對高中化學課堂教學發展學生解決問題能力的審視與思考

陳向明

摘要： 關注解決問題能力的形成與發展是素養為本的課堂教學顯著特征之一。分析當今課堂教學培養學生解決問題能力的現狀，論證解決問題能力產生與發展的教學邏輯，闡述高中化學課堂教學發展解決問題能力的幾點思考，提出如何優化情境創設、強化主動參與、構建認知模型等教學建議。

關鍵詞： 高中化學; 課堂教學; 解決問題能力

文章編號： 1005-6629（2022）05-0045-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

解決問題能力是指能熟練地運用所掌握的學科知識、觀念、規則及一定的程序方法等對真實復雜問題進行合理分析、提出解決方案并能實施方案的能力。高中化學課堂教學所關注的解決問題能力側重于學生個體的創造思維能力、終身學習能力及未來有效參與社會活動能力等。顯然，課堂教學培養學生解決問題能力是發展核心素養的必然選擇。

1 審視培養解決問題能力的教學現狀

不可否認，多數高中化學課堂教學遵循了“問題表征→制定解決計劃→執行計劃→反饋監控”的教學程序，但這只是關注學生解決問題能力培養的外在表現，要真正落實解決問題能力的培養，還須在各個教學環節上有所作為?！爸R→解決問題能力”有其內在的教學邏輯，只有把“問題發現與提出、知識遷移與應用、活動交流與評價”等教學環節做得更具體、更科學，才能有效促進解決問題能力的提升。然而，這恰恰是當下高中化學課堂教學的軟肋。

1.1 教學情境創設忽視核心問題設計

培養解決問題能力應合理創設問題情境，以便幫助學生建立問題解決的心理機制，而當前課堂教學情境素材多見于事物的表象，偏向于情感、動機和個性等非認知要素，缺乏學習任務內涵，不利于學生提出探究性學習問題，更不利于學生表達解決問題的訴求，也就無法形成解決問題的思維過程。

案例1 “原電池”課堂教學，常見教師展示生日賀卡，發出悠揚動聽的音樂聲，拆掉賀卡上的電池，音樂聲戛然而止，再將賀卡與水果電池相連，音樂聲再次響起，使學生產生強烈好奇感，然后探究原電池的工作原理、構成條件、應用。課堂情境創設選取了真實的生活素材，作為引課情境非常成功，但若以此情境來引導學生探究原電池的工作原理，則很難在實際生活問題與化學問題之間做好平衡，缺失生活情景問題化，沒有給學生留下提出問題、解決問題的空間。

問題由學生提出才能增強解決問題的內驅力，缺少對問題的提出、分析、解決、反思的學習歷程，學習往往處于淺表，創設這樣的教學情境并不能成為運用化學知識解決問題的有效載體。

1.2 課堂學習過程缺乏深度思維參與

能力總是與活動共生，沒有活動就沒有能力的產生[1]。課堂可以活動為引領，在任務的驅動下，引導學生進行解釋與論證、預測與選擇、分析與推理、辨析與評價，層層深入地探究、發現。確定緊扣教材核心知識、符合學生認知規律的任務，精心設計有邏輯層次的探究問題，提出有思維層次的問題鏈，能點燃學生探究的激情，在探究活動中鍛煉思維，培養解決問題的能力。而當下的化學課堂，大多基于“高效”的目的，任務呈現非常直接，問題設計過于簡單，過程往往疏于評價，缺乏深度的思維參與。

案例2 學習“氯氣的工業生產”時，許多教師會針對教材中原理裝置圖提出問題： 氯氣在哪一極產生？陰極產物是什么？電極材料是什么？為什么？……原理的分析精準到位。但按教材編寫意圖，真正要解決的問題并非只是電解飽和食鹽水原理，更重要的是如何安全、低成本、高產率地量產氯氣。前面的設計以認知的實現為中心，重視知識結論、研究結果的理解，忽視知識的形成過程，壓縮了學生學習的思維和探索活動，弱化了學習、研究方法的啟迪和教育。留有如下遺憾： 解決問題能力生長發育的“胎盤”在哪？“棲息之地”在哪？“用武之地”在哪？顯然，這只是一種淺表性的學習活動，對解決問題能力的培養與意識的形成幾乎沒有幫助。

解決問題的過程應把學科基礎知識、活動經驗、認知方式與核心觀念、研究方法與探索精神等融為一體，這就需要深度學習。只有這樣，才能幫助學生形成正確的解決問題的世界觀、價值觀與科學意識。

1.3 課堂教學缺少認知模型提煉建構

培養解決問題能力必須以解決某一特定問題為載體，教學過程中不能只盯著當前問題的解決，要打通解決同類問題的思維脈絡，強化解決問題方法的遷移或拓展。由于受到“考試指揮棒”的影響，教師多將學生學習視野鎖定在課本或與考試密切相關的問題解決上，少有對學生解決問題所需的知識結構進行優化和認知模型的提煉、建構與訓練，嚴重制約學生解決問題能力的發展。

案例3 在“新冠”疫情背景下，引導學生解決問題： 如何尋找消毒劑？教師本意是通過問題解決過程，讓學生認識常見的消毒劑，體驗化學學科價值。在課堂實踐中，讓學生找出75%乙醇、H2O2、84消毒液、ClO2、漂白粉、高錳酸鉀等物質，并按化學性質進行了歸納總結。這樣，看似解決了某些問題，提升了學生解決問題的能力。其實不然，這恰恰禁錮了學生的思維。培養學生解決問題的能力不僅僅是復制前人的經驗，而應是能動地進行探究與創造，只有幫助學生形成開發消毒劑的正確思路，才算是形成解決問題的能力。

顯然，這里需要從“消毒”的本質出發，以“蛋白質變性”為中心議題，啟迪學生從“應用范圍、物質性質、殘留處理、消毒效率”等維度構建認知模型，讓學生經歷證據推理去構建認知模型的過程，獲得解決某一新問題的思想武器。

2 解決問題能力成長的教學邏輯

解決問題能力是個體在一系列學習活動中圍繞問題解決所表現出來的特殊能力，是問題發現、問題表征、策略選擇、執行監控、評價反思與遷移運用等能力的綜合體現[2]。培養這種能力應讓學生圍繞不確定結果的復雜問題展開認知活動，去提取知識、遷移知識、整合知識、提煉知識，以獲得解決問題的經驗、構建解決問題的模型、遷移解決問題的方法。為此，課堂教學關注學生解決問題能力的成長必須經歷如圖1所示的教學程序。

由圖1不難看出，培養學生解決問題的能力，不僅要遵循課堂活動程序，還要精心策劃課堂教學活動方式，合理的活動程序只有匹配合適的教學操作，才能有效落實解決問題能力的培養。

2.1 情境整合是形成問題發現與問題表征能力的前提

解決問題能力的產生，離不開事物、知識、方法三個要素。其中，事物通常借助教學情境素材呈現出來，是發展解決問題能力的“種子”;知識是解決問題能力產生的基礎，只有儲備一定的學科知識才有正確分析和識別問題的可能性;方法是解決問題的基礎性思維工具，只有具備分析、綜合、比較、抽象、概括、調控等方法，才能為解決問題提供順手的工具。而將三要素融合起來并成為發展解決問題能力的前提是教學情境。

究竟什么樣的教學情境能承載解決問題能力的培育呢？必須符合三個條件： 一是情境能夠整合知識與事物。能讓學生從復雜陌生情境中提取解決問題所需信息，找到解決問題模型，并能把所學知識順利遷移到解決問題的過程中;二是情境能夠整合知識與行動。情境問題要能通過所學化學知識去解決，學生通過知識運用過程，可以檢驗知識是否內化，是否形成學科理解;三是情境能夠整合知識與方法。所創設的問題情境既不能是一個空洞的抽象事物，也不能是無代表性獨立存在的事物，要能天然地蘊含解決問題的思維方式、價值觀念及正確的思路和方向，要讓學生在處理情境問題過程中表現出綜合力量。

案例4 對于“原電池”的教學設計，可用對比實驗創設情境： 在盛有同濃度、同體積稀硫酸的兩個保溫容器中，分別平行插入同質量、同形狀的鋅片和銅片，一個用外電路連接鋅片與銅片，一個不連接。用傳感器多次測量溫度，讓學生發現前者溫度總是低于后者。自然引起學生認知沖突： 為什么前者會造成能量“損失”？“損失”的能量又到哪去了？讓學生從能量轉化角度提出問題、解決問題，并學會用能量轉化的學科觀念認識問題。同時自然引發學生深度思考： 電能的產生說明有電子定向移動，這種裝置中H+為什么“喜歡”到銅片表面去接受電子？為什么鋅片表面還是有少量氣泡？“鋅片上還有氣泡”說明能量都轉化成電能嗎？還有哪些轉化形式？怎樣提高電能的轉化率？為什么電流表示數瞬間就減??？怎樣才能產生持久、穩定的電流？經過學生不斷的討論，層層分析推測，真實問題不斷解決，最后自然推出減少同種離子的相互排斥作用，可用“橋”來解決，即引出“鹽橋”。

這樣的教學，不僅揭示了原電池原理，更重要的是讓學生提出了要解決的真實問題，既可激勵學生尋找解決問題的模型和路徑，又可訓練學生的高階思維，提升思維品質。

2.2 深度學習是提升策略制定與執行監控能力的途徑

許多學者研究證明，課堂教學中深度學習策略使用越頻繁，學生問題解決能力越強;主動學習水平越高，學生問題解決能力越強[3]。因此，無論我們采取何種路徑和方法培育學生的問題解決能力，都必須高度依賴于深度學習。深度學習是追求知識理解、強調內在學習動機、用評價促成高級思維、探尋知識邏輯化的學習，是促進學生在解決問題過程中策略制定能力和執行監控能力的核心因素。

案例5 對于“氯氣的工業生產”的學習，應將知識放在科學發展的背景中去看待、去認識，站在人類的實踐、社會、歷史、文化的存在方式中來考慮問題解決。教學從化學家舍勒發現氯氣開始，抓住“鹽酸→氯氣”實際上是氯元素由-1價到0價的本質，結合怎樣降低成本、怎樣提高產率、怎樣做到量產等現實問題，演繹推理到狄肯和洪特發明的“地康法”制氯氣，然后到法拉第電解熔融氯化鈉生產氯氣，再到瓦特電解飽和食鹽水生產氯氣等原理。

這是深度學習的一種表現形式，不僅給予學生更多的思考機會，豐富他們的思維活動，為他們帶來解決問題的全程性思維過程，而且促進他們內化遷移所學的知識，提升他們高階思維解決問題的能力。

2.3 模型認知是提升反思評價與遷移運用能力的保障

能力是一種相對穩定的個性心理特征，只會解決當下問題并不能算真正的解決問題能力，只有把課堂學習的經驗與方法延伸到能解決類似問題或其他事物，才是我們所追求的解決問題的能力。通過“認知模型”與“模型認知”活動可將解決問題的經驗與方法拓展和延伸到相近的、互相關聯的新情境中去，是形成具有可持續性的解決問題能力的保障。以“元素及其化合物”為例，構建“價-類”圖認知模型幾乎是千篇一律的，且構建這類認知模型對學生構建學科知識體系是有利的。但發展學生解決問題的能力，僅構建“價-類”圖認知模型是遠遠不夠的。如何實現解決問題能力的進階與發展呢？這就需要構建能夠增強學生解決問題心智的認知模型。

案例6 亞硒酸鈉是一種特殊醫藥，不僅可以預防克山病、大骨節病、冠心病等病癥，而且還是一種抗癌新藥。那么，亞硒酸鈉的醫用功效與哪些化學性質有關呢？如何合理使用亞硒酸鈉呢？這類問題是高中學生樂于解決的問題，且在這類問題解決過程中需要學生從化學角度去思考功效與性質的關系，有利于發展學生用化學研究方法解決問題的能力。如圖2所示，面對陌生物質性質，可引導學生從分類、結構、實驗三個維度去分析[4]。

構建這種認知模型的真正意義在于實現“教是為了不教”。即運用模型引導學生獲得可持續的解決問題的能力，為終身發展奠定基礎。

3 發展解決問題能力的實踐思考

課堂是培養解決問題能力的主陣地。在課堂教學過程中，要不失時機地引領學生運用化學學科知識、化學思維方法去解決生產、生活、科技中的真實問題，以便學生體驗解決真實問題的歷程，從而獲得解決實際問題的能力。

3.1 優化情境創設，增強問題解決意識

優化情境創設就是要克服情境創設“漂浮”的教學現象，把“解決問題”的技能與知識都沉浸到教學情境中，將教學目標融入解決問題的環節中，把學生的思維活動置身于解決問題的過程中。讓學生不斷地質疑和試錯、批判和反思，建立知識與情境、經驗與理論之間的聯系，學會像科學家一樣去思考問題，最終實現提升解決問題能力的教學功能。課堂情境創設的操作程序如圖3所示。

由圖3可見，發展學生解決問題能力的課堂教學情境，必須具備易提取的中心問題、便于教師引導、有意義評價和遞進體驗活動四個屬性[5]。要想在學習化學的過程中提升問題解決能力，就要讓學生能夠提出“可解決的問題”。要保證學生能夠發現有價值的問題，就必須有的放矢地培養學生的問題意識及提出和發現問題的能力，這是解決問題能力形成的起點。

案例7 在學習“Fe3+與Fe2+轉化”課堂教學中，可選取某軋鋼廠生產流水線上“酸洗液”為教學情境，自然地激勵學生提出要解決的問題： 廢液可否廢棄？師生共同參與“分析與檢驗廢液的組成、設計廢液合理利用方案、探索廢液成分提純及印刷電路制作”等活動，讓學生經歷實驗設計與實施、課堂交流與評價、認知模型構建與使用等過程，最終實現復雜問題的解決。

3.2 強化主動參與，提高活動思維含量

解決問題一定是學生自身對學科知識的創新過程。教師不僅要將課堂活動的主動權歸還給學生，更要鼓勵學生主動參與、積極思考、勇于探索，用“激情+思想”去解決問題。為此設計課堂活動要考慮統攝學科知識、學科思維方法及適時活動評價三個維度（如圖4所示）。教學過程中，可以采用討論交流和相互評價等形式，讓學生把“活動目的-操作體驗-解決思路-推理過程”敘述并操作展現出來，以發展學生的思維能力和表達能力。

案例8 在“Fe3+專題復習”教學中，學生圍繞“如何除去廢水中少量Fe3+問題解決”展開了實驗探究，討論實驗方案，課堂活動如下。

學生1： 加入NaOH溶液產生沉淀而除去，因為NaOH溶液試劑易得，操作也簡單。

學生2評價： NaOH溶液無法除盡廢水中少量Fe3+，因為Fe（OH）3雖然難溶，但仍有一定溶解度，可以改用KSCN溶液。

學生3： 可以用KSCN溶液檢驗Fe3+，且靈敏度高！但加入KSCN溶液生成的是硫氰化鐵溶液，怎么除去？

學生4： 用鐵粉，轉化為Fe2+，回收Fe2+，變廢為寶。

學生5： 不可以，Fe3+與鐵粉反應是可逆的，況且回收少量Fe2+操作困難。

學生6： 加入硫化鈉溶液，Fe3+既可被沉淀，又可被還原，能除盡。

師： 很好！請說出沉淀是什么？有哪些產物？會帶來什么問題？

討論還將繼續。

對于這樣的開放性問題，教師不必設置過多的信息，也不必給直接的提示，給予學生充分的參與活動機會，允許學生設計多個問題解決方案，融合交流評價，有利于學生大膽思考解決問題方案的利弊。這就把課堂活動主動權交給了學生，讓學生直面自己的錯誤并加以解決，不僅活躍了課堂氣氛，而且有利于學生深度思考、合作交流、思維發散、集思廣益，獲得更大的思維空間。

3.3 構建認知模型，提高解決問題能力

構建認知模型是幫助學生認識化學、理解化學并形成用化學知識解決問題的思維方式，而模型認知則是檢驗認知模型所蘊含的解決問題的思想方法及假想機制是否符合學生的認知規律。為此，從解決問題的思維角度來看，應該引導學生收集證據、進行邏輯推理，形成有利于學生如何去想、如何去做的思維模型。

案例9 在“濃度對化學反應速率影響”教學時，用單位體積內分子數變化模型雖能很好論證“濃度越大速率越大”的結論，但并不能反映濃度變化倍數對化學反應速率改變的關系。而構建圖5所示的認知模型，可激發學生從更理性的角度進行模型認知活動，不僅有助于學生運用認知模型反思評估自己的知識結構和問題解決過程，而且有助于實現知識與能力的可遷移，切實將素養培育落實到課堂教學中。

隨著社會的變革，具備良好的解決問題能力是個體有效參與學習、工作以及主導自身生活的基礎。在未來學習中，解決問題能力是學習結果所包含的核心元素，是學習與創新所需的核心素養之一。課堂教學中，還可結合學生個性認知特點與不同的化學內容來設計項目化學習活動，把知識整合、問題質疑、過程批判、動手操作、反思評價、實驗創新等高階思維活動協調起來培養問題解決能力。誠然，不是所有的教學都要指向問題解決，在不同的認知階段側重點應該有所不同，問題設置的學科角度、學科思路、深度和表現性水平要求也大不相同。

參考文獻：

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