基于“问题解决”落实化学核心素养的教学实践

黄华文

摘要：“问题解决”的过程中蕴含着知识、能力、素养三个要素。基于这三个要素围绕“中心问题”设计落实核心素养的课堂教学框架，借助“虚拟”和“真实”相互融合的教学手段，展开“教、学、评一体化”的教学过程，引导学生通过自身的体验和感受、收获和完善知识体系，多层次、多角度、递进式的推进学生化学观念和思想形成，实现问题解决能力培养的教育目标。

关键词：问题解决;落实;化学核心素养;教学

文章编号：1008-0546（2020）01-0043-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.01.012

教学中，学生在解决陌生复杂情境问题时存在着不能快速提取所需信息、无法找到解决问题模型、不能将所需知识迁移到解决新问题中等困难。追溯教学的根源是教学过程中知识—转化→能力-形成→素养的培养过程脱节。如何在教学中实现学生从知识到能力到素养的进阶发展？尝试以“问题解决”作为主要教学活动，带领学生运用学科知识、思维、方法解决生产、生活、科技中的真实问题，让学生在体验感受真实问题解决过程中，激发学生学习新知识、构建完善知识和能力体系的动力，实现知识功能化和素养化，切实将素养培养落实到课堂教学[1]。

一、“问题解决”的思维模型

“问题解决”是围绕着一个不确定结果的复杂问题展开的认知过程，是借助问题解决者之间的活动，进行提取知识、迁移知识、整合知识、构建知识的一个过程;是获得解决问题经验、提炼形成解决问题基本模式、培养解决陌生情境问题的迁移能力、引导发展正确价值观的一个过程[2]。在这个过程中需要经历四个阶段，蕴含着三个必备的要素。

1.“问题解决”的三要素

问题解决过程中，离不开知识、能力、素养三个要素。其中知识是解决问题的基础和前提，只有储备一定的知识才有机会分析和识别问题，找到解决问题的突破口，才能进行重构、优化、完善原有的知识体系，才能为能力和素养的发展提供依托。能力是解决问题的工具，只有具备分析、综合、比较、抽象、概括、调控等解决问题的能力，才能为解决问题提供各种顺手的工具，掌握的能力越多越广泛、积累的经验越丰富，解决问题的成功率越高。素养是解决问题的理念和策略，只有掌握学科独有的思维方式和价值观，才能从学科角度为解决问题提供正确的思路和方向，才能快速找到合适的解决问题模型和路径。只有具备良好的品德和社会责任感，才能尊重科学，准确地把握自己行为，运用所掌握的知识为人类社会文明的进步服务。在解决问题过程中，三个要素的内涵多少表现出一个人解决问题的综合能力。

2.“问题解决”的四阶段

“问题解决”过程包含“识别激活→设计尝试→修正弥补→整合构建”四个阶段（见图1）。首先是“识别激活”阶段，该阶段通过调查和识别将问题转化为自己所理解的内容，依据自己经验分析确定问题所属的范畴，激活调取解决问题所需知识、方法和模型。其次是“设计尝试”阶段，该阶段借助模型尝试设计解决问题的方案，并对多个方案进行评判和分析，选择最佳方案进行操作实践。第三阶段是“修正弥补”，是对原有的方案中出现的新問题进行解决和修正弥补。在前三个阶段中，为了解决新产生的问题需要摄取新的知识或者将相近、有联系的知识、方法融合在一起，拓展和延伸旧知识，形成新的知识网络和认知模型，再运用于解决新问题。最后阶段是“整合构建”，是通过反思整合形成解决此类问题程序化模型的提炼阶段。从问题解决的整个过程看，学科认识问题和解决问题的思维角度、学科解决问题的研究方式模型、研究者的学科品质等渗透在每个阶段[3]。在这过程中知识主线是明线，知识是由“按需提取”的被动过程到“整体融合”的自主构建过程;能力和素养作为暗线托起知识主线，过程中的能力由调查、识别、判断、整合等低层次能力，逐步发展到质疑、构建、批判、反思、创新等高阶能力。

二、基于“问题解决”的课堂四要素

基于“问题解决”的课堂教学是将学生的学习置身于一定问题情境中，将教学目标融人解决问题的各节点中，让学生带着解决问题的最终目标不断质疑和试错、批判和反思，最终建立知识与情境、经验与理论之间的联系，学会像科学家一样解决问题，实现推进学生核心素养发展的教学目标[4]。课堂教学程序如图2。其中合适的中心问题、教师适时的引导、有意义的评价和递进的体验活动是“问题解决”课堂教学必不可少的四个要素。

1.选择合适问题

问题是课堂教学的关键，是课堂活动展开的主题，问题必须满足以下三个要求。首先，问题具有未知性，即问题的答案是学生未知，且通过实验探究、查阅史实、调查活动等学习行为能得到解决，过程中能让学生掌握新知识或者获得新能力。其次，问题具有开放性，即解决问题的途径有多种或者研究的方式方法不同所得结论不同，能从多个角度培养学生发散思维，刺激学生在问题解决的过程中不断学习更新、完善自己原有知识体系。最后，问题要接地气，即学生在现有的知识和能力基础上，通过启迪引导、同伴协作等集体的力量能得到解决。教学中选择合适的问题作为主题带领学生通过自己的努力不断探索，促使学生改变只关注记忆单纯化的惰性知识状态，进入自我调控的主动学习状态和运用资源、经验、知识的认知建构状态[5]。

2.把握引导技巧

教师的引导在课堂教学中起到穿针引线的作用。教师在专业领域和人生价值观等方面恰当地引导学生，使学生少走弯路;但是教师的引导过多或者引导的时机不对，也不利于学生自我感知、体验反思等能力的提升，因而课堂教学中教师的引导时机和技巧非常关键。如当学生面对无从下手的问题时，需要教师将问题肢解为几个有梯度的小问题，或者借鉴学生熟悉的事物引导学生迁移应用，或者帮助学生激活解决问题需要已掌握的知识，找到解决问题的切入点或者依托点。当学生在完成任务之后无从判断正误时，需为其提供相关理论或者评价标准引导学生自我评判。当学生对一些知识、原理、模型已经产生初步认识，但依靠学生自身现有的能力无法整合、完善、提升时，需教师从学生认知模糊和知识盲区等角度设计一些问题或活动，借助生生、师生之间的合作自主建构甄别，将经验凝练为理论，帮助学生获得更全面的认识。

3.多元评价导向

评价是一节课的精神所在，目的是为帮助学生对自身学习和思想进行自我调节和教师对教学进行调整。正确的评价不仅为学生提供检测知识和纠错认知的标准，还能为学生提供正确的人生观。教学过程中常用习题或试题对学生所学知识的掌握程度进行评价，教师对学生的回答评价模糊、角度单一等情况，不能将评价功能发挥高效。可增加开放式课外活动课题对学生综合素质的评价，如设计让学生以小组为单位做“市区的生活用水来源”的调查报告，评价学生与人沟通协调、查阅资料、设计问卷表、提炼观点等能力。在学生回答问题时，可增加学生与学生之间的评价，促进学生自我反省和反思，让学生树立客观评价、尊重事实的科学精神。在师生或者生生间评价时，要以课程标准中对模块主题提出的要求作为依据，提供评价角度让评价目标明确，如回答问题时可从学生思维、语言、合作、沟通等方面评价，也可从心理因素、品行道德、评价对象等方面进行评价。

4.分层递进体验

学生活动是课堂教学活跃度的体现，是一节课的主体。要让学生通过活动获取知识、训练思维、形成能力、产生素养，设计的活动要让学生“动手动脑”，在不断调整纠错的过程中感受、感悟和反思，激发高层次思维的碰撞和产生，促进批判、创新、协作与沟通等问题解决能力的形成[6]。同时活动设计要逐层推进，设计的底层问题要能激发学生思考，引发新问题产生，提出更高层次需要解决的新问题，在问题中一环扣一环地推进课堂，让学生在不断发现和解决问题的循环过程中体验，在简单到复杂的问题解决过程中历练产生感触，在行动和心理上帮助学生得到提升，从而培养解决问题能力。

三、基于“问题解决”的课堂教学实例

因高中阶段教师对实验教学重视不够及学校教学条件不足，导致学生的实验知识处于碎片化点状分布，无法形成体系，实验综合能力无法提高，解答实验综合能力较弱。教学中，在学生具备一定基础实验知识和实验经验之后，有必要让学生认识实验的功能，帮助学生建构运用实验解决问题的一般程序，即帮助学生建构综合实验设计的思维模型。此时，采用“问题解决”方式进行《综合实验方案设计》的教学最为合适。设计的教学流程见图3所示。

1.围绕问题设计——整体构建素养框架

在《综合实验方案设计》教学中，选择“FeCl3.6H2O晶体与MnO2共热能否产生Cl2”作为中心问题，围绕该中心问题将证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等核心素养培育融入“问题提出、问题解决、问题凝练”3个教学环节中，让学生在预设的学习任务的支配和调控下，将学生的解决问题思维从无序探索引向有目标的提炼建构方向上[7]。首先，为了激发学生的社会责任感、影响学生的科学态度，先展示化学的科学研究成果——治疗白血病的药品等，体会化学对人类文明的伟大贡献，同时提出中心问题引入课题。接着，设计4个逐层递进的拓展问题“寻找认知依托、展开证据推理、参与科学探究、尝试科学创新”展开“问题解决”的环节，依托4个拓展活动的开展，让学生在逐步解答问题的过程中体验综合实验方案设计的流程。最后通过回忆走过的历程，提炼综合实验方案设计的一般思维模型，学会提炼结论。

2.修正感知體验——分层推进核心素养

解决问题的真实过程是一个发现缺陷、提出新问题、解决新问题的循环过程，学生在不断调整、不断修正方案的过程，打破旧认知、建立新认知的过程。教学中遵循学生认知水平的发展，先让学生思考“FeCl3.6H2O与MriO2加热需要哪种发生装置”，学生依据自己原有的知识和认识水平选择“固固加热型”装置。接着设计“用酒精灯加热FeCl3.6H2O晶体”的分组实验，学生观察到晶体加热时熔化变为液体的现象，即刻推翻原来的设计，进而进行第一次装置修正。为了提升学生认识，提出“在设计需要加热的装置时，要注意哪些问题？”，帮助学生归纳“设计装置前，要先查阅相关物质的基本资料;对比加热物质的熔点与酒精灯的温度，判断加热时物质呈现的状态”的共识。随后，引导学生从查阅的信息“氯化铁熔点为306℃、沸点为315℃、在300℃升华、酒精灯温度为400-500℃”，结合实验目的从理论上提出疑问和猜测“在加热过程中，氯化铁是否会因升华混合在气体中？是否会影响Cl2的检验？”。学生在原有的实验装置基础上设计实验并进行操作，验证猜想是否正确。在实验中观察到的“FeCl3随着气体从第一套装置进入下一套装置，使KSCN溶液变红”，还发现边加热边倒吸的现象，证实猜想成立。迫使学生进入解决新产生问题“倒吸的安全隐患”和“排除FeCl3干扰Cl2检验”的阶段，学生通过讨论从安全性和干扰性两个方面第二次修正实验装置。

两次的修正活动都建立在真实实验的基础上，第一次修正为第二次修正提供质疑的数据和问题，第二次修正建立在疑问被实验事实证实之后，两次修正均是学生经过思考和探索后自己对原来的设计提出问题，这种“产生问题_÷证实问题_÷产生新问题”的过程给学生带来一种使命感，给学生留下深刻的印象。两次逐层递进的修正活动，促进学生在探究过程中学会关注细节，学会发现和提出有价值的问题，学会运用搜索调查、实验实践等手段探索未知世界、解决未知问题，实现科学探究与创新意识和证据推理与模型认知素养的培养[8]。

3.“教、学、评一体化”——全面发展核心素养

“教、学、评”指“教师引导、学生学习、教学评价”，这三者是课堂教学不可分割且不可或缺的内容。“教”和“评”不仅能够帮助学生提炼自己的思维，还能指引学生形成正确的价值观，鼓励帮助学生运用批判的眼光分析问题，“学”不仅能够让学生获取知识，还能增长技能、形成素养。表1是本节课部分“教”“学”“评”的具体体现。

围绕着“帮助学生构建综合实验设计方案的思维模型”的教学目标，将教的目标、学的目的和评的立意相互融合，采用引导、活动、评价相互交错的教学方式，在适当时机为学生提供建构模型的技术支持和提供解决问题所需的资料;通过合作讨论、互评修正等协作方式，让学生在聆听师生及生生之间相互评价调整自己的学习状态，多维度发展学生的核心素养[9]。

4.“虚拟与真实”结合一多角度落实核心素养

在教学过程中借助虚拟的教学工具辅助教学，能够拓宽学生的视野和延伸教学空间，解决实际教学存在的困难，让学生得到更多的自我感受[10]。本节课的内容若想让学生在实验室里按科学探究过程完整地走一遍在时间上存在一定困难，如果仅选择重点环节让学生操作，又会造成学生遗落某些设计环节。借助“NB模拟实验室”虚拟实验软件将设计实验装置环节在电脑上操作，能够让每一位学生都参与这个环节。虚拟实验室所提供仪器及药品齐全，学生可按自己的设想提取自己所需的仪器及药品，能够组装出想要的整套仪器，还能进行虚拟实验，观察反应所发生的现象，效果很好。但虚拟的实验现象只是从理论上假设出来的结论，不代表与事实相符，所以课堂中还需要师生一起按软件中设计的装置图进行实验，从真实实验得出结论，才具有说服力。

采用“虚拟”与“真实”相结合的教学手段，将实验的理论设计環节在网络虚拟实验中完成，为学生提供无限的选择和创意，让学生在课堂教学有限的时间和空间上，体验一位研究者完整的探究过程，突破传统教学在时间和空间上的局限性。再通过真实实验得到有说服力的证据，弥补虚拟实验的不足。“虚拟”+“真实”完美地结合促进核心素养落地，同时为学生提供运用科技手段辅助解决问题的一个思路。

将“问题解决”作为一种教学方式，在师生共同解决问题的过程中，将知识传递、能力培养、素养形成三者融合于课堂中，实现学生知识到能力到素养的转化，促进我们的教学向“知识建构”“自主学习”“协同学习”课堂的转型。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准（2017年 版）[S].北京：人民教育出版社，2018：76

[2]杰伦J.G.范梅里恩伯尔，毛伟，盛群力.论问题解决与教学促进[J].远程教育杂志，2014（6）：103-108

[3]袁维新，国外关于问题解决的研究及其教学意义[J].心理科学，2011（3）：636-641

[4][5]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M]。北京：高等教育出版社，2018：74-75

[6]张紫屏.论问题解决的教学论意义[J].课程·教材·教法，2017（9）：52-59

[7]郑长龙，孙佳林，“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018（4）：71-78

[8]杜淑贤，普通高中化学课程标准（2017年版）解读——中学化学真实情境研究与案例[M].上海：上海教育出版社，2019：44-49

[9] 吴星，吕琳.核心素养培养需要“教、学、评”一体化[J].江苏教育，2019（19）：22-25

[10]高疏寒.基于VR技术下虚拟教学应用的思考[J].视听，2018（1）：202-203