原始化學問題在中學化學教學中的價值初探

徐盼盼等

一、原始化學問題的涵義

原始問題，是指自然界及社會生活、生產中客觀存在、能夠反映科學概念、規律本質且未被加工的典型科學現象和事實。原始問題具有客觀性、復雜性、已知條件的隱蔽性、思考問題的多向性以及解決問題的最佳性等特點。原始問題的解決過程可以分為三個連續的環節，首先是認識問題；然后是進一步分析原始問題，抽象為科學模型，又稱為“科學建模”過程；最后是在建模的基礎上，選擇適用的解決方法，運用技能技巧通過科學的推演或者計算，又稱為“解題技巧”。解決原始問題的圖解如下圖：

綜上，在對原始問題分析的基礎上，結合化學學科的特點，我們認為原始化學問題是指基于自然界及社會生產中客觀存在的能夠反映化學概念、規律本質且未被加工的典型化學現象和事實。在中學化學教學中引入原始化學問題是提高化學教學水平的有意義的實踐。根據原始化學問題的情境來源我們把原始化學問題分為以下三種：生活中的原始化學問題、生產中的原始化學問題和科學研究中的原始化學問題。

國外對原始化學問題的研究集中在理念和實踐研究兩個層面。在國內，原始問題日益引起中學學科教學的關注。有學者把原始問題引入到中學生物習題教學實踐中研究原始生物問題的教學價值，原始生物問題教學具有重要的作用。關于原始物理問題的研究相對成熟一些。北京大學的趙凱華教授較早提出應重視原始物理問題的價值，他明確指出了原始問題對于科學教育具有重要的理論意義和現實意義。

相對于生物和物理學科，化學學科的原始問題關注的較少。在現有的考試及資料中也出現了一些準原始化學問題——情景化學習題。總之，國內原始化學問題的相關研究日益引起廣大教育科學研究工作者和一線教師的關注，原始化學問題及稍異于原始化學問題的信息情境題在有關出版物中出現的頻率也越來越高。但是，有關原始化學問題的系統研究還比較少，關于在習題教學中通過滲透一定量的原始化學問題的實踐研究還未發現。

二、原始化學問題的特點

1.真實性

原始化學問題提供的是一種真實的生產或者生活情景，是對現實世界真實的反映或模擬，問題的情境信息和知識信息都來源于客觀實在的事實，具有客觀真實性。這一特性是原始化學問題的本質特點，真實的問題情境讓學生認識到知識來源于生活實際，在真實的問題情境中解決問題，從而學習知識，克服了對學習的抽象枯燥感。同時，在解決問題的過程中，體驗自我成長的過程，切實感受化學學習對生產生活的意義。

原始化學問題1：在汶川地震中水源一度中斷，救援工作者克服困難，從山上引出水供山下的居民使用，居民用水包括生活用水和醫療用水。請你從化學角度給出對所提供的生活用水和醫療用水進行處理的方案。

評析2008年5月12日汶川地震牽動全國人民的心，社會各界以自己的方式為災區提供幫助。中學生作為公民也有這種愿望，但是介于年齡和能力限制，無法給災區提供直接幫助，但是對災區的救援很關注。本題以救援工作中的醫療用水角度提出問題，考察的知識點是化學實驗基本技能：過濾和蒸餾等等。

2.生態性

教育生態性強調在完整的自然情境中研究教育規律以及學生的心理活動規律，強調提高教育活動的可應用性和普遍適用性，建立合理的教育生態環境，提高教育的效益，促進人才迅速成長和發展。原始化學問題的呈現內容保持著問題的原始形態，即：信息的復雜性和豐富性。在這個復雜的和信息豐富的問題情境中，存在大量的輔助信息，以文字、圖表和圖像等形式呈現，學生在解決問題時需要從大量的信息中提取需要解決的問題以及解決問題需要的有效信息。而生產生活中的問題都是生態性完整的問題，所以原始化學問題有助于學生解決問題能力的培養。

原始化學問題2隨著生活節奏的加快，袋裝食品進入人們的日常生活中，比如：糕點、熟肉制品、干酪、干制蔬菜、糖果、干制的海產品小吃等。食品的包裝袋內都有一個類似于干燥劑的小袋子：脫氧劑，其作用是吸收氧氣，使食物因缺氧而不會變質發霉等，從而長期保存食品。目前使用的大部分脫氧劑都是基于鐵粉氧化反應，這種鐵系脫氧劑可做成袋狀，放入包裝內，使氧的濃度降到0.01%。一般要求1 g鐵粉能和300 mL的氧反應，使用時可根據包裝后殘存的氧氣量和包裝膜的透氧性選擇合適的用量。請你計算一袋熟肉制品需要多少克鐵粉做脫氧劑？

評析以食品中的脫氧劑的使用為問題情境，以脫氧劑的用途為知識點的載體，考察氧化還原反應和根據化學方程式進行計算。但是問題情境中，沒有給出食品袋的體積，因為不同的食品包裝要求不同，學生在解決問題時需要首先假設一個體積V，然后分析根據化學原理需要多少脫氧劑（鐵粉）。整個問題情境是完整的，先分析問題，設定物理量，設計解決思路，最終解決問題。

3.隱蔽性

原始化學問題的客觀真實性和生態性，信息復雜性和豐富性，決定了原始化學問題的信息具有隱蔽性，解決問題需要對知識進行遷移。原始化學問題不提供明確的已知條件，解決原始化學問題需要什么知識，應用什么方法，需要學生自己去提煉問題，然后構建問題模型，最后把知識遷移應用。這就要求學生對知識的學習要全面，對知識的內涵把握深刻，不能停留在簡單的背概念和記化學方程式上面，所以原始化學問題有助于學生學習能力的培養。

原始化學問題3：聞名世界的美國自由女神銅像，表面被一層銅綠覆蓋著，所以現在看來整體是綠色的，完好無損。但是仔細觀察發現鋼鐵鉚釘與銅連接處被腐蝕了，查閱資料確定為什么鋼鐵鉚釘與銅連接處比雕像的其他區域更容易發生腐蝕。

評析本題考察的知識點是化學腐蝕和電化學腐蝕，但是沒有出現化學專業術語，文字描述的是生活情境，化學問題隱含在情境中，學生首先挖掘隱含信息，然后把問題遷移，運用化學知識解決問題。

4.開放性

原始化學問題的開放性是指問題情境是開放性的，決定了解決問題的方法也是開放性的，答案也不是唯一的，不同水平的學生依據自身的認知水平由淺入深地做出不同的回答，需要通過個人或小組的化學活動來解決它，具有趣味性，能引起學生的思考并對學生的智力提出挑戰。

原始化學問題4印刷電路板，又稱印制電路板，英文縮寫PCB（Printed circuit board），電路板是重要的電子部件，是電子元器件線路連接的提供者。傳統的電路板采用蝕刻法，用氯化鐵溶液作為“腐蝕液”，請寫出化學反應原理，并論述這種傳統方法的優缺點，判斷現代印刷電路板是否可以采用此方法？

評析由于學生對印刷電路板的認識因人而異，有的學生對電子電路感興趣，在日常生活和學習中關注這方面的信息，對現代和傳統方法的優劣有所了解，對這個問題就會回答的很全面；而對這方面不熟悉的學生，就需要查閱資料，得出的結論有局限性。

三、原始化學問題在中學化學教學中的價值

1.提高對科學本質的認識

培養學生的科學素養是科學教育的一個長遠目標，美國科學促進協會（AAAS）將科學本質從三個維度進行界定，分別是科學世界觀、科學探究和科學事業。在原始化學問題教學中， 學生可在真實的問題情境中重新發現問題、提出假設、解決問題等。可以避免靜態空洞的學習， 從而更好認識科學本質。

2.培養解決問題的能力

隨著素質教育的推進，社會需要具有創新素質和實踐能力的人才，學生問題解決能力的培養引起廣泛關注。美國、加拿大、日本、法國、英國等國家都把培養學生的問題解決能力寫進課程標準中，在教材中設置問題解決原則和問題解決主題等相關內容。問題解決是認知學習的最高形式，問題解決需要智慧性和創造性。結合科學學科的特點和中學生的實際，解決問題的過程分為5個階段：明確問題、探求解法、實施計劃、檢驗結論、討論反思。原始化學問題的真實性和生態性特點，讓學生在解決問題的過程中學習，學習的過程就是解決問題的過程，從而有助于培養學生解決實際問題的能力。

3.培養創新能力

在經濟全球化進程中化學教育也受到社會進步、科學發展、技術騰飛及教育理念更新的影響， 時代對人才類型的要求發生了變化，社會需要技術應用型、綜合創新型人才。創新能力比如：自學能力、動手能力、歸納能力和思維能力等；專業業務能力比如：技術開發能力和系統分析和綜合能力。原始化學問題中融入了多種與化學知識相關的生產生活問題，讓學生利用所學的知識和技能解決實際生產和生活中的問題，實際問題中的多學科交叉，為學生提供了進行科學實踐的機會，有利于創新實踐能力的培養。

4.有利于STS教育

當今，化學日益滲透到生活的各個方面，特別是與人類社會發展密切相關的重大問題。化學與人類的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、國防、環境保護、醫藥衛生、資源利用、等方面都有密切的聯系，它是一門社會迫切需要的實用學科。原始化學問題以生產生活和科學研究中的事實為教學背景，讓學生切身體會到化學是一門實用學科，培養學生的化學思維，正確理解知識與社會發展的關系，樹立正確的STS觀念，社會的發展需要化學，正確認識化學的作用，工業生產需要化學技術，環境污染的治理更需要化學技術和方法。

四、結論

原始化學問題作為一種教學資源，以其客觀真實性、生態性、隱蔽性和開放性已經越來越引起人們的重視，越來越多的人意識到應將原始化學問題引入到學生的學習過程中。由于化學學科以實驗為基礎，同時具有嚴謹性、邏輯性、抽象性以及廣泛的應用性等特點，學生的周圍存在著大量的原始化學問題，為原始化學問題的教學價值的發揮提供了可能和廣闊的空間。因此，積極探索原始化學問題在中學化學教學中的教學價值，積極促進原始化學問題在中學化學教學中有關可行性和有關普及性的問題，對于培養學生的批判性思維、問題解決能力和創造性能力，有著十分重要的意義。

（收稿日期：2014-10-20）