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摘 要：在教学中以牛奶和虾皮中钙含量的比较这一真实生活背景为切入点，引导学生逐步发现问题和解决问题，通过知识迁移，举一反三，让学生根据已知的知识和信息，自行设计测定牛奶和虾皮钙含量的实验方案，并完成实验，在实验中学会全面地思考问题，最终提升学习能力。
关键词：科学思维；探究式教学；深度学习；知识迁移
传统的教学模式是教师备课、讲课，学生听课、做作业，教师改作业，学生订正作业，而评价标准是教师讲清楚了，学生会做题了。在这个教学过程中，学生学习的知识和习题大多脱离实际。学生的学习是被动的，思维也是被动的。
如何让学生的学习变为主动？我们不应该让学生仅仅停留在学习过的层面，而是要求他们在学习过程中充分参与，发挥自己的能动性。而这个参与过程就是学生被动思维变为主动思维的过程，这充分体现了学生思维对教学的推动作用，或者说，传统教学是教师牵动学生思维，对于深度学习而言，学生则是推动者。用个更形象的比喻，传统教学是教师划桨，学生看风景，现在的深度学习是学生划桨找风景，教师掌舵。
教学中要做到深度学习，就一定要给学生充分思维的空间和时间。思维是以一定的直观感性材料为基础的经过人脑概括、抽象、提升出的反映事物内在本质的、理性的、间接的信息加工过程，因此思维是一个由具体到抽象，由现象到本质，由外在到内隐的过程。思维的品质具有深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性等特点，而培养学生的思维品质是发展学生智力和培养能力的突破口[1]4-5。根据科学教育的本质及学生思维发展规律，谷莹莹认为在科学探究中比较重要的科学思维有求异思维、归纳思维、演绎思维、类比思维、辩证思维、系统思维、理论校验思维和直觉思维[2]。对学生进行思维方法的训练将有助于学生迅速地分析、解决问题。
一、初步认知使用滴定法的一般条件
传统教学过程中我们对于滴定实验使用范围通常不予讲解，这就很容易形成一个误区：只要是使用滴定法，实验就会准确。当引出测定牛奶和虾皮中钙含量这个课题时，由于学生已经学习过一些滴定的常识，把滴定作为定量实验的标准方法，所有同学都建议使用滴定方法。
常规教学中使用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液反应，由于浓度和体积都是教师提前按照最佳浓度设计好的，学生的操作就是简单地照猫画虎，模仿一次就算完成了教学任务。然而在实际测定中，滴定需要控制的条件很多，滴定终点体积的控制就是最重要的一环。按照规范，滴定终点必须大于20mL，在中学教学中虽然不要求这么准确，但也不能出现较大的偏差。
而本课题中，牛奶和虾皮的含量不一定正好符合滴定的要求，如果教师将标准操作直接告知学生，学生依然是重复已知的操作，就不会意识到滴定时要控制反应物浓度和体积。因此第一次让学生操作，学生就会按照学习过的酸碱滴定的方法直接取20mL牛奶开始滴定操作。当满满一滴定管的溶液滴入牛奶后，没有任何现象，再次滴入一滴定管溶液依然没有滴定突跃现象。学生一脸茫然陷入了困惑：是操作的问题还是实验方法有问题？
其实食品包装上已经注明钙的含量，滴定的EDTA试剂浓度已知，根据C1V1=C2V2原理，其实可以轻松算出大致的滴定终点。为了不让滴定过程消耗过多EDTA，而且节约时间并减小误差，最简单的方法就是取样时减少样品体积。而就是这么简单的准备工作，大多数学生想不到，其根本原因就是我们的教学脱离生活过远。学生会用公式解决考试中的问题，但是不能用公式解决生活中的问题。
二、引导学生认知误差分析的意义
定量实验重在实验测量数值的准确性，但无论如何来自实验方案本身、药品纯度、仪器精度、操作方法、数据处理的误差在所难免，对实验误差分析的训练也是提高学生思维能力的深刻性的重要时机[1]34。
学生在以往的实验中，即使知道实验中存在误差，但是依然有很多学生编造数据应付教师。教师在评判学生滴定的实验报告时，对于误差较大的数据一般也不会对学生过于苛求，这也就让学生更加认为定量实验不重要。
而现在变为解决实际生活中的问题，实验操作没有变，但是学生的重视程度发生了变化，同样的牛奶样品，同样的EDTA试剂，最后的测定结果却是千差万别，如果是给厂家提供检测报告，哪个数据可以采信？首先要保证自己测定的有效性，由此引导学生思考误差的来源。此时很多学生能够认识到，有些误差是由于条件限制造成的系统误差，是在所难免的，而有些误差则是人为造成的随机误差，是可以通过多次实验取平均值来降低的（如表1），也就是定量實验中最基本也是最重要的环节——平行实验。
这样，学生重新审视实验目的、原理、药品及仪器选择、实验基本操作、实验数据记录整理等，对自己的思维过程进行反思、监控和调整，提高了学生元认知能力，锻炼了思维的连续性，同时对学生进行其他实验具有积极的指导意义，以至于对学生整体思维能力的提高起到了重要作用[1]35。
三、培养学生控制条件的意识
测定牛奶中的钙含量使用的是络合滴定法，而EDTA 与金属离子的络合反应存在酸效应、选择性，且络合滴定中所使用的金属指示剂也是一种有机络合剂，也存在酸效应问题。所以，选择和控制滴定条件在络合滴定分析实验中十分重要[3]。我们知道，EDTA与不同的金属离子所形成的络合物稳定性不同，而络合物稳定性的大小又与溶液酸碱度有关。所以控制溶液酸碱度在适当范围内可使被滴定离子与EDTA稳定络合，定量地反应，还可消除某些干扰离子的影响。另外，很多指示剂在不同的酸碱度条件下呈现不同颜色，所以只有在合适的条件下才能发挥指示剂的作用。
课上选择的指示剂是最常用的铬黑T，其与Ca2 、Mg2 形成紫红色配合物，而没有和Ca2 、Mg2 反应的铬黑T为纯蓝色，该反应需要在pH=10时进行，因为显酸性时铬黑T不变色。
课上一部分学生选定牛奶做样品，还有一部分学生选定虾皮做样品，这些学生都遇到了困难，发现滴入很多EDTA之后，溶液依然不变色，尤其是测定虾皮钙含量实验时，即使减少样品量，有时问题依然存在。此时教师拿出一只学生实验失败的锥形瓶，往里面加入一些氨缓冲溶液，终点颜色出现了。原因在于，虾皮中的钙不能溶于水，样品需要使用盐酸充分浸泡才能将其中的钙元素溶解出来，按照参考资料提供的加入氨缓冲溶液体积，溶液依旧是酸性环境，而在酸性环境中，铬黑T永远不会变色。这个现象让学生明白了这个实验对于控制pH值的重要性。这也反映出我们教学还需强化中学生知识迁移能力的培养和训练。 四、培养学生求异思维
中学化学实验课题绝大部分都是教学大纲和教材中事先规定的。学生对化学实验的理解和分析都离不开理论思维。在教学中，从提出实验课题时起，就有必要采取有效的方法使学生一开始就进入积极思维状态。
例如本实验在锻炼了学生类比思维的同时，也强化了求异思维。培养学生的求异思维是建立在求同思维的基础上，充分认识实验的实质、规律之后，采用尽可能多的方法达到同一目的，殊途同归。对于如何能够测定钙的含量，我们不固定方法，旨在引发学生的头脑风暴，尽可能多地想出测定钙含量的方法。在大多数学生都选择教师给出的常规方法时，有的同学敢于选择文献提供的其他方法。比如除了EDTA滴定法，还可以使用KMnO4进行反滴定；对于固体样品的钙含量测定，学生想到了灰化，很快学生就发现以氧化物形式存在的钙元素是不能直接滴定的，此时需要学生开动脑筋思考怎样先使钙离子出来……一切能够沉淀钙离子的方法我们都可以讨论实验的可行性，这亦是批判思维的具体体现，也是发散思维的本质所在。在教学过程中，学生敢于采用不同的实验方法，教师就给予鼓励，让学生去尝试，鼓励求异思维就是发展创造性思维。
在这样一个小实验中，我们着重培养学生辩证逻辑思维的能力。中学阶段，学生的抽象逻辑思维占主导地位，并慢慢地向辩证逻辑思维转化。他们一方面积极寻求对各种经验材料、具体事实做出规律性的说明，另一方面要用理论知识进一步扩大他们的知识领域。学生这一时期的思维发展特点说明学生自身内在的生理及心理条件已经具备了对他们进行更深层次思维训练的可能。学生思维的发展也需要教师在教学内容的选择、组织和讲解上满足他们思维更高层次的能力要求。激励学生大胆地刨根问底，探索化学世界的奥妙，从而提高其分析问题和解决问题的能力[1]8。
本实验选取的是贴近生活的实验材料——牛奶和虾皮，这样将教学的事实性知识置于真实的问题情境中，教学内容就显得生动且有意义，所以能够充分地调动学生的兴趣，让其表现出参与化学科技活动的热情，增强学生将化学知识应用于生产、生活实践的意识，为今后能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断提供了实践基础[4]。因此，深度學习能够提升学习者的问题解决、高阶思维、自主学习和知识创新等高阶能力[5]。
（最后，感谢中国人民大学附属中学的老师和同学在本课实施过程中给予的帮助！）
参考文献：
[1]韩景丽.中学化学实验教学中进行思维训练的策略研究[D].武汉：华中师范大学，2006.05.
[2]谷莹莹.常态化科学探究中的科学思维及其核心价值[J].中学化学教学参考，2014（07）：3 5-7.
[3]张艳华.络合滴定实验中滴定条件的控制[J].辽宁师专学报，2001，03（2）：98-100.
[4]葛存凤.促进高中化学深度学习的策略研究[J].中学化学教学参考，2017，08：4-6.
[5]张浩，吴秀娟 ，王静.深度学习的目标与评价体系构建[J].中国电化教育，2014（07）：58-62.
关键词：科学思维；探究式教学；深度学习；知识迁移
传统的教学模式是教师备课、讲课，学生听课、做作业，教师改作业，学生订正作业，而评价标准是教师讲清楚了，学生会做题了。在这个教学过程中，学生学习的知识和习题大多脱离实际。学生的学习是被动的，思维也是被动的。
如何让学生的学习变为主动？我们不应该让学生仅仅停留在学习过的层面，而是要求他们在学习过程中充分参与，发挥自己的能动性。而这个参与过程就是学生被动思维变为主动思维的过程，这充分体现了学生思维对教学的推动作用，或者说，传统教学是教师牵动学生思维，对于深度学习而言，学生则是推动者。用个更形象的比喻，传统教学是教师划桨，学生看风景，现在的深度学习是学生划桨找风景，教师掌舵。
教学中要做到深度学习，就一定要给学生充分思维的空间和时间。思维是以一定的直观感性材料为基础的经过人脑概括、抽象、提升出的反映事物内在本质的、理性的、间接的信息加工过程，因此思维是一个由具体到抽象，由现象到本质，由外在到内隐的过程。思维的品质具有深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性等特点，而培养学生的思维品质是发展学生智力和培养能力的突破口[1]4-5。根据科学教育的本质及学生思维发展规律，谷莹莹认为在科学探究中比较重要的科学思维有求异思维、归纳思维、演绎思维、类比思维、辩证思维、系统思维、理论校验思维和直觉思维[2]。对学生进行思维方法的训练将有助于学生迅速地分析、解决问题。
一、初步认知使用滴定法的一般条件
传统教学过程中我们对于滴定实验使用范围通常不予讲解，这就很容易形成一个误区：只要是使用滴定法，实验就会准确。当引出测定牛奶和虾皮中钙含量这个课题时，由于学生已经学习过一些滴定的常识，把滴定作为定量实验的标准方法，所有同学都建议使用滴定方法。
常规教学中使用0.1mol/L的盐酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液反应，由于浓度和体积都是教师提前按照最佳浓度设计好的，学生的操作就是简单地照猫画虎，模仿一次就算完成了教学任务。然而在实际测定中，滴定需要控制的条件很多，滴定终点体积的控制就是最重要的一环。按照规范，滴定终点必须大于20mL，在中学教学中虽然不要求这么准确，但也不能出现较大的偏差。
而本课题中，牛奶和虾皮的含量不一定正好符合滴定的要求，如果教师将标准操作直接告知学生，学生依然是重复已知的操作，就不会意识到滴定时要控制反应物浓度和体积。因此第一次让学生操作，学生就会按照学习过的酸碱滴定的方法直接取20mL牛奶开始滴定操作。当满满一滴定管的溶液滴入牛奶后，没有任何现象，再次滴入一滴定管溶液依然没有滴定突跃现象。学生一脸茫然陷入了困惑：是操作的问题还是实验方法有问题？
其实食品包装上已经注明钙的含量，滴定的EDTA试剂浓度已知，根据C1V1=C2V2原理，其实可以轻松算出大致的滴定终点。为了不让滴定过程消耗过多EDTA，而且节约时间并减小误差，最简单的方法就是取样时减少样品体积。而就是这么简单的准备工作，大多数学生想不到，其根本原因就是我们的教学脱离生活过远。学生会用公式解决考试中的问题，但是不能用公式解决生活中的问题。
二、引导学生认知误差分析的意义
定量实验重在实验测量数值的准确性，但无论如何来自实验方案本身、药品纯度、仪器精度、操作方法、数据处理的误差在所难免，对实验误差分析的训练也是提高学生思维能力的深刻性的重要时机[1]34。
学生在以往的实验中，即使知道实验中存在误差，但是依然有很多学生编造数据应付教师。教师在评判学生滴定的实验报告时，对于误差较大的数据一般也不会对学生过于苛求，这也就让学生更加认为定量实验不重要。
而现在变为解决实际生活中的问题，实验操作没有变，但是学生的重视程度发生了变化，同样的牛奶样品，同样的EDTA试剂，最后的测定结果却是千差万别，如果是给厂家提供检测报告，哪个数据可以采信？首先要保证自己测定的有效性，由此引导学生思考误差的来源。此时很多学生能够认识到，有些误差是由于条件限制造成的系统误差，是在所难免的，而有些误差则是人为造成的随机误差，是可以通过多次实验取平均值来降低的（如表1），也就是定量實验中最基本也是最重要的环节——平行实验。
这样，学生重新审视实验目的、原理、药品及仪器选择、实验基本操作、实验数据记录整理等，对自己的思维过程进行反思、监控和调整，提高了学生元认知能力，锻炼了思维的连续性，同时对学生进行其他实验具有积极的指导意义，以至于对学生整体思维能力的提高起到了重要作用[1]35。
三、培养学生控制条件的意识
测定牛奶中的钙含量使用的是络合滴定法，而EDTA 与金属离子的络合反应存在酸效应、选择性，且络合滴定中所使用的金属指示剂也是一种有机络合剂，也存在酸效应问题。所以，选择和控制滴定条件在络合滴定分析实验中十分重要[3]。我们知道，EDTA与不同的金属离子所形成的络合物稳定性不同，而络合物稳定性的大小又与溶液酸碱度有关。所以控制溶液酸碱度在适当范围内可使被滴定离子与EDTA稳定络合，定量地反应，还可消除某些干扰离子的影响。另外，很多指示剂在不同的酸碱度条件下呈现不同颜色，所以只有在合适的条件下才能发挥指示剂的作用。
课上选择的指示剂是最常用的铬黑T，其与Ca2 、Mg2 形成紫红色配合物，而没有和Ca2 、Mg2 反应的铬黑T为纯蓝色，该反应需要在pH=10时进行，因为显酸性时铬黑T不变色。
课上一部分学生选定牛奶做样品，还有一部分学生选定虾皮做样品，这些学生都遇到了困难，发现滴入很多EDTA之后，溶液依然不变色，尤其是测定虾皮钙含量实验时，即使减少样品量，有时问题依然存在。此时教师拿出一只学生实验失败的锥形瓶，往里面加入一些氨缓冲溶液，终点颜色出现了。原因在于，虾皮中的钙不能溶于水，样品需要使用盐酸充分浸泡才能将其中的钙元素溶解出来，按照参考资料提供的加入氨缓冲溶液体积，溶液依旧是酸性环境，而在酸性环境中，铬黑T永远不会变色。这个现象让学生明白了这个实验对于控制pH值的重要性。这也反映出我们教学还需强化中学生知识迁移能力的培养和训练。 四、培养学生求异思维
中学化学实验课题绝大部分都是教学大纲和教材中事先规定的。学生对化学实验的理解和分析都离不开理论思维。在教学中，从提出实验课题时起，就有必要采取有效的方法使学生一开始就进入积极思维状态。
例如本实验在锻炼了学生类比思维的同时，也强化了求异思维。培养学生的求异思维是建立在求同思维的基础上，充分认识实验的实质、规律之后，采用尽可能多的方法达到同一目的，殊途同归。对于如何能够测定钙的含量，我们不固定方法，旨在引发学生的头脑风暴，尽可能多地想出测定钙含量的方法。在大多数学生都选择教师给出的常规方法时，有的同学敢于选择文献提供的其他方法。比如除了EDTA滴定法，还可以使用KMnO4进行反滴定；对于固体样品的钙含量测定，学生想到了灰化，很快学生就发现以氧化物形式存在的钙元素是不能直接滴定的，此时需要学生开动脑筋思考怎样先使钙离子出来……一切能够沉淀钙离子的方法我们都可以讨论实验的可行性，这亦是批判思维的具体体现，也是发散思维的本质所在。在教学过程中，学生敢于采用不同的实验方法，教师就给予鼓励，让学生去尝试，鼓励求异思维就是发展创造性思维。
在这样一个小实验中，我们着重培养学生辩证逻辑思维的能力。中学阶段，学生的抽象逻辑思维占主导地位，并慢慢地向辩证逻辑思维转化。他们一方面积极寻求对各种经验材料、具体事实做出规律性的说明，另一方面要用理论知识进一步扩大他们的知识领域。学生这一时期的思维发展特点说明学生自身内在的生理及心理条件已经具备了对他们进行更深层次思维训练的可能。学生思维的发展也需要教师在教学内容的选择、组织和讲解上满足他们思维更高层次的能力要求。激励学生大胆地刨根问底，探索化学世界的奥妙，从而提高其分析问题和解决问题的能力[1]8。
本实验选取的是贴近生活的实验材料——牛奶和虾皮，这样将教学的事实性知识置于真实的问题情境中，教学内容就显得生动且有意义，所以能够充分地调动学生的兴趣，让其表现出参与化学科技活动的热情，增强学生将化学知识应用于生产、生活实践的意识，为今后能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断提供了实践基础[4]。因此，深度學习能够提升学习者的问题解决、高阶思维、自主学习和知识创新等高阶能力[5]。
（最后，感谢中国人民大学附属中学的老师和同学在本课实施过程中给予的帮助！）
参考文献：
[1]韩景丽.中学化学实验教学中进行思维训练的策略研究[D].武汉：华中师范大学，2006.05.
[2]谷莹莹.常态化科学探究中的科学思维及其核心价值[J].中学化学教学参考，2014（07）：3 5-7.
[3]张艳华.络合滴定实验中滴定条件的控制[J].辽宁师专学报，2001，03（2）：98-100.
[4]葛存凤.促进高中化学深度学习的策略研究[J].中学化学教学参考，2017，08：4-6.
[5]张浩，吴秀娟 ，王静.深度学习的目标与评价体系构建[J].中国电化教育，2014（07）：58-62.