例谈深度学习与深度教学的关系

例谈深度学习与深度教学的关系摘要：通过对五个教学案例的深度教学与深度学习的探讨，阐明了教师的深度教学可以引导学生进行深度学习、学生的深度学习可以促进教师进行深度教学的辩证关系，进一步指出了深度教学的核心问题是能够引起学生的深入思考和深入探究，深度学习的核心问题是学生进行了深入思考和深入探究，深入思考和深入探究的“趣味”性决定了培养学生学习兴趣的有效性，同时还说明了深度教学与深度学习中应该注意的问题――防止超课标。关键词：深度学习；深度教学；有效教学文章编号：1005?C6629（2016）5?C0022?C05中图分类号：G633.8文献标识码：B1问题的提出深度学习[1]源于人工神经网络的研究，深度学习的概念由Hinton等人于2006年提出。深度学习的本意是指机器学习领域中对模式（声音、图像等）进行建模、识别的一种方法。深度学习被教育工作者引入教学后，又被赋予教学上的含义。由于深度学习在机器学习领域中本身就是一个刚提出不久的新概念，所以目前教育专家们对深度学习所赋予的含义还没有统一。不同学者赋予深度学习的含义是互有差异的，如阎乃胜[2]认为深度学习是指“对信息予以深度加工，深刻理解和掌握复杂概念的内在含义，建构起个人情景化的知识体系，以知识迁移推进现实任务的完成”。张浩[3]等人认为“深度学习是一种主动的、批判性的学习方式，也是实现有意义学习的有效方式”，深度学习要求“学习者进行理解性的学习、批判性的高阶思维、主动的知识建构、有效的知识迁移及真实问题的解决”。站在学校现实教育的角度来说，有学生的深度学习，就应该有教师的深度教学。郭永祥[4]从知识的“符号”、“逻辑”、“意义”三方面论述了基于深度学习的深度教学：“有效教学必须超越表层的符号教学，由符号教学走向逻辑教学和意义教学的统一，我把这种统一称为深度教学。”就笔者对深度学习和深度教学含义的领会和实际教学的体会来说，笔者认为深度学习和深度教学是学校教育的两个重要方面。教师的深度教学对学生的深度学习可以起到引导和激励的作用，学生的深度学习对教师的深度教学可以起到促进和推动作用。从知识体系的角度来说，学生的深度学习包括纵向和横向两个方面的深度学习。纵向，学生应该对某知识点进行深入的探究以达到透彻的理解和深刻的认知；横向，学生应该能够综合利用已学过的本学科知识和相关学科知识探究解决在学习中遇到的各种具体问题。针对学生的深度学习，教师的深度教学就应该从纵横两个方面引导学生进行深入思考和深入探究，综合利用各学科知识研究解答学习中的疑难问题。在此，笔者联系高中化学教学的实际谈谈深度教学与深度学习的关系，并进一步谈谈深度教学与深度学习的含义。2基础知识教学中的深度教学与深度学习深度教学与深度学习应该贯穿于日常教学的始终，在基础知识的教学中力求将教与学引向深入。“乙烯的制取”是高中化学基础知识教学的重点和难点之一，在此，笔者特以“乙烯的制取”为例谈谈基础知识教学中的深度教学与深度学习。在制取乙烯的教学中，教师一般是先做实验，再简要分析说明实验现象，然后写出如下化学方程式：为了将教学引向深入，教师常常会引导学生进一步探讨醇类物质脱水成烯的反应条件和醇类物质脱水成烯的结构因素。毫无疑问，教师引导学生进行的这种探究是在进行深度教学，是在引导学生进行深度学习。只是笔者认为这些探究既有超越课标的嫌疑，又超越了实际的教学要求，因为醇类物质脱水成烯的反应条件和结构因素均应该是大学有机化学的教学内容。就实际的教学来说，用乙醇和浓硫酸制取乙烯时，有一个显著的实验现象应该引导学生进行深入的探究，该实验现象就是醇酸混合溶液在加热制取乙烯的过程中变黑了。对于混合物“变黑”这个实验现象，多数教师一般都用“碳化”二字进行简单的交代，没做深入的探讨。笔者认为教师完全应该在课堂上引导学生对醇酸混合物加热“变黑”的实验现象进行较深入的探讨。理由有两点，一是学生已经学习过浓硫酸的脱水性，此处的“变黑”与蔗糖在浓硫酸中脱水形成“黑面包”的实验有什么区别和联系？该问题的探讨有利于学生加深对有机物“碳化”的认识和理解。二是在后续相关的练习中一般都有实验室制取乙烯气体的除杂和净化问题，若不在实验情境中趁热打铁探究清楚的话，后续的习题教学就只能生硬地给学生灌输相关的结论。为了把醇酸混合物加热“变黑”的实验现象探究清楚，教师的备课应该准备如下两个方面的预案，即实际探究的问题预案和验证探析问题结论的实验预案。醇酸混合物加热“变黑”的现象需探究如下三个问题：（1）醇与浓硫酸的混合物加热发生碳化反应的原理是什么？分析对比乙醇分子（CH3CH2OH）与蔗糖分子（C12H22O11）的组成知道，蔗糖分子仅仅脱水就可以碳化，乙醇分子仅仅脱水是不能碳化的。乙醇分子发生什么反应才会碳化呢？经分析可知，乙醇分子在脱水的同时必须发生氧化反应才会碳化。为什么蔗糖在常温下与浓硫酸混合就会发生碳化，乙醇与浓硫酸的混合物必须加热到较高的温度才发生碳化？这是由于蔗糖的碳化仅仅只是分解反应，而乙醇的碳化是在分解的同时发生了氧化反应。乙醇与浓硫酸混合物发生碳化反应的化学方程式如下：（2）碳化生成的碳单质能否进一步与硫酸反应？浓硫酸与蔗糖在没有加热发生碳化时，生成的碳与浓硫酸发生了氧化还原反应，从而导致生成的碳像面包一样疏松多孔。乙醇与浓硫酸的混合物是加热到较高温度时碳化的，乙醇在加热条件下碳化生成的碳比常温下蔗糖碳化生成的碳更容易与浓硫酸发生如下氧化还原反应。（3）如何检验并除掉乙烯中混有的CO2和SO2？实验验证的内容主要是检验和除掉乙烯中的杂质气体SO2和CO2的实验装置及试剂，一般的教辅资料中都有该实验的装置及相应的试剂。此外，笔者还曾在“用无定形Al（OH）3除掉乙烯混合气中的SO2”[5]一文中探讨了使用无定形Al（OH）3除掉SO2的方法。以上问题探讨和实验验证是在教师的引导下横向联系比较了蔗糖和乙醇在浓硫酸存在时发生碳化的区别与联系，纵向深入探讨了醇酸混合物加热时发生碳化的原理，深入探讨了检验和除掉乙烯中的杂质气体SO2和CO2的原理和方法。3习题教学中的深度教学与深度学习习题教学是高中化学教学的重要内容之一，习题教学的深度对于培养提高学生的科学素养及应试能力均有十分重要的作用。片面地追求应试得分是不对的，完全不谈应试能力的培养也是不对的。习题教学若能达到一定的深度，学生的应试能力会自然而然地得到提升。笔者在此特以两道中学化学教学中比较常见的习题为例探讨一下化学习题教学中的深度教学与深度学习。例1在同温、同压下，某容器充满O2重116g，充满CO2重122g，现充满某未知气体重114g，则该未知气体的相对分子量质量为（）。A.28B.60C.32D.44解析：设容器重为mg，设未知气体的相对分子质量为x，由题意知各气体的物质的量相等，据此可得如下分数连等式。由此方程组的第一个方程求出m后，将m代入第二个方程可求出x。此解法是实际解题时许多师生常用的基本方法，此解法的缺陷是解题过程中的计算量比较大。教师可以引导学生用等比定律十分简捷地求解出分数连等式中的x。依据等比定律，用分数连等式第二项的分子和分母分别减去第一项、第三项的分子分母并化简得：相比较而言，用等比定律求解m和x比用方程组法求解要简便得多。在化学教学中，若化学教师能恰当地引导学生运用数学、物理等相关学科的知识求解化学问题的话，常常可以起到事半功倍的效果。求解过程的简化往往能激发学生努力探究简便解题的兴趣，培养学生在解题过程中的创新能力、激发学生的学习兴趣。本例题的教学主要是横向联系应用数学知识简便解答化学计算题，这种横向联系应用相关学科的知识是深度教学的一个重要方面。例2用8.5吨氨通过催化氧化制取63%的硝酸，若NH3的转化率为96%，NO转化为HNO3的产率为92%，则实际制得63%的硝酸的质量为多少吨？理论上所消耗空气的体积为多少m3（标况）？（参考答案：44.16t，94.2×103m3或98.9×103m3）这是一道很有意思的题目，“很有意思”是因为该题第二问的参考答案本身是错误的，且很多师生解答出的答案与题目所给的参考答案相同。笔者曾就此题的解法研究撰写过“简析一道多步反应计算的典型错解”[6]一文发表在《化学教学》2007年第12期上。解法一：设实际制得63%的硝酸的质量为x吨，理论上消耗的空气的体积（标况、下同）为ym3。有关反应的化学方程式如下：此解法第一问的解答是正确的，第二问的解答是许多人共同的解答结果，但是是错误的。解法二（第二问）：设氨被催化氧化成NO的质量为mg，氨被催化氧化成NO所需的空气体积为V1m3，NO转化成HNO3所需空气的体积为V2m3。则为什么两种解法得到的第二问的答案互不相同？我们可以就此问题引导学生通过对多步反应计算的原理及上述两种解法进行比较深入的探讨。通过探讨，可以明确如下知识要点：①多步反应计算的原理是：在多步反应中，每一步反应的产物，均是下一步反应的反应物。根据化学方程式，每一步反应的反应物和生成物之间有一定的量的关系，即物质的量之比是一定的。所以，可以利用某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间的量的关系，简化解题过程。②此题的第一问符合多步反应计算的原理，第二问不符合多步反应计算的原理。在第二问中，NH3与O2反应的比例及NO与O2转化成HNO3的比例是不同的，二者之间找不出用于进行多步计算求解氧气（或空气）体积的“中介”物质，所以此问不属于多步反应的计算。③解法一中第二问的解答是错误的，此解答的错误在于将不符合多步反应计算原理的计算错误地按多步反应进行了计算，解法二中第二问的解答是正确的。对此题第二问解法的探讨是在对多步计算的化学反应原理进行深入探讨，可以让学生深刻理解错解第二问的原因，可以防止学生在后续的学习中再犯类似的错误。以上习题的解析既有教师引导学生横向联系深入学习、简便解题的实例，又有教师引导学生纵向探讨深入学习、进一步明确解题原理的实例，可见习题教学是深度教学与深度学习的重要内容。4疑难问题解答中的深度教学与深度学习在教学中，我们常常会在备课和教学中偶遇一些难以直接解答的疑难问题，还常常会遇到一些学生提出的难以回答的疑难问题，面对这些疑难问题，我们该怎么办？有的教师在教学中对疑难问题采取回避的态度，有的教师不经过深入的学习研究随意回答学生提出的疑难问题。笔者认为，每一个疑难问题都是我们引导学生进行深度学习的很好的切入点，我们要深入学习研究疑难问题、充分利用疑难问题引导学生进行深度学习。曾有学生向笔者提出过这样一个问题：比空气密度大的气体会向低洼处移动聚集，如CO2气体常常会移动聚集到地窖里。臭氧（O3）的密度比空气的大，臭氧为什么不下落到地面的低洼处呢？学生提出的这个问题有理有据，显然是学生深思熟虑后在脑海里产生的一个认知冲突，这个认知冲突是一个需要科学解答的疑难问题。笔者当时并不知道该问题的答案，也就无法直接回答学生的提问，只好在课外专门学习研究后再引导学生探究解答。“臭氧为什么不下落”要从如下两个方面来探究解答，一是大气层的结构和运动，二是臭氧层中臭氧存在的条件和臭氧的性质。解答“臭氧为什么不下落”的问题，需要教师将大气层的结构知识与大气运动的知识同化学知识结合起来进行解答。此问题的简要答案是：臭氧层处在大气层的平流层中，平流层里的臭氧源于太阳光紫外线对氧气的照射。臭氧的密度大于空气，臭氧是要向对流层下落移动的，在下落过程中，臭氧在对流层分解成氧气了。在此教学过程中，学生进行了深度学习，教师进行了深度教学，学生的深度学习促进了教师的深度教学。又如学生向笔者提出的另外一个问题：将乙烯通入溴水时，乙烯为什么只与溴发生加成反应、不与溴发生取代反应（溴原子取代乙烯分子中的氢原子）？曾有教师这样回答：这是科学测定的实验结果。这回答看起来好像是无可挑剔的，实际上该回答是在糊弄和应付学生；因为该回答没有正面回答学生的“为什么”，没能满足学生的求知欲和探究欲。我们知道，任何一个科学事实都应有其理论上的阐释，当然，目前也还有一部分科学事实暂时还没有很合理的理论解释。存在这种现象的原因是部分科学理论暂时滞后于某些