基于“三维耦合”创新性思维课堂教学模式的实践研究

徐星　李杰　魏远金　展军颜

【摘 要】本文以《物质的量在化学实验中的应用》概念教学为例，探索基于“预设性思维点”“生成性思维点”“目标性思维点”的“三维耦合”创新思维课堂教学模式，以教材知识发展为主线促生思维型课堂，以学生学科能力发展为隐线培养创新型思维。

【关键词】物质的量浓度 三维耦合 创新思维 教学模式

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）38-0035-04

创新是人类文明进步与社会发展的根本动力，是 21 世纪人才发展的重要特征。“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力”“在激烈的国际竞争中，惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜”。2017 版新课程标准的课程理念也提出“培养学生的创新精神和实践能力”，2019 年高考试题评价体系中再次强调“高考应体现创新意识和创新思维的考查”，《国家中长期教育改革和发展规划纲要 2010—2020》“突出创新精神的培养”。可见，促进学生创新思维发展是中学教育的重要研究课题。

核心概念是人们在研究物质及其变化规律的过程中所形成的高度抽象的思维产物，核心概念形成的过程也是学生思维发展与提升的过程。学生在已有的有限知识上，通过核心概念的有效自主建构，探索未知的新领域，进而迁移运用所学知识创新地解决问题，可以说核心概念的学习是中学生思维得以发展与创新的最好手段。

但现阶段存在两个方面的困难：一是就教育教学现状而言，教师更多的是以“一个定义，几项注意”的传统教学模式为主进行教学，未能从概念形成过程中给学生足够的思维空间来建构概念。教师更注重知识获取与落实而不看重知识的生成性与发展性，忽略学生充分体会概括本源性的机会。另外，学生刚进入高中阶段，学习主动性不强，更多的是停留在以记忆和理解为主的浅层学习层次，缺乏分析、应用、评价、创造等高层次的创新思维。二是就创新实践现状而言，创新本身是一个复杂过程，理论研究浩如烟海，在理论上较难达成共识。而且目前更多的教学实践是把创新当作一个整体性的教学目标，笼统地讨论培养创新素养的方法和策略，无法形成系统的解决方案。

基于以上分析，本文以《物质的量在化学实验中的应用》概念教学为例，探索基于“预设性思维点”“生成性思维点”“目标性思维点”的“三维耦合”创新思维课堂教学模式。

一、教学分析

（一）教材分析

《物质的量在化学实验中的应用》位于人教版必修 1 第一章第二节，本节内容主要包含核心概念“物质的量浓度”及定量实验“一定物质的量浓度溶液的配制及误差分析”。

在概念学习方面，新课标明确指出要“重视化学基本概念”。“物质的量浓度”作为高中化学核心概念之一，与前面的“物质的量”“摩尔质量”“气体摩尔体积”等概念构成了一个“概念群体系”，这个体系是构成高中化学知识体系的基石。但它较抽象，学生难以理解，对其应用较困难。

在定量实验学习方面，新课标要求学生“体会定量研究方法对研究和学习化学的重要作用”。将物质的量与具体的化学反应相结合，让学生感知化学定量研究源于生产、生活，强化物质的量在化学反应中的实际应用，充分体现该部分知识的功能与价值。

（二）学情分析

学生已学过“物质的量”“气体摩尔体积”等核心概念，对概念的学习有一定认知。而刚进入高中阶段的学生，虽有一定的思辨能力，但其心智与思维还处于较低阶段，在很大程度上还屬于感性经验支持的经验型，对新事物的认知、新知识的理解等更愿意从已有的熟悉的具体事物的角度思考。

“配制一定物质的量浓度的溶液”属于实验基本操作范畴，学生接触到的初中化学实验基本都是定性实验。虽已学习“一定质量分数溶液的配制”，但称量和量取的精确度要求不高。对配制一定物质的量浓度的溶液用到的这样高精确度的实验仪器以及在流程中容易出现的问题缺少切身体会。

（三）教学目标

1.知识与技能

（1）理解物质的量浓度的含义及其应用，初步认识广义的浓度;

（2）掌握精确配制一定物质的量浓度溶液的一般步骤、方法和技能。

2.过程与方法

（1）通过情境的预设，阶梯性关键问题的架设，基于已有信息和证据，分析表示溶液组成的各类标签，发现规律，自主建构物质的量浓度概念;

（2）通过生活中常见的“鲜牛奶营养成分”“生活饮用水水质化学指标”“酒精度的表征”以及“体检报告”等理解浓度的外延;

（3）通过对比分析仪器特点，展示“创新”与“需求”的关系，加深学生对容量瓶特点的认知;

（4）通过小组合作探索，掌握实验室准确配制一定物质的量浓度溶液的方法及误差分析的技能。

3.情感、态度与价值观

（1）培养学生严谨求实的科学态度与辩证的思维;

（2）利用概念和化学实验教学，培养学生迁移创新性思维，使学生真实感受到创新的源动力来自解决实际问题过程中。

二、设计思路

本文以“物质的量在化学实验中的应用”第一课时为知识载体，精心设计教学内容，预设真实、特定的情境与问题（预设性思维点），激发学生内在动机，引导学生积极思维，并关注学生的思维发展。使学生主动地参与学习过程，产生新的问题、新的认知冲突。教师及时捕获生成性问题（生成性思维点），引导学生不断思考。学生不断经历问题的识别、信息的搜集和编码、创意的生成等问题解决核心环节，不断生成新颖、有价值的“产品”的过程，建立事物和知识之间的关联。学生通过经历系列创新实践活动，自主建构，促进培养创新思维（目标性思维点）。以“预设性思维点”为基本点，及时捕获“生成性思维点”，并以之作为发展点，引导学生的思维到达“目标性思维点”，进而促进“三维有效耦合”。

因此，本文主要基于“预设性思维点”“生成性思维点”“目标性思维点” 的“三维耦合”创新思维课堂教学模式，以教材知识发展为主线促生思维型课堂、以学生学科能力发展为隐线培养创新型思维。

三、教学实录

（一）预设问题情境，架设预设性思维点

【教师】知识准备 1：化学计算中可以使用质量比例关系，也可以使用物质的量的比例关系，你认为采用哪种比例关系更有利于化学计算？

知识准备 2：在化学实验中，为了使反应尽量快速和彻底，我们通常不直接用固体与固体反应，而是将固体试剂配成溶液，使反应在溶液中进行。

【思考 1】含 0.001 mol HCl 的盐酸溶液恰好与 NaOH 溶液反应，需要 NaOH 的物质的量为多少？其质量为多少克？

【学生】迅速得出 0.001 mol，0.04 g。

【思考 2】在称量仪器为托盘天平的条件下，如何实现这一反应？

【学生】大部分同学沉思，少数同学提出可以利用“积小成大”“聚微为宏”思想。

【教师】可称量 4.0 g的 NaOH 固体，将其配成溶液，然后取出总量的 1/100，即可保证有 0.04 g NaOH 参与反应。

【思考 3】这里是取质量的总量的 1/100，还是溶液体积总量的 1/100，哪种会使我们使用比较方便？

【学生】取体积的 1/100。

【小组讨论】请同学们设计一个方案：用所给的仪器和试剂配制 100 mL NaOH 溶液，其中溶质的物质的量为 0.1 mol。

【学生 1】可以用量筒量 100 mL 水，将 NaOH 溶于其中。

【学生 2】可以将称量好的 NaOH 放入烧杯里，加水至 100 mL 刻度线处。

……

【设计意图】依据教学内容的功能价值、学生学情以及学生思维发展现状，充分挖掘学生思维的已知点、未知点和困惑点，架设问题情境，设计两个“关键性问题”（预设性思维点），顺着学生的思维发展，引导学生思考，活化思维。

通过两个“知识准备”部分，让学生认识到化学反应的实质以及溶液配制的重要性，进而解决较小浓度配制问题与已学的“称量”与“量取”无法满足的认知冲突，即“关键性问题一”。这就需要学生借助“物质的量”中的“积小成大”“聚微为宏”思想，加大所需的 NaOH 的量，解决问题。

林崇德认为：“创造性思维，一是新颖、独特的有意义的思维活动;二是创造性思维的内容为思维加想象，即通过想象，加以构思，才能解别人所未解决的问题。”如何让学生进一步认识“精准量取”这一“关键性问题二”？在教学过程中预设“思考 3”和“小组讨论”。在已解决“关键性问题一”的基础上，引发学生新的认知冲突，促其不断思考。

学生要保证“配制精准”必需量取精准，需分析“烧杯”与“量筒”结构特点。让学生自己动手“设计”“创造”新的量器，经过这样的思维过程，学生对“量取精准”的仪器特征“既具有量筒的口径细，又具有烧杯的容量大”，这样认识和理解比直接引入容量瓶更为深刻。教师趁机向学生展示并介绍其结构特点和使用方法，介绍常见规格的容量瓶。

（二）自主探究创新，捕获生成性思维点

【分组实验】请你使用容量瓶及提供的仪器配制 100 mL 含 0.1 mol NaOH 的溶液。

【提供的药品与仪器】NaOH 固体、蒸馏水、托盤天平、钥匙、烧杯、量筒、胶头滴管、容量瓶（100 mL 和 250 mL）。

【设计意图】学科思维能力的形成过程是在对核心概念和典型事实深刻理解的基础上，学习者主动参与、积极思维的过程，学习者不断地抽象、概括而形成思维能力。没有学习者深度的思维过程，是很难形成学科思维能力。无论是新课程理念，还是高考要求，都注重选拔具有学习潜能和创新精神的人才。而实验教学则是培养学生探究与创新能力的良好办法。

“溶液的配制及分析”的实验操作因规范强、操作多等特点，要让学生在短时间内理解和掌握，的确有困难，这是本节课的难点。如何避免“固定的几个实验操作步骤以及由实验操作的偏差所引起的误差分析”直接讲述，挖掘其中所蕴含的化学学科思维能力要素，巧妙地融合于内容载体及教学活动中，用化学知识和技能解决实际问题，成为本节课第三个预设的“关键性问题”。

因此，教师要求学生分小组，根据教师所提供的仪器进行溶液的配制。教师在教室里巡看、观察，及时了解学生存在的疑问。在预设性思维点的基础上，及时发现和收集学生的错误操作，即“精准配制”的生成性问题素材，为后面实验误差分析提供教学资源。

（三）挖掘实验实质，深化概念认知

【思考 4】将溶液分装至试剂瓶后，标签上应该如何表示该溶液的组成？

【学生 1】可以用质量分数表示溶液的组成。

【学生 2】应该写“100 mL 溶液含 NaOH 0.1 mol”。

……

学生小组讨论激烈，教师及时捕获“100 mL 溶液含 NaOH 0.1 mol”的生成性问题，设计三个阶梯性问题：“1 mL 溶液含 NaOH 多少 mol？”“2 mL 溶液又含 NaOH 多少 mol？”“不变的是什么？”引导学生思考，概念的形成也就顺其自然。

在实际的概念教学过程中，教师将“裸露”的知识“包装”起来，通过具体的驱动性问题活动来承载，让概念的形成过程成为学生自我建构的过程，这样避免使用“一个定义，几项注意”的传统概念教学模式。

【板书】

【练习 1】20 g NaOH 配成 1 L 溶液，求 NaOH 溶液物质的量浓度。

【练习 2】500 mL H2SO4 溶液中含 49 g H2SO4 溶质，求硫酸物质的量浓度。

【练习 3】判断正误

（1）将 1 mol NaCl 溶于 1 L 水中，则 c=1 mol/L 。

（2）若从 1 L 1 mol/L的 NaOH 溶液中取出 200 mL，则 c=0.2 mol/L。

（四）迁移应用 提升素养

【教师】

材料一：鲜牛奶营养成分的质量分数

材料二：我国生活饮用水水质化学指标

材料三：RIO 鸡尾酒酒精度

材料四：病人的检验报告

【思考 5】浓度的表示方法多种多样，它们有何共同之处？这些表示方法的本质是什么？

【交流】上述配制的 100 mL 含 0.1 mol NaOH 的溶液浓度准确吗？

【板书】

【思考 6】实验室需要制取一定量的 H2。将 0.65 g Zn 放入 10 mL 物质的量浓度为 2 mol/L的盐酸中，它们恰好完全反应，生成的 H2 的体积为 0.224 L（标况），请完成下面的表格。

【总结】学习了物质的量浓度，你对化学反应中的定量关系有什么新的认识？

【设计意图】展示材料一到材料四，旨在让学生从化学视角认识、感知和理解化学定量研究源于生产、生活，从不同的视角认识和理解浓度在实际生活的应用，即溶液的浓度可以通过表征溶质、溶剂、溶液三者中的任意两者的物理量（如质量、物质的量、体积等）的比例关系来表征，充分体现化学学科价值，也实现了“目标性思维”。

概念的建立必然需经历辨别、概括、归纳、演绎等抽象思维过程。因此，教师引导学生结合自己小组实验操作，围绕物质的量浓度的表达式，分析浓度偏高或偏低的原因。通过误差分析不仅深化了对物质的量浓度概念的理解，而且培养了分析问题的学科思维能力。教师及时捕获前期课堂中生成性问题，引导学生发现实验操作或实验设计中的“微缺陷”，进而自主完善实验操作（如图 1）。这样有效地将概念原理、实验操作以及生产性问题进行结合，体现高中化学实验教学的功能，融合定量研究的学科思维与理念。

最后通过思考 6，让学生从多个角度认识化学反应、理解概念，只有这样学生才会在已有知识经验的基础上，通过对新问题的思考发现知识间的内在联系。由学生自主建构概念，以不同的方式重新呈现概念，从多种角度思考、认识概念，并在适当的情境中正确地运用概念，从而使学生的学科思维水平得到提高。实现“预设性思维点”“生成性思维点”“目标性思维点”的“三维耦合”，承上启下，为后面的学习做铺垫。

四、教学反思

以学科知识为思维载体，以“关键性问题”为思维切入点，以教师之“诱”为主线，以学生之“思”为目标，实现学生“创新性思维”能力的达成，是“三维耦合”创新性思维教学体系的核心（如图 2）。

（一）以学科知识为载体，预设性思维点

这包括关键性问题情境创设、关键性对话设计、关键性问题提出、关键性问题解决、教学组织、教学实施方法等过程，通过关键性问题把学生引向“独立思考、积极探索、合作学习”之路。

（二）以“诱”为主线，捕获动态性思维点

课堂教学实施的过程，也是学生思维发展和提升的过程。关鍵性问题的设计，问题设置的梯度性，动态性思维点的及时捕获与促生，以及经验匹配度，是学生思维深度发展（即创新性）的重要途径。

（三）以学生的“思”为标的，达成创新性思维点

学生的“思”有三个层次：首先，学会思考问题的方法;其次，学会自我学习与探究;最后，学会知识的迁移创新。从而掌握终身学习的技能，成长为创新型人才，这也是课改理念和社会的要求。

【参考文献】

[1]甘秋玲，白新文，刘 坚，魏 锐，等.创新素养：21世纪核心素养5C模型[J].华东师范大学学报（教育科学版），2020（2）.

[2]徐 星，展军颜，黄慧清.洞悉思维的基点  构建思维型课堂——新课程理念下“物质分类”的教学设计[J].中学化学，2017（9）.

[3]徐 星，杨 菲，展军颜，等.基于学生思维特质培养的主题式教学实践探究[J].基础教育研究，2018（7）.

（责编 卢建龙）