以即時反映教學主體、個體在教學過程中的表現，提高評價的過程性（可視化）和針對性，拓展評價的深度和廣度。
教師可在課前用在線評測精工具掌握學情，聚焦教學重難點；
在探究過程中的概念獲得、思維方法訓練等關鍵環節，運用即時評測、在線展示、點評互評等手段引導學生探究，幫助學生自主建構和發展。教師還可在課后鼓勵學生利用網絡資源、專題論壇、個人學習空間，拓展探究、總結反思，提升素養，個性化發展。
三、虛實結合，創設學生深層次認知的有利條件和思維發展的廣闊空間
（一）?提升學生親歷探究的可操作性和體驗，為學生深層認知提供有利條件
按照具身認知理論，?教師組織深度學習活動應重視學生在親歷的活動中獲得感受和體驗，讓他們在實踐探索中完善和發展認知結構。活動與體驗，是深度學習的必要條件。學生要動手完成探究實驗，必須親歷觀察、發現、思考、交流、解決問題的過程。筆者發現，或是由于實驗室資源有限，或是實驗涉及危險物，或是遇到實驗儀器組裝復雜、現象不易觀察，教師往往會采取以講授代替學生動手實驗探究的方式教學，使得教學效果大打折扣。虛擬實驗在環境仿真性、操作與效果的動態可視化方面具有優勢，為學生在探究實驗中進行方法技能訓練、討論設計方案、合作建構知識模型提供了有力支撐。基于認知領域和技能領域的相關性研究證明，虛擬實驗對學生在探究過程和要素的理解上有顯著提高，有助于知識的構建，幫助學生正確認識科學家的科學實踐活動，養成科學態度。教師應針對具體目標，合理運用虛擬技術，虛實結合讓學生在探究中親歷發現問題、自覺反思、自主建構的過程，真正地理解知識、學會方法，掌握技能，提高思維能力和素養水平。調研中，很多教師提出了對利用交互式仿真技術創建虛擬實驗環境，讓每個學生都有動手、動腦探究機會的應用需求。
其實，恰當地虛實結合可以讓化學實驗教學更精彩、更有效。例如，“乙醇與乙酸”教學中，對于乙酸乙酯的制取和水解實驗，教師可以利用虛擬實驗引導學生：首先，讓學生思考加入反應物乙醇、濃硫酸、乙酸的順序和方法，以避免實驗中因濃硫酸與乙醇、乙酸過早反應放出大量熱量和液體造成危險；
其次，訓練學生組裝裝置和實驗操作技能，提高探究效率；
最后，引導學生運用反應物和生成物的不同沸點、溶解度，以及化學平衡知識，思考提高乙酸乙酯的產率而增強實驗效果的方法，解決問題，提高綜合能力。
（二）揭示事物本質，促進知識的深度加工和思維發展
深度學習是學生對知識的深度加工，是在對事物本質的全面、系統認識中獲得概念的過程。學生需要基于已知和經驗，對探究對象進行有目的、全面系統觀察，獲得證據，通過分析得出結論，建構概念或思維模型。虛擬實驗技術具有數據自動處理、定量可視化操作和微觀模擬等特征，不但為概念與思維模型的建構、表達、交流提供了有力的支持，還減輕了學生的思維訓練負荷，有利于學生掌握方法，提升思維與認知水平。
例如，在“水溶液的離子反應與平衡”教學中教師引導學生對電離平衡進行實驗探究，針對測定反應體系中電解質電離出的H濃度的變化這一重點內容，做了具體設計：向鹽酸、乙酸溶液中分別加入NaCl和CHCOONH固體，以增大酸根離子的濃度，然后測定溶液的pH變化，從而證明弱電解質在溶液中存在電離平衡。對于該實驗的設計過程和對實驗結果的微觀解釋，教師利用虛擬實驗進行模擬操作，可視化呈現H濃度變化過程，支持學生在理論建構過程中進行表達與討論，深化了學生的平衡觀和粒子觀。
只有認識事物本質，運用概念解決實際問題，才是真正把握本質，才能真正培養學生實踐與創新精神。遷移應用與價值評價，是深度學習的一個重要特征。學生需要在新的情境中運用概念發現問題并解決問題，使概念得到完善。
例如，在“電解原理的應用”教學中，教師首先讓學生利用虛擬實驗平臺構建氯化銅電解裝置，強化電解池概念，進而提出電解池應用的遞進式任務，構建思維模型，解決新問題（如圖2）。
教師開展虛實結合的實驗探究活動，不僅為學生提供了充分思考交流、方案設計、知識和思維建構和表達的機會，而且為學生動手實驗探究奠定了必要的理論基礎，提高了探究活動的有效性，讓每個學生都有機會經歷運用物質結構及性質、化學反應原理、科學探究知識、實驗操作技能去解決實際問題的過程，真正深度學習，從而獲得具象、真實的學習體驗，形成高水平的認知，最終達到提升素養水平與創新思維能力的目的。
信息化時代呼喚人才培養模式改革。教師促進學生思維能力發展，提升學生化學學科核心素養，引導學生深度學習，應始終深入探索以信息技術變革傳統教學模式，總結提升教學質量的方法與策略。實踐證明，數字化教學具有資源豐富、開放自主、多模態結合的優勢，線上線下融合、虛實結合混合式教學已成趨勢。教師應繼續立足于課堂教學，按照新課標的要求，圍繞學科核心素養的培育目標，進一步研究數字化環境下化學教學策略，探索教、學、評方式的變革與創新。
注：本文系國家新聞出版署出版融合發展（人教社）重點實驗室、人民教育出版社人教數字教育研究院2021年重點課題“信息化教學環境下基于虛擬實驗的化學學科工具對學生科學探究能力提升的研究”（課題編號：RJA0121011）的研究成果。
參考文獻
[1] 周業虹，楊青.高中化學探究性實驗信息化教學環境調研[J].化學教與學，2022（5）：85-89.
[2] 徐光濤.科學探究學習中技術使能的作用空間與效果研究[D].上海：華東師范大學，2016.
（作者系人民教育出版社人教數字教育研究院高級研究員）
責任編輯：祝元志
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