4.7实施效果与讨论 .32 4.7.1实验班和对照班深度学习能力前后测结果分析 32 4.7.2 实验班深度学习能力前后测结果对比分析 4.7.3学业成绩分析. .54 4.7.4实验班访谈调查结果分析 .57 5研究结论 .61 5.1研究结论 .61 5.2反思与展望. .61 参考文献. 附录 .65 附录1 65 附录2. 67 附录3. 附录4. 71 中国知网https://www.cnki.ne
4.7 实施效果与讨论.32 4.7.1 实验班和对照班深度学习能力前后测结果分析 .32 4.7.2 实验班深度学习能力前后测结果对比分析 .47 4.7.3 学业成绩分析.54 4.7.4 实验班访谈调查结果分析.57 5 研究结论.61 5.1 研究结论.61 5.2 反思与展望.61 参考文献.62 附录.65 附录 1.65 附录 2.67 附录 3.69 附录 4.71
1绪论 1.1问题的提出 1.1.1时代背景：深度学习顺应教育发展和改革的趋势 随着信息时代的迅速发展，个人的发展比以往更需要深度学习的支撑。在信息时 代，人类穷极一生所能掌握的知识只是冰山一角，但尚待解决的实际问题并不因此减 少，况且，掌握了知识并不代表会运用知识创造价值，因此，掌握知识固然重要，但 更重要的是检索有用信息、运用信息解决实际问题、创造的能力，是素养的提升.教 育已从知识本位论逐渐转向素养本位论川，素养的提升需要高层次的思维活动，而 死记硬背等浅层学习所收获的大都是知识数量的积累，素养提升甚微，显然浅层学习 已然不能满足个人发展的需要，深度学习的认知层次（应用、分析、评价和创造）属 于高层次的认知活动，完美契合素养的发展要求.因此，深度学习的教学是提升核心 素养的有效途径。 1.1.2学理思索：科学论证教学是实现深度学习的途径 科学论证教学是实现深度学习的有效途径之一.学生在深层次认知活动中实现深 度学习，作为活动主体主动把外在的知识与自身建立联系。学生在解决问题过程中， 有意识地积累经验，在实践中主动发展，在做中学，在深度学习中形成核心素养。科 学论证教学旨在发展高阶思维、必备品格和关键能力.课堂上，教师引导学生就某 论题通过实验等方式收集证据，学生小组合作提出主张、提供证据和阐述推理过程， 小组代表分享，其它小组分析展示小组的主张、证据和推理过程的科学性，各小组思 维碰撞最终达成一致。不难发现，这与深度学习所具有的“活动与体验：学生的学习 机制迁移与应用：在教学活动中模拟社会实践”和“价值与评价：‘人的成长的隐性 要素”等特征相吻合，基于上述分析，在科学论证教学中可以实现深度学习. 1.2研究综述 1.2.1化学深度学习 国内对化学深度学习的研究主要包括促进深度学习的教学设计研究、影响因素 研究、作业设计研究、课堂教学案例研究和教学策略研究五个方面。 ()教学设计研究方面。“教、学、评”一体化、逆向教学和大概念教学设计 “教、学、评”一体化教学设计.例如，胡久华等学者以铁及其化合物”为研究主 题，着眼于如何以学生为中心，通过建立真实情境、过程性诊断和评价体系等方式， 提高学生对于化学学科的认知，促进学生深度学习，启示：在教学设计时注重以评 》 中国知网https://www.cnki.ne
1 1 绪论 1.1 问题的提出 1.1.1 时代背景：深度学习顺应教育发展和改革的趋势 随着信息时代的迅速发展，个人的发展比以往更需要深度学习的支撑。在信息时 代，人类穷极一生所能掌握的知识只是冰山一角，但尚待解决的实际问题并不因此减 少，况且，掌握了知识并不代表会运用知识创造价值。因此，掌握知识固然重要，但 更重要的是检索有用信息、运用信息解决实际问题、创造的能力，是素养的提升。教 育已从知识本位论逐渐转向素养本位论[1] 。素养的提升需要高层次的思维活动，而 死记硬背等浅层学习所收获的大都是知识数量的积累，素养提升甚微，显然浅层学习 已然不能满足个人发展的需要。深度学习的认知层次（应用、分析、评价和创造）属 于高层次的认知活动，完美契合素养的发展要求。因此，深度学习的教学是提升核心 素养的有效途径。 1.1.2 学理思索：科学论证教学是实现深度学习的途径 科学论证教学是实现深度学习的有效途径之一。学生在深层次认知活动中实现深 度学习，作为活动主体主动把外在的知识与自身建立联系。学生在解决问题过程中， 有意识地积累经验，在实践中主动发展，在做中学，在深度学习中形成核心素养。科 学论证教学旨在发展高阶思维、必备品格和关键能力。课堂上，教师引导学生就某一 论题通过实验等方式收集证据，学生小组合作提出主张、提供证据和阐述推理过程， 小组代表分享，其它小组分析展示小组的主张、证据和推理过程的科学性，各小组思 维碰撞最终达成一致。不难发现，这与深度学习所具有的“活动与体验：学生的学习 机制”“迁移与应用：在教学活动中模拟社会实践”和“价值与评价：‘人’的成长的隐性 要素”等特征相吻合。基于上述分析，在科学论证教学中可以实现深度学习。 1.2 研究综述 1.2.1 化学深度学习 国内对化学深度学习的研究主要包括促进深度学习的教学设计研究、影响因素 研究、作业设计研究、课堂教学案例研究和教学策略研究五个方面。 （1）教学设计研究方面。“教、学、评”一体化、逆向教学和大概念教学设计。 “教、学、评”一体化教学设计。例如，胡久华等学者以“铁及其化合物”为研究主 题，着眼于如何以学生为中心，通过建立真实情境、过程性诊断和评价体系等方式， 提高学生对于化学学科的认知，促进学生深度学习[2] 。启示：在教学设计时注重以评
促教、在真实情境中引导学生，促进学生深度学习， 逆向教学设计.例如，有的研究者以“钠及其化合物”为研究主题，将学生需要掌 握的知识和技能进行细致的分析，并设计相应的教学任务和学习活动，以促进学生深 度学习)，通过这种教学设计使学生能够更好地理解和应用钠及其化合物的知识， 提高学生的学习兴趣和学习效果，促进学生深度学习.然而，也存在一些不足之处. 例如，只涉及钠及其化合物这一个主题，是否适用于其他主题还需要进一步的研究验 证.此外，缺乏定量的数据分析，难以准确地评估教学效果的提高程度。启示：借鉴 逆向教学设计的理念一以学生为中心，从学生需要提升的素养出发，设计适合的教 学任务和学习活动，以促进学生深度学习.同时，需要在研究中加强数据的定量分析， 以更准确地评估教学效果的提高程度. 大概念教学设计.有的研究者以“气体摩尔体积”为研究主题，构建大概念教学 的模式，这种模式能够帮助学生深入理解化学概念，并且在理解基础上进行层层递进 的学习活动，从而实现深度学习，然而，这种教学模式也有不足之处。基于大概 念的教学模式需要教师对课程有很深的理解，需要花费大量的时间和精力来构建课程 框架和教学内容，不太适合新手教师。此外，如果学生基础较差，可能需要额外的辅 导，启示：可以尝试探索更适合新手型教师和能够面向全体学生的教学策略，以帮助 学生实现深度学习 (2)影响因素方面。有的研究者从学生角度出发考察学生深度学习的现状和影 响因素，为探讨高中化学科学论证教学实践中的深度学习指向提供有价值的参考 然而，该研究也存在一些不足，该研究只考虑学生方面的影响因素，而忽略其他可能 的因素，如教师教学方法、课堂氛围等。启示：从多个角度考虑深度学习指向的影响 因素，包括学生和教师方面，以及教学环境等，从而更好地促进学生深度学习， (3)作业设计方面.有的研究者通过问卷调查初中化学作业设计中存在的问题， 并针对问题提出解决策略，使得作业“减量提质”，以促进学生的深度学习，发展学 生的化学学科核心素养6，启示：借鉴该作业设计策略设计作业，以促进学生的深度 学习，发展学生的化学学科核心素养. (4)课堂教学案例方面.有的研究者使用内容分析法对“盐类水解情境创设” 化学反应原理中“原电池”的实验演示、“盐类水解情境创设”纰漏、甲壳素的提取 和学生错题构建这五个教学案例进行分析和研究，并提出相应的教学对策，为培养学 生的高阶思维，促进学生的深度学习提供一定借鉴7。 (⑤)教学策略方面。学者们采用实验和论证图、手持技术92)、“虚拟化学实 验室3.、模型建构5.、真实情境7.1网等教学策略，促进学生深度学习 其中，化学深度学习教学策略研究具体如下 实验和论证教学策略。例如，有的研究者通过设计实验和教学案例来让学生参与 2 中国知网https://www.cnki.ne
2 促教、在真实情境中引导学生，促进学生深度学习。 逆向教学设计。例如，有的研究者以“钠及其化合物”为研究主题，将学生需要掌 握的知识和技能进行细致的分析，并设计相应的教学任务和学习活动，以促进学生深 度学习[3] 。通过这种教学设计使学生能够更好地理解和应用钠及其化合物的知识， 提高学生的学习兴趣和学习效果，促进学生深度学习。然而，也存在一些不足之处。 例如，只涉及钠及其化合物这一个主题，是否适用于其他主题还需要进一步的研究验 证。此外，缺乏定量的数据分析，难以准确地评估教学效果的提高程度。启示：借鉴 逆向教学设计的理念——以学生为中心，从学生需要提升的素养出发，设计适合的教 学任务和学习活动，以促进学生深度学习。同时，需要在研究中加强数据的定量分析， 以更准确地评估教学效果的提高程度。 大概念教学设计。有的研究者以“气体摩尔体积”为研究主题，构建大概念教学 的模式，这种模式能够帮助学生深入理解化学概念，并且在理解基础上进行层层递进 的学习活动，从而实现深度学习[4] 。 然而，这种教学模式也有不足之处。基于大概 念的教学模式需要教师对课程有很深的理解，需要花费大量的时间和精力来构建课程 框架和教学内容，不太适合新手教师。此外，如果学生基础较差，可能需要额外的辅 导。启示：可以尝试探索更适合新手型教师和能够面向全体学生的教学策略，以帮助 学生实现深度学习。 （2）影响因素方面。有的研究者从学生角度出发考察学生深度学习的现状和影 响因素，为探讨高中化学科学论证教学实践中的深度学习指向提供有价值的参考[5] 。 然而，该研究也存在一些不足，该研究只考虑学生方面的影响因素，而忽略其他可能 的因素，如教师教学方法、课堂氛围等。启示：从多个角度考虑深度学习指向的影响 因素，包括学生和教师方面，以及教学环境等，从而更好地促进学生深度学习。 （3）作业设计方面。有的研究者通过问卷调查初中化学作业设计中存在的问题， 并针对问题提出解决策略，使得作业“减量提质”，以促进学生的深度学习，发展学 生的化学学科核心素养[6] 。启示：借鉴该作业设计策略设计作业，以促进学生的深度 学习，发展学生的化学学科核心素养。 （4）课堂教学案例方面。有的研究者使用内容分析法对“盐类水解情境创设”、 化学反应原理中“原电池”的实验演示、“盐类水解情境创设” 纰漏、甲壳素的提取 和学生错题构建这五个教学案例进行分析和研究，并提出相应的教学对策，为培养学 生的高阶思维，促进学生的深度学习提供一定借鉴[7] 。 （5）教学策略方面。学者们采用实验和论证[8] 、手持技术[9 -12] 、“虚拟化学实 验室” [13 ,14] 、 模型建构[15 ,16] 、真实情境[17 ,18] 等教学策略，促进学生深度学习。 其中，化学深度学习教学策略研究具体如下： 实验和论证教学策略。例如，有的研究者通过设计实验和教学案例来让学生参与
实践，并以此引导学生对化学概念的思考和探究，通过论证的方式加深学生对概念的 理解，促进学生深度学习)。然而，该研究也存在一些不足之处，例如，它的研究对 象是初中生，且没有实证证据的支持。启示：可以考虑将研究对象转为高中生，借鉴 该教学策略设计教学案例，开展实证研究，完善以上研究的不足. 手持技术教学策略.研究者们的研究内容主要集中在化学学科中的实验教学方面。 例如，夏建华等学者研究水溶液中离子浓度考查试题的命制过程，利用数学建模促进 对化学知识的深度学习9.有的研究者研究如何运用手持技术数字化实验将实验现象 可视化，促进学生深度学习.有的研究者研究如何利用数字化实验将电子、离子 的定向移动可视化，促进学生深度学习，凶，这些研究都是针对化学学科中的具体 实验进行的，主要是利用手持技术和数字化实验等现代教育技术，以及基于定量分析 的实验设计和数据分析方法，通过这些方法，研究者能够更加直观地呈现化学实验现 象和实验数据，促进学生深度学习.启示：借鉴将微观过程形象化的方法，促进学生 深度学习 “虚拟化学实验室”教学策略。有的研究者以“价层电子对互斥模型(VSEPR)” 为研究主题，结合虚拟化学实验室，将抽象概念形象化，使学习变得更加具体、直观， 促进学生深度学习)，而有的研究者则运用教学软件实现可视化证据，帮助学生更 好地理解气体摩尔体积的概念，提高深度学习效果4，启示：借鉴抽象概念具象化 的方法，促进学生深度学习 模型建构教学策略.有的研究者构建一个化学用语认识模型，帮助学生更好地理 解和应用化学知识，促进学生深度学习，有的研究者引导学生逐步构建和应用混 合物分离和提纯的认知模型，通过这种方式，学生可以深入理解物质的结构和性质， 并通过实践来应用这些知识，从而实现深度学习6，尽管这些研究在化学深度学习 教学策略方面做出重要的贡献.但仍然存在一些不足之处.例如.这些研究者的研究 主题局限于特定的化学概念或技能，缺乏更广泛的教学策略的考虑。另外，这些研究 的样本大小和研究范围也有限，需要更多的实证研究来证明这些教学策略的有效性。 启示：在研究中可以探索更广泛的化学教学策略，以更好地促进学生深度学习.同时， 考虑扩大样本规模和研究范围，以证明提出教学策略的有效性 真实情境教学策略.有的研究者以“铁及其化合物”为主题，对木耳中铁的含量进 行分析，通过学生自主设计实验、提取数据等方式来探究铁及其化合物的性质和特点， 促进学生深度学习7，有的研究者以“溶液的形成”为主题，探究鸡尾酒中色素的提 取和屠呦呦提取菁蒿素，增强学生对实验过程的掌握，培养其动手能力，激发学生的 探究欲望，促进学生深度学习阁，这些研究都采实践性探究的方法，将学生置身于 真实情境中，通过观察、实验、探究等方式来积极构建知识结构和解决问题，从而促 进学生深度学习，但也存在一些不足之处.例如，这些研究虽然探究深度学习教学策 3 中国知网https://www.cnki.ne
3 实践，并以此引导学生对化学概念的思考和探究，通过论证的方式加深学生对概念的 理解，促进学生深度学习[8] 。然而，该研究也存在一些不足之处，例如，它的研究对 象是初中生，且没有实证证据的支持。启示：可以考虑将研究对象转为高中生，借鉴 该教学策略设计教学案例，开展实证研究，完善以上研究的不足。 手持技术教学策略。研究者们的研究内容主要集中在化学学科中的实验教学方面。 例如，夏建华等学者研究水溶液中离子浓度考查试题的命制过程，利用数学建模促进 对化学知识的深度学习[9] 。有的研究者研究如何运用手持技术数字化实验将实验现象 可视化，促进学生深度学习[10] 。有的研究者研究如何利用数字化实验将电子、离子 的定向移动可视化，促进学生深度学习[11, 12] 。这些研究都是针对化学学科中的具体 实验进行的，主要是利用手持技术和数字化实验等现代教育技术，以及基于定量分析 的实验设计和数据分析方法，通过这些方法，研究者能够更加直观地呈现化学实验现 象和实验数据，促进学生深度学习。启示：借鉴将微观过程形象化的方法，促进学生 深度学习。 “虚拟化学实验室”教学策略。有的研究者以“价层电子对互斥模型（VSEPR）” 为研究主题，结合虚拟化学实验室，将抽象概念形象化，使学习变得更加具体、直观， 促进学生深度学习[13] 。而有的研究者则运用教学软件实现可视化证据，帮助学生更 好地理解气体摩尔体积的概念，提高深度学习效果[14] 。启示：借鉴抽象概念具象化 的方法，促进学生深度学习。 模型建构教学策略。有的研究者构建一个化学用语认识模型，帮助学生更好地理 解和应用化学知识，促进学生深度学习[15] 。有的研究者引导学生逐步构建和应用混 合物分离和提纯的认知模型，通过这种方式，学生可以深入理解物质的结构和性质， 并通过实践来应用这些知识，从而实现深度学习[16] 。尽管这些研究在化学深度学习 教学策略方面做出重要的贡献，但仍然存在一些不足之处。例如，这些研究者的研究 主题局限于特定的化学概念或技能，缺乏更广泛的教学策略的考虑。另外，这些研究 的样本大小和研究范围也有限，需要更多的实证研究来证明这些教学策略的有效性。 启示：在研究中可以探索更广泛的化学教学策略，以更好地促进学生深度学习。同时， 考虑扩大样本规模和研究范围，以证明提出教学策略的有效性。 真实情境教学策略。有的研究者以“铁及其化合物”为主题，对木耳中铁的含量进 行分析，通过学生自主设计实验、提取数据等方式来探究铁及其化合物的性质和特点， 促进学生深度学习[17] 。有的研究者以“溶液的形成”为主题，探究鸡尾酒中色素的提 取和屠呦呦提取菁蒿素，增强学生对实验过程的掌握，培养其动手能力，激发学生的 探究欲望，促进学生深度学习[18] 。这些研究都采实践性探究的方法，将学生置身于 真实情境中，通过观察、实验、探究等方式来积极构建知识结构和解决问题，从而促 进学生深度学习。但也存在一些不足之处。例如，这些研究虽然探究深度学习教学策
略，但是并没有对其实施效果进行充分的评估和分析启示：加强对深度学习教学策 略实施效果的评估和分析，借鉴其他领域的研究方法，对深度学习教学策略的实施效 果进行科学、客观的评估. 综合以上分析，可以知道国内对深度学习的研究较为全面，但运用科学论证实现 深度学习的研究较少，并且多为思辨研究。此外，定量和定性相结合检验教学效果的 研究相对较少，从深度学习能力子维度分析实施效果的研究较少 国外对深度学习的研究中，尽管化学并不是其主要研究对象，但也有一些研究者 关注深度学习在化学教学中的应用.从本质、教学策略、现状调查和评价这三个方面 来看，这些研究者提出了一些有益的观点和方法. 本质方面.一些研究者认为深度学习与浅层学习的主要区别在于深度学习不仅是 记忆信息，而且是将经验与已有知识相结合，主动地构建知识结构9,2刘，这一观点 对于指向深度学习的化学教学实践有着重要的启示，即要让学生参与探究、主动探索 知识，激发其学习的内在动力， 教学策略方面.有的研究者通过实践证明了项目式学习和创意博客等具有创造性 和实践性的教学策略能够促进学生深度学习1，有的研究者提出一种基于深度学 习的PBL教学模式，并将其用于实心球投掷教学中，研究发现该教学模式对提高学生 的身体素质具有重要作用！，有的研究者旨在证明协作主动学习活动可以促进学生 的深度学习，研究表明生物化学单元采用的主动学习活动提供协作的学习环境，学生 在环境中对内容有深刻的理解，并获得口头和书面交流知识的技能24，有的研究者 提出SPOC与深度学习的混合教学模式，并于英语专业的两个平行班进行教学实验， 实验结果表明，SPOC与深度学习的混合教学模式能够充分激发学生的英语口语学习 兴趣，提高学生的英语口语能力、学生的批判性思维、解决问题的能力、小组合作能 力和有效的沟通能力2，启示：在化学教学实践中应该注重设计具有挑战性和实践性 的任务和项日，激发学生的学习兴趣和主动性，促进学生深度学习. 现状调查方面。有的研究者有的研究者开发和验证深度学习的四维模型假设（深 度学习的动机、深度学习的投入、深度学习的策略和深度学习的定向能力)了解深度 现状，以更好地促进学生的深度学习.有的研究者基于人的全面发展理论和深度 学习设计模型来评价学生的深度学习状况，以立足现状进行改进，提高学生的深度学 习水平，启示：了解学生的深度学习现状，以更好地促进学生的深度学习， 教学评价方面.有的研究者构建一个基于深度学习的英语教育质量评价模型，并 对模型中分别使用的深度学习算法和代数算法的训练结果进行了理论分析和比较，研 究发现提出的基于深度学习的英语教有评价取得较好的评价结果2网！，有的研究者通 过问卷调查等方法研究深度学习的特点和内在机制，0，有的研究者构建深度学习 网络模型和自编码器模型，然后评估重庆50所高校教育课程，研究表明所提出的模 4 中国知网https://www.cnki.ne
4 略，但是并没有对其实施效果进行充分的评估和分析。启示：加强对深度学习教学策 略实施效果的评估和分析，借鉴其他领域的研究方法，对深度学习教学策略的实施效 果进行科学、客观的评估。 综合以上分析，可以知道国内对深度学习的研究较为全面，但运用科学论证实现 深度学习的研究较少，并且多为思辨研究。此外，定量和定性相结合检验教学效果的 研究相对较少，从深度学习能力子维度分析实施效果的研究较少。 国外对深度学习的研究中，尽管化学并不是其主要研究对象，但也有一些研究者 关注深度学习在化学教学中的应用。从本质、教学策略、现状调查和评价这三个方面 来看，这些研究者提出了一些有益的观点和方法。 本质方面。一些研究者认为深度学习与浅层学习的主要区别在于深度学习不仅是 记忆信息，而且是将经验与已有知识相结合，主动地构建知识结构[19 ,20] 。这一观点 对于指向深度学习的化学教学实践有着重要的启示，即要让学生参与探究、主动探索 知识，激发其学习的内在动力。 教学策略方面。有的研究者通过实践证明了项目式学习和创意博客等具有创造性 和实践性的教学策略能够促进学生深度学习[21 ,22] 。有的研究者提出一种基于深度学 习的PBL教学模式，并将其用于实心球投掷教学中，研究发现该教学模式对提高学生 的身体素质具有重要作用[23] 。有的研究者旨在证明协作主动学习活动可以促进学生 的深度学习，研究表明生物化学单元采用的主动学习活动提供协作的学习环境，学生 在环境中对内容有深刻的理解，并获得口头和书面交流知识的技能[24] 。有的研究者 提出SPOC与深度学习的混合教学模式，并于英语专业的两个平行班进行教学实验， 实验结果表明，SPOC与深度学习的混合教学模式能够充分激发学生的英语口语学习 兴趣，提高学生的英语口语能力、学生的批判性思维、解决问题的能力、小组合作能 力和有效的沟通能力[25] 。启示:在化学教学实践中应该注重设计具有挑战性和实践性 的任务和项目，激发学生的学习兴趣和主动性，促进学生深度学习。 现状调查方面。有的研究者有的研究者开发和验证深度学习的四维模型假设（深 度学习的动机、深度学习的投入、深度学习的策略和深度学习的定向能力）了解深度 现状，以更好地促进学生的深度学习[26] 。有的研究者基于人的全面发展理论和深度 学习设计模型来评价学生的深度学习状况，以立足现状进行改进，提高学生的深度学 习水平[27] 。启示：了解学生的深度学习现状，以更好地促进学生的深度学习。 教学评价方面。有的研究者构建一个基于深度学习的英语教育质量评价模型，并 对模型中分别使用的深度学习算法和代数算法的训练结果进行了理论分析和比较，研 究发现提出的基于深度学习的英语教育评价取得较好的评价结果[28] 。有的研究者通 过问卷调查等方法研究深度学习的特点和内在机制[29 ,30] 。有的研究者构建深度学习 网络模型和自编码器模型，然后评估重庆 50 所高校教育课程，研究表明所提出的模