对高中化学课堂教学发展学生解决问题能力的审视与思考

陈向明

摘要： 关注解决问题能力的形成与发展是素养为本的课堂教学显著特征之一。分析当今课堂教学培养学生解决问题能力的现状，论证解决问题能力产生与发展的教学逻辑，阐述高中化学课堂教学发展解决问题能力的几点思考，提出如何优化情境创设、强化主动参与、构建认知模型等教学建议。

关键词： 高中化学; 课堂教学; 解决问题能力

文章编号： 1005-6629（2022）05-0045-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

解决问题能力是指能熟练地运用所掌握的学科知识、观念、规则及一定的程序方法等对真实复杂问题进行合理分析、提出解决方案并能实施方案的能力。高中化学课堂教学所关注的解决问题能力侧重于学生个体的创造思维能力、终身学习能力及未来有效参与社会活动能力等。显然，课堂教学培养学生解决问题能力是发展核心素养的必然选择。

1 审视培养解决问题能力的教學现状

不可否认，多数高中化学课堂教学遵循了“问题表征→制定解决计划→执行计划→反馈监控”的教学程序，但这只是关注学生解决问题能力培养的外在表现，要真正落实解决问题能力的培养，还须在各个教学环节上有所作为。“知识→解决问题能力”有其内在的教学逻辑，只有把“问题发现与提出、知识迁移与应用、活动交流与评价”等教学环节做得更具体、更科学，才能有效促进解决问题能力的提升。然而，这恰恰是当下高中化学课堂教学的软肋。

1.1 教学情境创设忽视核心问题设计

培养解决问题能力应合理创设问题情境，以便帮助学生建立问题解决的心理机制，而当前课堂教学情境素材多见于事物的表象，偏向于情感、动机和个性等非认知要素，缺乏学习任务内涵，不利于学生提出探究性学习问题，更不利于学生表达解决问题的诉求，也就无法形成解决问题的思维过程。

案例1 “原电池”课堂教学，常见教师展示生日贺卡，发出悠扬动听的音乐声，拆掉贺卡上的电池，音乐声戛然而止，再将贺卡与水果电池相连，音乐声再次响起，使学生产生强烈好奇感，然后探究原电池的工作原理、构成条件、应用。课堂情境创设选取了真实的生活素材，作为引课情境非常成功，但若以此情境来引导学生探究原电池的工作原理，则很难在实际生活问题与化学问题之间做好平衡，缺失生活情景问题化，没有给学生留下提出问题、解决问题的空间。

问题由学生提出才能增强解决问题的内驱力，缺少对问题的提出、分析、解决、反思的学习历程，学习往往处于浅表，创设这样的教学情境并不能成为运用化学知识解决问题的有效载体。

1.2 课堂学习过程缺乏深度思维参与

能力总是与活动共生，没有活动就没有能力的产生[1]。课堂可以活动为引领，在任务的驱动下，引导学生进行解释与论证、预测与选择、分析与推理、辨析与评价，层层深入地探究、发现。确定紧扣教材核心知识、符合学生认知规律的任务，精心设计有逻辑层次的探究问题，提出有思维层次的问题链，能点燃学生探究的激情，在探究活动中锻炼思维，培养解决问题的能力。而当下的化学课堂，大多基于“高效”的目的，任务呈现非常直接，问题设计过于简单，过程往往疏于评价，缺乏深度的思维参与。

案例2 学习“氯气的工业生产”时，许多教师会针对教材中原理装置图提出问题： 氯气在哪一极产生？阴极产物是什么？电极材料是什么？为什么？……原理的分析精准到位。但按教材编写意图，真正要解决的问题并非只是电解饱和食盐水原理，更重要的是如何安全、低成本、高产率地量产氯气。前面的设计以认知的实现为中心，重视知识结论、研究结果的理解，忽视知识的形成过程，压缩了学生学习的思维和探索活动，弱化了学习、研究方法的启迪和教育。留有如下遗憾： 解决问题能力生长发育的“胎盘”在哪？“栖息之地”在哪？“用武之地”在哪？显然，这只是一种浅表性的学习活动，对解决问题能力的培养与意识的形成几乎没有帮助。

解决问题的过程应把学科基础知识、活动经验、认知方式与核心观念、研究方法与探索精神等融为一体，这就需要深度学习。只有这样，才能帮助学生形成正确的解决问题的世界观、价值观与科学意识。

1.3 课堂教学缺少认知模型提炼建构

培养解决问题能力必须以解决某一特定问题为载体，教学过程中不能只盯着当前问题的解决，要打通解决同类问题的思维脉络，强化解决问题方法的迁移或拓展。由于受到“考试指挥棒”的影响，教师多将学生学习视野锁定在课本或与考试密切相关的问题解决上，少有对学生解决问题所需的知识结构进行优化和认知模型的提炼、建构与训练，严重制约学生解决问题能力的发展。

案例3 在“新冠”疫情背景下，引导学生解决问题： 如何寻找消毒剂？教师本意是通过问题解决过程，让学生认识常见的消毒剂，体验化学学科价值。在课堂实践中，让学生找出75%乙醇、H2O2、84消毒液、ClO2、漂白粉、高锰酸钾等物质，并按化学性质进行了归纳总结。这样，看似解决了某些问题，提升了学生解决问题的能力。其实不然，这恰恰禁锢了学生的思维。培养学生解决问题的能力不仅仅是复制前人的经验，而应是能动地进行探究与创造，只有帮助学生形成开发消毒剂的正确思路，才算是形成解决问题的能力。

显然，这里需要从“消毒”的本质出发，以“蛋白质变性”为中心议题，启迪学生从“应用范围、物质性质、残留处理、消毒效率”等维度构建认知模型，让学生经历证据推理去构建认知模型的过程，获得解决某一新问题的思想武器。

2 解决问题能力成长的教学逻辑

解决问题能力是个体在一系列学习活动中围绕问题解决所表现出来的特殊能力，是问题发现、问题表征、策略选择、执行监控、评价反思与迁移运用等能力的综合体现[2]。培养这种能力应让学生围绕不确定结果的复杂问题展开认知活动，去提取知识、迁移知识、整合知识、提炼知识，以获得解决问题的经验、构建解决问题的模型、迁移解决问题的方法。为此，课堂教学关注学生解决问题能力的成长必须经历如图1所示的教学程序。

由图1不难看出，培养学生解决问题的能力，不仅要遵循课堂活动程序，还要精心策划课堂教学活动方式，合理的活动程序只有匹配合适的教学操作，才能有效落实解决问题能力的培养。

2.1 情境整合是形成问题发现与问题表征能力的前提

解决问题能力的产生，离不开事物、知识、方法三个要素。其中，事物通常借助教学情境素材呈现出来，是发展解决问题能力的“种子”;知识是解决问题能力产生的基础，只有储备一定的学科知识才有正确分析和识别问题的可能性;方法是解决问题的基础性思维工具，只有具备分析、综合、比较、抽象、概括、调控等方法，才能为解决问题提供顺手的工具。而将三要素融合起来并成为发展解决问题能力的前提是教学情境。

究竟什么样的教学情境能承载解决问题能力的培育呢？必须符合三个条件： 一是情境能够整合知识与事物。能让学生从复杂陌生情境中提取解决问题所需信息，找到解决问题模型，并能把所学知识顺利迁移到解决问题的过程中;二是情境能夠整合知识与行动。情境问题要能通过所学化学知识去解决，学生通过知识运用过程，可以检验知识是否内化，是否形成学科理解;三是情境能够整合知识与方法。所创设的问题情境既不能是一个空洞的抽象事物，也不能是无代表性独立存在的事物，要能天然地蕴含解决问题的思维方式、价值观念及正确的思路和方向，要让学生在处理情境问题过程中表现出综合力量。

案例4 对于“原电池”的教学设计，可用对比实验创设情境： 在盛有同浓度、同体积稀硫酸的两个保温容器中，分别平行插入同质量、同形状的锌片和铜片，一个用外电路连接锌片与铜片，一个不连接。用传感器多次测量温度，让学生发现前者温度总是低于后者。自然引起学生认知冲突： 为什么前者会造成能量“损失”？“损失”的能量又到哪去了？让学生从能量转化角度提出问题、解决问题，并学会用能量转化的学科观念认识问题。同时自然引发学生深度思考： 电能的产生说明有电子定向移动，这种装置中H+为什么“喜欢”到铜片表面去接受电子？为什么锌片表面还是有少量气泡？“锌片上还有气泡”说明能量都转化成电能吗？还有哪些转化形式？怎样提高电能的转化率？为什么电流表示数瞬间就减小？怎样才能产生持久、稳定的电流？经过学生不断的讨论，层层分析推测，真实问题不断解决，最后自然推出减少同种离子的相互排斥作用，可用“桥”来解决，即引出“盐桥”。

这样的教学，不仅揭示了原电池原理，更重要的是让学生提出了要解决的真实问题，既可激励学生寻找解决问题的模型和路径，又可训练学生的高阶思维，提升思维品质。

2.2 深度学习是提升策略制定与执行监控能力的途径

许多学者研究证明，课堂教学中深度学习策略使用越频繁，学生问题解决能力越强;主动学习水平越高，学生问题解决能力越强[3]。因此，无论我们采取何种路径和方法培育学生的问题解决能力，都必须高度依赖于深度学习。深度学习是追求知识理解、强调内在学习动机、用评价促成高级思维、探寻知识逻辑化的学习，是促进学生在解决问题过程中策略制定能力和执行监控能力的核心因素。

案例5 对于“氯气的工业生产”的学习，应将知识放在科学发展的背景中去看待、去认识，站在人类的实践、社会、历史、文化的存在方式中来考虑问题解决。教学从化学家舍勒发现氯气开始，抓住“盐酸→氯气”实际上是氯元素由-1价到0价的本质，结合怎样降低成本、怎样提高产率、怎样做到量产等现实问题，演绎推理到狄肯和洪特发明的“地康法”制氯气，然后到法拉第电解熔融氯化钠生产氯气，再到瓦特电解饱和食盐水生产氯气等原理。

这是深度学习的一种表现形式，不仅给予学生更多的思考机会，丰富他们的思维活动，为他们带来解决问题的全程性思维过程，而且促进他们内化迁移所学的知识，提升他们高阶思维解决问题的能力。

2.3 模型认知是提升反思评价与迁移运用能力的保障

能力是一种相对稳定的个性心理特征，只会解决当下问题并不能算真正的解决问题能力，只有把课堂学习的经验与方法延伸到能解决类似问题或其他事物，才是我们所追求的解决问题的能力。通过“认知模型”与“模型认知”活动可将解决问题的经验与方法拓展和延伸到相近的、互相关联的新情境中去，是形成具有可持续性的解决问题能力的保障。以“元素及其化合物”为例，构建“价-类”图认知模型几乎是千篇一律的，且构建这类认知模型对学生构建学科知识体系是有利的。但发展学生解决问题的能力，仅构建“价-类”图认知模型是远远不够的。如何实现解决问题能力的进阶与发展呢？这就需要构建能够增强学生解决问题心智的认知模型。

案例6 亚硒酸钠是一种特殊医药，不仅可以预防克山病、大骨节病、冠心病等病症，而且还是一种抗癌新药。那么，亚硒酸钠的医用功效与哪些化学性质有关呢？如何合理使用亚硒酸钠呢？这类问题是高中学生乐于解决的问题，且在这类问题解决过程中需要学生从化学角度去思考功效与性质的关系，有利于发展学生用化学研究方法解决问题的能力。如图2所示，面对陌生物质性质，可引导学生从分类、结构、实验三个维度去分析[4]。

构建这种认知模型的真正意义在于实现“教是为了不教”。即运用模型引导学生获得可持续的解决问题的能力，为终身发展奠定基础。

3 发展解决问题能力的实践思考

课堂是培养解决问题能力的主阵地。在课堂教学过程中，要不失时机地引领学生运用化学学科知识、化学思维方法去解决生产、生活、科技中的真实问题，以便学生体验解决真实问题的历程，从而获得解决实际问题的能力。

3.1 优化情境创设，增强问题解决意识

优化情境创设就是要克服情境创设“漂浮”的教学现象，把“解决问题”的技能与知识都沉浸到教学情境中，将教学目标融入解决问题的环节中，把学生的思维活动置身于解决问题的过程中。让学生不断地质疑和试错、批判和反思，建立知识与情境、经验与理论之间的联系，学会像科学家一样去思考问题，最终实现提升解决问题能力的教学功能。课堂情境创设的操作程序如图3所示。

由图3可见，发展学生解决问题能力的课堂教学情境，必须具备易提取的中心问题、便于教师引导、有意义评价和递进体验活动四个属性[5]。要想在学习化学的过程中提升问题解决能力，就要让学生能够提出“可解决的问题”。要保证学生能够发现有价值的问题，就必须有的放矢地培养学生的问题意识及提出和发现问题的能力，这是解决问题能力形成的起点。

案例7 在学习“Fe3+与Fe2+转化”课堂教学中，可选取某轧钢厂生产流水线上“酸洗液”为教学情境，自然地激励学生提出要解决的问题： 废液可否废弃？师生共同参与“分析与检验废液的组成、设计废液合理利用方案、探索废液成分提纯及印刷电路制作”等活动，让学生经历实验设计与实施、课堂交流与评价、认知模型构建与使用等过程，最终实现复杂问题的解决。

3.2 强化主动参与，提高活动思维含量

解决问题一定是学生自身对学科知识的创新过程。教师不仅要将课堂活动的主动权归还给学生，更要鼓励学生主动参与、积极思考、勇于探索，用“激情+思想”去解决问题。为此设计课堂活动要考虑统摄学科知识、学科思维方法及适时活动评价三个维度（如图4所示）。教学过程中，可以采用讨论交流和相互评价等形式，让学生把“活动目的-操作体验-解决思路-推理过程”叙述并操作展现出来，以发展学生的思维能力和表达能力。

案例8 在“Fe3+专题复习”教学中，学生围绕“如何除去废水中少量Fe3+问题解决”展开了实验探究，讨论实验方案，课堂活动如下。

学生1： 加入NaOH溶液产生沉淀而除去，因为NaOH溶液试剂易得，操作也简单。

学生2評价： NaOH溶液无法除尽废水中少量Fe3+，因为Fe（OH）3虽然难溶，但仍有一定溶解度，可以改用KSCN溶液。

学生3： 可以用KSCN溶液检验Fe3+，且灵敏度高！但加入KSCN溶液生成的是硫氰化铁溶液，怎么除去？

学生4： 用铁粉，转化为Fe2+，回收Fe2+，变废为宝。

学生5： 不可以，Fe3+与铁粉反应是可逆的，况且回收少量Fe2+操作困难。

学生6： 加入硫化钠溶液，Fe3+既可被沉淀，又可被还原，能除尽。

师： 很好！请说出沉淀是什么？有哪些产物？会带来什么问题？

讨论还将继续。

对于这样的开放性问题，教师不必设置过多的信息，也不必给直接的提示，给予学生充分的参与活动机会，允许学生设计多个问题解决方案，融合交流评价，有利于学生大胆思考解决问题方案的利弊。这就把课堂活动主动权交给了学生，让学生直面自己的错误并加以解决，不仅活跃了课堂气氛，而且有利于学生深度思考、合作交流、思维发散、集思广益，获得更大的思维空间。

3.3 构建认知模型，提高解决问题能力

构建认知模型是帮助学生认识化学、理解化学并形成用化学知识解决问题的思维方式，而模型认知则是检验认知模型所蕴含的解决问题的思想方法及假想机制是否符合学生的认知规律。为此，从解决问题的思维角度来看，应该引导学生收集证据、进行逻辑推理，形成有利于学生如何去想、如何去做的思维模型。

案例9 在“浓度对化学反应速率影响”教学时，用单位体积内分子数变化模型虽能很好论证“浓度越大速率越大”的结论，但并不能反映浓度变化倍数对化学反应速率改变的关系。而构建图5所示的认知模型，可激发学生从更理性的角度进行模型认知活动，不仅有助于学生运用认知模型反思评估自己的知识结构和问题解决过程，而且有助于实现知识与能力的可迁移，切实将素养培育落实到课堂教学中。

随着社会的变革，具备良好的解决问题能力是个体有效参与学习、工作以及主导自身生活的基础。在未来学习中，解决问题能力是学习结果所包含的核心元素，是学习与创新所需的核心素养之一。课堂教学中，还可结合学生个性认知特点与不同的化学内容来设计项目化学习活动，把知识整合、问题质疑、过程批判、动手操作、反思评价、实验创新等高阶思维活动协调起来培养问题解决能力。诚然，不是所有的教学都要指向问题解决，在不同的认知阶段侧重点应该有所不同，问题设置的学科角度、学科思路、深度和表现性水平要求也大不相同。

参考文献：

[1]王云生. 课堂转型与学科核心素养培养[M]. 上海： 上海教育出版社， 2016： 89～91.

[2]伍远岳， 谢伟琦. 问题解决能力内涵结构及其培养[J]. 教育研究与实践， 2013， （4）： 48～50.

[3]丁飞己. 工科本科生问题解决能力及其影响因素研究[J]. 中国高教研究， 2020， （5）： 17～22.

[4]林肃浩， 王先锋. 指向关键能力的高中化学课堂教学[M]. 杭州： 浙江科学技术出版社， 2020： 43～45.

[5]经志俊， 徐光静. 基于素养导向的高中化学教学主张[J]. 化学教学， 2021， （9）： 35～40.