指向化学高阶思维能力培养的问题设计及实施策略

文∣欧阳志斌 郑璇 张贤金 何雷玉

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》倡导围绕“问题解决”展开化学课堂教学，让学生在问题解决学习中经历化学学科思维发展的过程，转变化学学习方式，发展化学高阶思维能力。问题设计作为问题解决教学的基础，是走向深度学习的关键、培育学生化学学科核心素养的重要途径。问题设计是指围绕学科基本概念和基本原理而进行的学习任务设计，它通常是通过问题的形式来组织教学内容，给学生设置一种真实而复杂、富有挑战性和极具吸引力的学习任务[1][2]，以学习任务驱动学生自主或通过合作的形式,综合运用所学知识去分析问题、设计问题解决的方案、寻找有效的证据，并基于证据得出结论，最终完成学习任务。学生真实经历以上过程，高阶思维能力就自然形成了。

要发展学生的化学高阶思维能力，就必须设计高质量的化学问题，因为只有高质量的化学问题才能激发学生的学习兴趣和求知欲，促使学生进行有意义的深度思考。[3]高质量的化学问题应该具有逻辑性，即让学生分析问题蕴含的化学知识，厘清化学知识的内在逻辑，深入理解化学学科规律和原理，在统整所提示信息的基础上加以分析、推理、提炼，进而领悟化学问题的本质。高质量的化学问题应该具有思辨性，即学生在分析和解决问题的过程中敢于质疑和评价。高质量的化学问题要有启发性，即设计的问题能够让学生厘清化学知识间的逻辑，启发学生理性地分析问题的本质特征，从而形成问题解决的角度、思路和方法。高质量的化学问题应该是开放性的问题，即问题的解决方案不唯一，它能引领学生积极思考、自主探究，发散思维，在问题解决中诱发高阶思维。

一、问题设计的原则

如今，教与学的活动中有利于学生化学高阶思维能力发展的具身性、开放性、进阶性、批判性问题偏少，评价性、创造性的化学问题更是少之又少。[4]以高阶思维引领化学问题的设计，需要教师思考“设计什么问题”“怎样设计问题”,才能激发学生学习化学的内驱力，引发学生的深度思考，转变化学学习方式，提高问题解决能力。

(一)创设问题情境，激发学习内驱力

问题解决教学中的化学问题应该具有情境性，化学问题的设计需要密切联系学生的日常生活实际。把日常的生产实际和生活经验创设为内含化学问题的真实情境，激发学生学习化学的内驱力，如此一来，学生就会持续主动地搜集证据、整理过程、做出解释或参与评价。来自日常的生产、生活经验的化学问题必须契合学生的认知发展水平，有利于刺激学生运用所学的学科知识(甚至是跨学科知识)和生活经验解决生产、生活中的化学问题，进而喜欢化学学科，乃至选考化学，甚至终身从事与化学相关的职业。[5]

(二)重视梯度设计，引发深度学习

教师在进行课堂教学设计时应重视问题的梯度设计。如果对化学问题进行梯度设计，就要设计问题链，问题链是在一个大情境下引导思维由浅入深，由层层递进的小问题组成问题集合体，注重问题设计的梯度性和整体性，促使学生学会自主调用已有知识和经验，进行动态多维度探析与化学有关的实际问题。它注重以“链”的形式驱动学生对问题进行深层思考，逐步把学生的思维由低阶引向高阶，从而完成学习任务。它能帮助学生更好地解构化学学科知识，然后在理解的基础上进行学科知识的重构，有利于学生进行深度学习。以“问题链”承载的课堂教学不仅要关注化学知识的结构化，更要关注认识思路的结构化和核心观念的结构化。因此，“问题链”推荐采取“由简到繁”“由单一到综合”的方式进行梯度设计，让学生能够拾级而上，不断打开思路，实现由“学会”到“会学”的螺旋上升。

(三)改进学习路径，转变学习方式

教师在设计问题时应遵循学生的认知发展和课标要求，从学生的生活经验和发展需要出发，探索改进学习路径，促进学生自主学习、合作学习、探究学习，让学生乐于、勤于、善于进行学科实践活动。问题设计需要反映不同思维水平的学习进阶，使学生的思维发展演变成一种由低阶向高阶的动态过程。教师要紧紧围绕化学学科核心素养发展的关键环节，将问题设置在学科知识的生长点或连接点上，使之触及化学学科思维和方法[6]，以此转变学生的学习方式。

(四)实施问题探究，提高问题解决能力

把问题的有效性和针对性当作化学高阶思维能力发展的出发点，在设计问题时要突出问题的探究性，探究性的问题更有利于学生“科学探究”素养的培养，化学高阶思维能力发展基于学生主体参与，设计探究性的问题或任务，驱动学生进行自主探究或合作探究。[7]一是创设认知冲突情境，使学生在积极思维和学科实践中优化与重塑原有的认知，不断形成和建构结构化的思维体系；二是提高学生问题解决的能力，培养学生学科实践能力。倘若学生能够在问题探究中应用化学高阶思维去剖析问题，学生的深度学习行为就产生了，就会提升化学高阶思维能力，自然地，学生解决问题的能力就能得到提升。

二、问题设计的关键

指向化学高阶思维能力培养的教学设计需要优化和改进问题的设计。化学学科核心素养的培养落地更多依赖化学问题的解决，其重点在于促使学生经历问题解决的过程，让学生在具身体验过程中不断形成和发展化学高阶思维能力。

(一)符合学生的认知发展规律

问题设计需要特别关注学生的认知发展规律，情境问题的设计需要贴近学生的日常生活经验，问题的设计应考虑能否充分激发学生的内驱力。一是设计问题时要从学生的生活经验中找寻素材，并为学生的问题探究提供资料和信息的支持，不断启发学生观察生活中的化学现象，体会生活中的物质应用，感受现实生活中的学科魅力，体悟学科的社会价值。二是要预设问题解决的过程，引导学生在知识的迁移应用过程中形成结构化的知识体系和有序思维，进而激发学习的兴趣。三是要帮助学生找到问题分析与理解的着力点，引导学生通过查阅文献资料、观察现象等获取有用的信息，建立学科知识和学科思维的关联。总之，要培养学生的化学高阶思维能力，就要让设计的化学问题符合学生的认知发展规律，努力创设贴近学生认知的学习情境，促进学生对化学学科本原的理解。

(二)体现学生对问题的探究过程

化学问题解决是一种体验性的学习活动，化学问题的设计要充分外显学生对问题的探究过程，让学生经历知识发现和问题解决的过程，并给学生提供充分的时间和空间去认识、去进行学科实践，确保其体验新知的生成过程，使学生在问题探究过程中走向深度学习，进而习得学科新知、活跃学科思维。问题解决教学需要学生在对问题的探究过程中进行有意义的知识建构和迁移应用，并上升为学科观念和思维，这也是培养学生化学高阶思维能力的重要方面。因此，教师要把化学学科知识转化成培养化学高阶思维的问题，让学生在问题解决的过程中领会学科知识的形成和发展。

(三)帮助学生建立解决问题的思路和方法

问题的设计要促使学生形成分析和解决问题的思路和方法，使其建立化学学科认识方式和认识思路。问题设计是从真实情境中抽提出学科问题的过程，设计问题时要考虑将生活世界中的问题转为化学世界中的问题，学生可以调用生活经验、应用学科知识解决问题，通过对化学问题的不断探究，可以激发学生的批判性思维和创新思维。教师在设计问题时要努力培养学生的迁移应用能力，即学生在面对陌生、结构不良而复杂的化学问题时，要能基于化学视角对问题的本质特征进行剖析，不断探索解决问题的角度、思路和方法，能从学科本质上深刻理解化学学科知识，发展化学高阶思维能力。

(四)促进学生在评价中实现思维的进阶

根据学情、学业质量标准设计学科问题，并通过评价手段来诊断和外显学生的认知发展水平和素养层级水平，这是实现“教、学、评”一体化的内在要求。问题的设计要利于考查学生对信息的处理能力和对问题进行表征的能力，要让学生敢于分享和反思自己的学习成果，鼓励学生在问题解决过程中提出新的问题，积极探索其他更多的问题解决路径。培养学生的化学高阶思维能力，力求帮助学生形成具备把习得的新知自觉地迁移应用到陌生问题解决的能力，并掌握问题解决的各种策略和方法。教师还应该对学生的思维进行评价，并有意识地对学生的学科思维进行训练，使学生的学科思维实现由低阶到高阶的进阶。[8]

三、问题设计的实施策略

发展学生的化学高阶思维能力，需要教师在课堂教学中帮助学生找到思考、分析和解决化学问题的角度、思路和方法，通过问题的结构化设计，采用提问、追问、针对性的反问等方式外显学生的思维，使问题探究过程成为自主的、持续的、逻辑性强的和不断进阶的过程，使问题解决学习活动呈现出深刻和积极的思维性。

(一)促进问题探究的自主过程

问题探究缘起认知冲突，为了让学生对问题产生浓厚的兴趣，教师需要创设认知冲突情境，并进行有梯度的问题设计，促使学生产生新的疑问、提出新的问题，从而进行自主学习、主动探究。例如，在进行探究“认识化学平衡常数”问题时，教师可以就以下问题组织学生思考：①化学平衡常数是什么？②化学平衡常数与反应物的起始浓度、反应进行的方向有关吗？③影响化学平衡常数的因素有哪些？④如何书写化学平衡常数的表达式？⑤学习化学平衡常数有什么意义？这样的问题探究能使学生成为主动的学习者。学生通过阅读教材制作的表格数据，并加以分析、对比、推理，进行深层次的思考，使问题解决的过程成为化学高阶思维能力发展的过程。

(二)保持问题探究的持续过程

问题探究应该是一个由低阶到高阶、由浅层到深层、持续展开的过程，由此形成一个多层次的问题体系。在进行问题探究的思维层次设计中需要涵盖“三么”要素(即是什么、为什么、怎么样)，以此引领学生进行循序渐进的、多层次的思考。例如，在探究“原电池的工作原理”时可以设计以下问题：①什么是原电池，原电池的构成条件是什么？②装置中的电流是怎么产生的，电流的方向如何？③电流的方向与电子流向一样吗？④原电池反应与氧化还原反应有什么关联？⑤如果把铜棒、锌棒分开放置在不同的烧杯中，还能构成原电池吗？如何不能，怎么改进？⑥原电池的正、负极必须是活泼性不同的电极吗？利用以上问题引导学生建立“原电池”的认知模型。这样，学生在面对陌生的新型原电池，如燃料电池、锂离子电池时就能基于已建立的认知模型分析其工作原理，并写出正确的电极反应式，甚至能根据实际需要自主设计或改良化学电源。

(三)厘清问题探究的逻辑过程

问题探究是一个厘清学科知识逻辑的过程，学生通过对问题的探究和解决，提高了迁移应用能力；教师还可以引导学生对问题进行延展，采取问题链的设计引发学生深度思考，让学生经历问题解决的思维过程，实现“由建构到探究再到建构”的学习进阶。例如，在教学“盐类的水解反应”时，教师可以设计以下问题：①热的纯碱溶液为什么可以除去物品表面的油污？②纯碱溶液显什么性，如何检测？③纯碱在水中并不能电离出氢氧根离子,为什么纯碱溶液显碱性？④盐类的水解反应的本质是什么？⑤为什么用纯碱溶液除油污需要对其加热，加热的目的是什么？⑥影响盐类水解平衡的因素有哪些？⑦你能举例说明盐类水解的重要应用吗？上述问题探究包含学生对认识盐类水解的规律、本质、影响因素和实际应用等逻辑过程。

(四)规划问题探究的进阶过程

基于“学习进阶”理论规划的问题探究过程，可以让问题探究的进阶过程更有利于发展学生的高阶思维能力。教师要设计好问题探究的进阶过程，这样才能使学生的思维更开阔、更发散。问题的进阶设计是促进学生高阶思维能力发展的关键，问题的进阶设计能够外显学生的学科思维方式，有利于教师适时改进教学方式，调整教学策略。例如，在教学“氧化还原反应”复习课时，教师可以基于氧化还原反应发展史的真实情境下，引导学生探究“氧化还原反应的特征是什么？”“氧化还原反应的本质是什么？”“氧化还原反应的规律有什么？”等问题。针对学生普遍感到困难的问题，如“利用氧化还原反应规律预测反应的产物”“基于氧化还原反应分析原电池、电解池的工作原理，书写正确的电极反应式”“化学工艺流程图试题背景下陌生氧化还原反应方程式的书写”进行合理的问题进阶设计。诸如此类的问题进阶设计，有利于学生深刻认识氧化还原反应的本质及其重要应用，发展学生的化学高价思维能力。

四、结语

问题设计是问题解决教学的关键一环。以化学高阶思维引领问题设计可以引发学生的深度学习，发展学生的化学高阶思维能力。问题设计的关键在于创设真实的问题情境，激发学生学习化学的内驱力，通过问题探究活动引发学生进行有意义的思考，驱动学生进行高水平思维活动，从而不断提高化学高阶思维能力，进而发展化学学科核心素养。总之，教师在进行课堂教学设计时，要坚持以问题为中心，将学科知识设计成高质量的问题或问题链，通过学习情境的创设引发学生思考，激发学生的学习兴趣，引导学生进行深度学习，不断形成和发展化学高阶思维能力。