例談深度學習與深度教學的關系

1、例談深度學習與深度教學的關系 摘要：通過對五個教學案例的深度教學與深度學習的探討，闡明了教師的深度教學可以引導學生進行深度學習、學生的深度學習可以促進教師進行深度教學的辯證關系， 進一步指出了深度教學的核心問題是能夠引起學生的深入思考和深入探究，深度學習的核心問題是學生進行了深入思考和深入探究，深入思考和深入探究的“趣味”性決定了培養(yǎng)學生學習興趣的有效性，同時還說明了深度教學與深度學習中應該注意的問題防止超課標。 關鍵詞：深度學習；深度教學；有效教學 文章編號：1005?C6629（2016）5?C0022?C05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B 1 問題的提出 深度學習1源于人工神

2、經(jīng)網(wǎng)絡的研究，深度學習的概念由Hinton等人于2006年提出。深度學習的本意是指機器學習領域中對模式（聲音、圖像等）進行建模、識別的一種方法。深度學習被教育工作者引入教學后，又被賦予教學上的含義。由于深度學習在機器學習領域中本身就是一個剛提出不久的新概念，所以目前教育專家們對深度學習所賦予的含義還沒有統(tǒng)一。 不同學者賦予深度學習的含義是互有差異的，如閻乃勝2認為深度學習是指“對信息予以深度加工，深刻理解和掌握復雜概念的內(nèi)在含義，建構(gòu)起個人情景化的知識體系，以知識遷移推進現(xiàn)實任務的完成”。張浩3等人認為“深度學習是一種主動的、批判性的學習方式，也是實現(xiàn)有意義學習的有效方式”，深度學習要求“學習

3、者進行理解性的學習、批判性的高階思維、主動的知識建構(gòu)、有效的知識遷移及真實問題的解決”。站在學?，F(xiàn)實教育的角度來說，有學生的深度學習，就應該有教師的深度教學。郭永祥4從知識的“符號”、“邏輯”、“意義”三方面論述了基于深度學習的深度教學：“有效教學必須超越表層的符號教學，由符號教學走向邏輯教學和意義教學的統(tǒng)一，我把這種統(tǒng)一稱為深度教學?！?就筆者對深度學習和深度教學含義的領會和實際教學的體會來說，筆者認為深度學習和深度教學是學校教育的兩個重要方面。教師的深度教學對學生的深度學習可以起到引導和激勵的作用，學生的深度學習對教師的深度教學可以起到促進和推動作用。從知識體系的角度來說，學生的深度學習包

4、括縱向和橫向兩個方面的深度學習?？v向，學生應該對某知識點進行深入的探究以達到透徹的理解和深刻的認知；橫向，學生應該能夠綜合利用已學過的本學科知識和相關學科知識探究解決在學習中遇到的各種具體問題。針對學生的深度學習，教師的深度教學就應該從縱橫兩個方面引導學生進行深入思考和深入探究，綜合利用各學科知識研究解答學習中的疑難問題。在此，筆者聯(lián)系高中化學教學的實際談談深度教學與深度學習的關系，并進一步談談深度教學與深度學習的含義。 2 基礎知識教學中的深度教學與深度學習 深度教學與深度學習應該貫穿于日常教學的始終，在基礎知識的教學中力求將教與學引向深入?！耙蚁┑闹迫　笔歉咧谢瘜W基礎知識教學的重點和難點之

5、一，在此，筆者特以“乙烯的制取”為例談談基礎知識教學中的深度教學與深度學習。 在制取乙烯的教學中，教師一般是先做實驗，再簡要分析說明實驗現(xiàn)象，然后寫出如下化學方程式： 為了將教學引向深入，教師常常會引導學生進一步探討醇類物質(zhì)脫水成烯的反應條件和醇類物質(zhì)脫水成烯的結(jié)構(gòu)因素。毫無疑問，教師引導學生進行的這種探究是在進行深度教學，是在引導學生進行深度學習。只是筆者認為這些探究既有超越課標的嫌疑，又超越了實際的教學要求，因為醇類物質(zhì)脫水成烯的反應條件和結(jié)構(gòu)因素均應該是大學有機化學的教學內(nèi)容。就實際的教學來說，用乙醇和濃硫酸制取乙烯時，有一個顯著的實驗現(xiàn)象應該引導學生進行深入的探究，該實驗現(xiàn)象就是醇酸混

6、合溶液在加熱制取乙烯的過程中變黑了。對于混合物“變黑”這個實驗現(xiàn)象，多數(shù)教師一般都用“碳化”二字進行簡單的交代，沒做深入的探討。筆者認為教師完全應該在課堂上引導學生對醇酸混合物加熱“變黑”的實驗現(xiàn)象進行較深入的探討。理由有兩點，一是學生已經(jīng)學習過濃硫酸的脫水性，此處的“變黑”與蔗糖在濃硫酸中脫水形成“黑面包”的實驗有什么區(qū)別和聯(lián)系？該問題的探討有利于學生加深對有機物“碳化”的認識和理解。二是在后續(xù)相關的練習中一般都有實驗室制取乙烯氣體的除雜和凈化問題，若不在實驗情境中趁熱打鐵探究清楚的話，后續(xù)的習題教學就只能生硬地給學生灌輸相關的結(jié)論。 為了把醇酸混合物加熱“變黑”的實驗現(xiàn)象探究清楚，教師的備

7、課應該準備如下兩個方面的預案，即實際探究的問題預案和驗證探析問題結(jié)論的實驗預案。醇酸混合物加熱“變黑”的現(xiàn)象需探究如下三個問題： （1）醇與濃硫酸的混合物加熱發(fā)生碳化反應的原理是什么？ 分析對比乙醇分子（CH3CH2OH）與蔗糖分子（C12H22O11）的組成知道，蔗糖分子僅僅脫水就可以碳化，乙醇分子僅僅脫水是不能碳化的。乙醇分子發(fā)生什么反應才會碳化呢？經(jīng)分析可知，乙醇分子在脫水的同時必須發(fā)生氧化反應才會碳化。為什么蔗糖在常溫下與濃硫酸混合就會發(fā)生碳化，乙醇與濃硫酸的混合物必須加熱到較高的溫度才發(fā)生碳化？這是由于蔗糖的碳化僅僅只是分解反應，而乙醇的碳化是在分解的同時發(fā)生了氧化反應。乙醇與濃硫酸

8、混合物發(fā)生碳化反應的化學方程式如下： （2）碳化生成的碳單質(zhì)能否進一步與硫酸反應？ 濃硫酸與蔗糖在沒有加熱發(fā)生碳化時，生成的碳與濃硫酸發(fā)生了氧化還原反應，從而導致生成的碳像面包一樣疏松多孔。乙醇與濃硫酸的混合物是加熱到較高溫度時碳化的，乙醇在加熱條件下碳化生成的碳比常溫下蔗糖碳化生成的碳更容易與濃硫酸發(fā)生如下氧化還原反應。 （3）如何檢驗并除掉乙烯中混有的CO2和SO2？ 實驗驗證的內(nèi)容主要是檢驗和除掉乙烯中的雜質(zhì)氣體SO2和CO2的實驗裝置及試劑，一般的教輔資料中都有該實驗的裝置及相應的試劑。此外，筆者還曾在“用無定形Al（OH）3除掉乙烯混合氣中的SO2”5一文中探討了使用無定形Al（OH

9、）3除掉SO2的方法。 以上問題探討和實驗驗證是在教師的引導下橫向聯(lián)系比較了蔗糖和乙醇在濃硫酸存在時發(fā)生碳化的區(qū)別與聯(lián)系，縱向深入探討了醇酸混合物加熱時發(fā)生碳化的原理，深入探討了檢驗和除掉乙烯中的雜質(zhì)氣體SO2和CO2的原理和方法。 3 習題教學中的深度教學與深度學習 習題教學是高中化學教學的重要內(nèi)容之一，習題教學的深度對于培養(yǎng)提高學生的科學素養(yǎng)及應試能力均有十分重要的作用。片面地追求應試得分是不對的，完全不談應試能力的培養(yǎng)也是不對的。習題教學若能達到一定的深度，學生的應試能力會自然而然地得到提升。筆者在此特以兩道中學化學教學中比較常見的習題為例探討一下化學習題教學中的深度教學與深度學習。 例

10、1 在同溫、同壓下，某容器充滿O2重116g，充滿CO2重122g，現(xiàn)充滿某未知氣體重114g，則該未知氣體的相對分子量質(zhì)量為（ ）。 A. 28 B. 60 C. 32 D. 44 解析：設容器重為m g，設未知氣體的相對分子質(zhì)量為x，由題意知各氣體的物質(zhì)的量相等，據(jù)此可得如下分數(shù)連等式。 由此方程組的第一個方程求出m后，將m代入第二個方程可求出x。此解法是實際解題時許多師生常用的基本方法，此解法的缺陷是解題過程中的計算量比較大。教師可以引導學生用等比定律十分簡捷地求解出分數(shù)連等式中的x。依據(jù)等比定律，用分數(shù)連等式第二項的分子和分母分別減去第一項、第三項的分子分母并化簡得： 相比較而言，用等

11、比定律求解m和x比用方程組法求解要簡便得多。在化學教學中，若化學教師能恰當?shù)匾龑W生運用數(shù)學、物理等相關學科的知識求解化學問題的話，常常可以起到事半功倍的效果。求解過程的簡化往往能激發(fā)學生努力探究簡便解題的興趣，培養(yǎng)學生在解題過程中的創(chuàng)新能力、激發(fā)學生的學習興趣。 本例題的教學主要是橫向聯(lián)系應用數(shù)學知識簡便解答化學計算題，這種橫向聯(lián)系應用相關學科的知識是深度教學的一個重要方面。 例2 用8.5噸氨通過催化氧化制取63%的硝酸，若NH3的轉(zhuǎn)化率為96%，NO轉(zhuǎn)化為HNO3的產(chǎn)率為92%，則實際制得63%的硝酸的質(zhì)量為多少噸？理論上所消耗空氣的體積為多少m3（標況）？（參考答案：44.16t，94

12、.2×103 m3或98.9×103 m3） 這是一道很有意思的題目，“很有意思”是因為該題第二問的參考答案本身是錯誤的，且很多師生解答出的答案與題目所給的參考答案相同。筆者曾就此題的解法研究撰寫過“簡析一道多步反應計算的典型錯解”6一文發(fā)表在化學教學2007年第12期上。 解法一：設實際制得63%的硝酸的質(zhì)量為x噸，理論上消耗的空氣的體積（標況、下同）為y m3。有關反應的化學方程式如下： 此解法第一問的解答是正確的，第二問的解答是許多人共同的解答結(jié)果，但是是錯誤的。 解法二（第二問）：設氨被催化氧化成NO的質(zhì)量為m g，氨被催化氧化成NO所需的空氣體積為V1 m3，NO

13、轉(zhuǎn)化成HNO3所需空氣的體積為V2 m3。則 為什么兩種解法得到的第二問的答案互不相同？我們可以就此問題引導學生通過對多步反應計算的原理及上述兩種解法進行比較深入的探討。通過探討，可以明確如下知識要點：多步反應計算的原理是：在多步反應中，每一步反應的產(chǎn)物，均是下一步反應的反應物。根據(jù)化學方程式，每一步反應的反應物和生成物之間有一定的量的關系，即物質(zhì)的量之比是一定的。所以，可以利用某中間物質(zhì)作為“中介”，找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關系，簡化解題過程。此題的第一問符合多步反應計算的原理，第二問不符合多步反應計算的原理。在第二問中，NH3與O2反應的比例及NO與O2轉(zhuǎn)化成HNO3的比例是不同的

14、，二者之間找不出用于進行多步計算求解氧氣（或空氣）體積的“中介”物質(zhì)，所以此問不屬于多步反應的計算。解法一中第二問的解答是錯誤的，此解答的錯誤在于將不符合多步反應計算原理的計算錯誤地按多步反應進行了計算，解法二中第二問的解答是正確的。 對此題第二問解法的探討是在對多步計算的化學反應原理進行深入探討，可以讓學生深刻理解錯解第二問的原因，可以防止學生在后續(xù)的學習中再犯類似的錯誤。 以上習題的解析既有教師引導學生橫向聯(lián)系深入學習、簡便解題的實例，又有教師引導學生縱向探討深入學習、進一步明確解題原理的實例，可見習題教學是深度教學與深度學習的重要內(nèi)容。 4 疑難問題解答中的深度教學與深度學習 在教學中，

15、我們常常會在備課和教學中偶遇一些難以直接解答的疑難問題，還常常會遇到一些學生提出的難以回答的疑難問題，面對這些疑難問題，我們該怎么辦？有的教師在教學中對疑難問題采取回避的態(tài)度，有的教師不經(jīng)過深入的學習研究隨意回答學生提出的疑難問題。筆者認為，每一個疑難問題都是我們引導學生進行深度學習的很好的切入點，我們要深入學習研究疑難問題、充分利用疑難問題引導學生進行深度學習。 曾有學生向筆者提出過這樣一個問題：比空氣密度大的氣體會向低洼處移動聚集，如CO2氣體常常會移動聚集到地窖里。臭氧（O3）的密度比空氣的大，臭氧為什么不下落到地面的低洼處呢？學生提出的這個問題有理有據(jù)，顯然是學生深思熟慮后在腦海里產(chǎn)生

16、的一個認知沖突，這個認知沖突是一個需要科學解答的疑難問題。筆者當時并不知道該問題的答案，也就無法直接回答學生的提問，只好在課外專門學習研究后再引導學生探究解答?！俺粞鯙槭裁床幌侣洹币獜娜缦聝蓚€方面來探究解答，一是大氣層的結(jié)構(gòu)和運動，二是臭氧層中臭氧存在的條件和臭氧的性質(zhì)。解答“臭氧為什么不下落”的問題，需要教師將大氣層的結(jié)構(gòu)知識與大氣運動的知識同化學知識結(jié)合起來進行解答。此問題的簡要答案是：臭氧層處在大氣層的平流層中，平流層里的臭氧源于太陽光紫外線對氧氣的照射。臭氧的密度大于空氣，臭氧是要向?qū)α鲗酉侣湟苿拥模谙侣溥^程中，臭氧在對流層分解成氧氣了。在此教學過程中，學生進行了深度學習，教師進行了

17、深度教學，學生的深度學習促進了教師的深度教學。 又如學生向筆者提出的另外一個問題：將乙烯通入溴水時，乙烯為什么只與溴發(fā)生加成反應、不與溴發(fā)生取代反應（溴原子取代乙烯分子中的氫原子）？曾有教師這樣回答：這是科學測定的實驗結(jié)果。這回答看起來好像是無可挑剔的，實際上該回答是在糊弄和應付學生；因為該回答沒有正面回答學生的“為什么”，沒能滿足學生的求知欲和探究欲。我們知道，任何一個科學事實都應有其理論上的闡釋，當然，目前也還有一部分科學事實暫時還沒有很合理的理論解釋。存在這種現(xiàn)象的原因是部分科學理論暫時滯后于某些科學事實，相應的科學理論還需要進一步發(fā)展和完善。為了滿足學生的求知欲和探究欲，教師應該盡量用

18、相應的理論闡釋學生針對某些科學事實提出的“為什么”。關于乙烯為什么只與溴加成、不與溴取代的問題，只要教師稍作學習和研究，就可以引導學生從如下兩個方面進行探討。一是探究比較化學鍵的強弱，乙烯分子中的碳碳雙鍵是由一個鍵和一個鍵組成的，其中的鍵比乙烯分子中的C-H弱。在化學反應中，較弱的化學鍵比較強的化學鍵更容易被破壞而發(fā)生化學反應。二是對比分析幾個相似化學反應的反應條件，一個反應是甲烷與氯氣在光照條件下的取代反應，另一個是液溴與苯在催化劑存在時的取代反應。通過比較發(fā)現(xiàn)，甲烷與氯氣發(fā)生取代反應及液溴與苯發(fā)生取代反應的反應條件均比乙烯通入溴水的反應條件高。通過比較還發(fā)現(xiàn)，在溴足量的前提下，若給予滿足發(fā)

19、生取代反應的條件，乙烯與溴發(fā)生加成反應后是可以進一步發(fā)生取代反應的。 由這兩個教學案例可見，學生的疑難問題是促進教師學習研究、開展深度教學的推進劑，在學生疑難問題的推動下，教師的專業(yè)水平和教學技能都可以得到長足的發(fā)展。 5 深度教學與深度學習的核心問題 由上述探析可見，深度教學與深度學習是深化教學的兩個重要方面，教師的深度教學可以將學生的學習引向深入，學生的深度學習可以推動教師的教學向深度發(fā)展。深度教學的核心問題是能否引起深入思考和深入探究，能夠引起深入思考和深入探究的教學就是深度教學。深度學習的核心問題是是否進行了深入思考和深入探究，進行了深入思考和深入探究的學習就是深度學習。歸結(jié)起來可以說：深度教學和深度學習的核心問題是“深入思考和深入探究”。 仔細體味一下深度教學與深度學習的核心問題可見，深度教學與深度學習的一個十分重要的特點是教和學均很有“趣味”，這種教與學的“趣味”不是趣味實驗中的熱鬧有趣，而是思考的趣味和探究的趣味，這種思考和探究的趣味很容易培養(yǎng)學生對化學學科持久的濃厚的