通過(guò)問(wèn)題解決提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

徐丹

摘要：嘗試在高三“化學(xué)電源”的復(fù)習(xí)中，構(gòu)建復(fù)習(xí)的問(wèn)題框架，通過(guò)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究，解決各個(gè)層次的問(wèn)題，提升解決實(shí)際問(wèn)題的內(nèi)在品質(zhì)，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)為高三的復(fù)習(xí)尋求更好的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：高三復(fù)習(xí)課；科學(xué)素養(yǎng)；化學(xué)電源

文章編號(hào)：1008-0546（2017）05-0045-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.014

新《高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出“高中化學(xué)課程是科學(xué)教育的重要組成部分， 它對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展有著不可替代的作用”的理念，明確把培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)作為核心目標(biāo)，突出對(duì)科學(xué)探究、科學(xué)過(guò)程、科學(xué)方法的教育要求。而對(duì)于高三的學(xué)生來(lái)講，由于高中教材的內(nèi)容已經(jīng)講授完，在復(fù)習(xí)的策略上，更側(cè)重于高考考點(diǎn)的分析與解題技巧的講解，大量的題目訓(xùn)練使得學(xué)生感覺(jué)高三的復(fù)習(xí)非常的枯燥，機(jī)械的應(yīng)付全國(guó)各地的真題和模擬卷，讓學(xué)生覺(jué)得高三就是在煎熬。學(xué)生只是盲目地在不斷刷題，而輕視了化學(xué)解題過(guò)程，沒(méi)有形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣。這與現(xiàn)行高考化學(xué)對(duì)學(xué)生的要求也是不符的，現(xiàn)行高考不僅是考查化學(xué)知識(shí)，更重要的是檢測(cè)考生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。

從科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵出發(fā)，結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，人們普遍認(rèn)為化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)是指具有一定結(jié)構(gòu)層次的知識(shí)和能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的內(nèi)在品質(zhì)。問(wèn)題解決是通過(guò)“問(wèn)題”來(lái)激發(fā)學(xué)生持續(xù)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生不斷經(jīng)歷解決老問(wèn)題、解決新問(wèn)題、解決疑難問(wèn)題和發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題的學(xué)習(xí)循環(huán)，既可提高學(xué)生的復(fù)習(xí)興趣、建構(gòu)合理的知識(shí)體系，又能在體驗(yàn)問(wèn)題解決的過(guò)程中讓學(xué)生形成良好的科學(xué)思維品質(zhì)。通過(guò)問(wèn)題解決體驗(yàn)科學(xué)探究的方法與技能以及科學(xué)思維尤其是學(xué)生批判性思維的形成，能夠做到在活動(dòng)中敢于提出質(zhì)疑，勇于發(fā)表自己的見(jiàn)解。

高三一輪復(fù)習(xí)的功能除了喚醒學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的回憶外，更重要的是對(duì)有關(guān)知識(shí)進(jìn)行重組的基礎(chǔ)上提升綜合應(yīng)用能力[1]。以下是筆者以“化學(xué)電源”高三一輪復(fù)習(xí)課為例，通過(guò)完成“轉(zhuǎn)化任務(wù)”、構(gòu)建“問(wèn)題框架”、運(yùn)用“思維導(dǎo)圖”的教學(xué)策略復(fù)習(xí)化學(xué)電源知識(shí)的實(shí)踐研究。

一、 教學(xué)目標(biāo)

1. 構(gòu)建以化學(xué)電源為中心的問(wèn)題框架，讓學(xué)生在不斷解決問(wèn)題過(guò)程中，增強(qiáng)實(shí)際分析、解決問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力。

2. 歸納、整理常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及電極反應(yīng)式的書寫方法，構(gòu)建合理的知識(shí)體系。

3. 體驗(yàn)以問(wèn)題系統(tǒng)的高度優(yōu)化為策略，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式，提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

二、 教學(xué)過(guò)程

1. 環(huán)節(jié)一：教師給出問(wèn)題框架，喚醒學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的回憶。

課堂上，教師通過(guò)手繪問(wèn)題框架，勾起學(xué)生對(duì)化學(xué)電源的主體知識(shí)的回憶，為后續(xù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)完善問(wèn)題框架、優(yōu)化系統(tǒng)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

2. 環(huán)節(jié)二：完成轉(zhuǎn)化任務(wù)，自主構(gòu)建完善問(wèn)題導(dǎo)圖。

學(xué)生自主學(xué)習(xí)教師給出的問(wèn)題框架，通過(guò)小組討論，課堂交流，針對(duì)某一化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行細(xì)化、設(shè)置和拓展，豐富問(wèn)題導(dǎo)圖，把在這一段學(xué)習(xí)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題都盡可能地涵蓋進(jìn)框圖內(nèi)，形成更加全面的知識(shí)體系便于更好的復(fù)習(xí)。

3. 環(huán)節(jié)三：進(jìn)一步優(yōu)化問(wèn)題導(dǎo)圖，教師梳理有效問(wèn)題，教師引導(dǎo)探究問(wèn)題解決。

教師協(xié)助學(xué)生解決問(wèn)題導(dǎo)圖中設(shè)置的各項(xiàng)問(wèn)題，從認(rèn)識(shí)突破、方法突破、思維突破、能力突破四個(gè)方面指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)策略，歸納整理化學(xué)電源的知識(shí)體系。

（1）基本概念及構(gòu)成問(wèn)題方面：學(xué)生對(duì)充電和放電的區(qū)別還是分得比較清楚，但是當(dāng)復(fù)習(xí)到常見(jiàn)電極材料時(shí)學(xué)生往往不能歸納全面，筆者指導(dǎo)學(xué)生從電極材料本質(zhì)的功能，常見(jiàn)的化學(xué)電源的電極材料去歸納此問(wèn)題，比如只要是導(dǎo)體都應(yīng)該有作為電極材料的可能性，如：常見(jiàn)的有金屬包括惰性的如：鉑和金，活性的如：銅、鐵等，還有一些過(guò)渡元素的金屬化合物如：堿式氧化錳、氫氧化鎳等，金屬氧化物如鉛蓄電池，其他如：石墨、鈦網(wǎng)等。對(duì)于電解液的類型分類上，大部分學(xué)生對(duì)堿性、酸性和中性的電解液比較熟悉，而對(duì)固體電解質(zhì)如熔融氧化物和熔融碳酸鹽相對(duì)比較陌生。涉及電解液的存儲(chǔ)方式，學(xué)生容易遺忘燃料電池的特殊性。對(duì)于隔離物的問(wèn)題，主要是借鑒氯堿工業(yè)的離子交換膜，學(xué)生搞不清楚什么時(shí)候用陽(yáng)離子交換膜，而什么時(shí)候用陰離子交換膜，教師指導(dǎo)學(xué)生從溶液電中性以及離子移動(dòng)的方向上解決此類問(wèn)題。

（2）在組成和工作原理問(wèn)題方面：電極名稱問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，判斷時(shí)學(xué)生一般不易犯錯(cuò)，最近考試發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤居然出現(xiàn)在“陽(yáng)”和“陰”的書寫上，兩字混淆不清。放電的和充電的兩極反應(yīng)類型的判斷上，學(xué)生問(wèn)題也不是很大，電荷流向方面學(xué)生記得也比較牢固，但是具體在綜合題中，不會(huì)靈活應(yīng)用。總反應(yīng)書寫問(wèn)題上，學(xué)生不太會(huì)根據(jù)氧化還原的原理去確定總反應(yīng)，從而導(dǎo)致不能成功書寫兩極的反應(yīng)，教師指導(dǎo)學(xué)生從常見(jiàn)元素變價(jià)情況上去解決此類問(wèn)題如鐵、鈷、鎳常見(jiàn)的變價(jià)都是+2價(jià)到+3價(jià)的轉(zhuǎn)換，再結(jié)合題中給出的信息，找出氧化劑和還原產(chǎn)物，還原劑和氧化產(chǎn)物，嘗試自己書寫并從質(zhì)量守恒和電荷守恒的角度檢查是否正確。

（3）化學(xué)電源種類問(wèn)題方面：學(xué)生基本能正確描述對(duì)一次電池如普通鋅錳干電池和堿性鋅錳干電池基本原理，但是書寫容易忽視電解質(zhì)溶液的環(huán)境對(duì)電極反應(yīng)的影響，如：堿性鋅錳干電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式，學(xué)生易誤寫為：Zn-2e-Zn2+，而正確的應(yīng)該為Zn -2e-+2OH-Zn（OH）2；二次電池的難度要大些，教師引導(dǎo)學(xué)生以鉛蓄電池為例，分析其充放電的原理，運(yùn)用氧化還原得失電子的規(guī)律，由學(xué)生獨(dú)立完成電極反應(yīng)式的書寫并分析兩極質(zhì)量的變化情況，解決負(fù)極質(zhì)量并非只會(huì)減輕反而增重的問(wèn)題。教師進(jìn)一步拓展問(wèn)題，協(xié)助從電子流向的角度讓學(xué)生思考放電后充電如何接線的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)討論，嘗試能從電子怎么流出再怎么流入的分析解決此問(wèn)題，最終得出，放電時(shí)的正極連接電源的“+”，負(fù)極連接電源的“-”，簡(jiǎn)稱“正接正”、“負(fù)接負(fù)”的結(jié)論。再分析到燃料電池的問(wèn)題，學(xué)生的主要問(wèn)題反應(yīng)在記憶性方面的問(wèn)題上，容易遺忘如它是反應(yīng)物需要不斷地從外界補(bǔ)充而不是存儲(chǔ)在電池內(nèi)部，效率轉(zhuǎn)化更高等問(wèn)題。其他的新型電池是近幾年高考的熱點(diǎn)，如2014年新課標(biāo)全國(guó)卷（Ⅱ）鋰離子電池，由于負(fù)極材料比較復(fù)雜，容易干擾學(xué)生做出正確的判斷，因此，筆者把常見(jiàn)的鋰離子電池的正極材料給學(xué)生進(jìn)行了歸納，緩解了學(xué)生緊張的情緒，協(xié)助學(xué)生梳理了鋰電池的反應(yīng)原理，使學(xué)生能正確地解決問(wèn)題。再如2014浙江高考題鎳氫電池中的儲(chǔ)氫金屬或合金的問(wèn)題，筆者指導(dǎo)學(xué)生理清題目的目的，協(xié)助學(xué)生根據(jù)題目的信息完成對(duì)此類電池含義的理解，幫助學(xué)生克服遇到新型電池就害怕的心理障礙，分析常見(jiàn)元素化合價(jià)的變化，運(yùn)用氧化還原的知識(shí)，解決此類問(wèn)題。最后，由學(xué)生自行歸納電極方程式的書寫及要注意的問(wèn)題。

（4）綜合性問(wèn)題方面：筆者結(jié)合近幾年高考的熱點(diǎn)，協(xié)助學(xué)生解決一些綜合較強(qiáng)的問(wèn)題，如2013年全國(guó)卷中關(guān)于“能量密度”問(wèn)題，把物理與化學(xué)相結(jié)合，筆者指導(dǎo)學(xué)生理清思路，分析題中隱含的信息，找準(zhǔn)解題的突破口，從題中所給出的能量密度的單位出發(fā)，找到求解相應(yīng)的各個(gè)量，再把其綜合起來(lái)，得出相應(yīng)答案。再如解決一些實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，如電池為何回收的問(wèn)題，同時(shí)分析有可能產(chǎn)生的污染；電池放電時(shí)間的長(zhǎng)短，并分析可能的影響因素，以及如何選擇購(gòu)買各種電池的問(wèn)題；堿性電解液的電池的優(yōu)勢(shì)問(wèn)題，結(jié)合物理學(xué)科學(xué)生已有的知識(shí)解決此類問(wèn)題；闡述“比能量”、“比功率”的含義，分析二者的區(qū)別，應(yīng)用于比較電池的優(yōu)劣，比較不同種電池的能量效率的差異問(wèn)題。

三、 實(shí)施效果與分析

經(jīng)過(guò)近一年的“問(wèn)題解決與提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”的高三化學(xué)教學(xué)，學(xué)生在2015年南昌高三第二次聯(lián)考第27題的問(wèn)題作答中取得了較好的成績(jī)。測(cè)試題如下：

鋰是制造化學(xué)電源的重要原料，近年來(lái)磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料被視為最有前途的鋰離子電池材料之一，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池（簡(jiǎn)稱LFP）是一種高效、長(zhǎng)壽命的二次電池，其工作原理為C6Li + FePO4

x LiFePO4 + C6Li（1-x） + （1-x）FePO4，已知電池在充電時(shí)，陽(yáng)極中的Li+通過(guò)聚合物隔膜向陰極遷移；在放電時(shí)，負(fù)極中的Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。回答下列問(wèn)題：

（1）下列可作為此鋰電池的電解液的是

A. LiCl溶液 B. NaOH溶液

C. 鋰鹽的有機(jī)溶液 D. 熔融鹽（LiAlCl4）電解質(zhì)

（2）已知上述電池在充電時(shí)，陽(yáng)極中的Li+通過(guò)聚合物隔膜向陰極遷移；在放電時(shí)，負(fù)極中的Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。

①放電時(shí)正極上反應(yīng)的物質(zhì)是 ，充電時(shí)的陰極反應(yīng)式 ；

②若用該電池電解精煉銅，陰極質(zhì)量增重12.8g時(shí)，則電池中經(jīng)過(guò)聚合物隔膜的Li+數(shù)目為 。

（3）以鐵棒為陽(yáng)極，石墨為陰極，電解一定濃度的（NH4）2HPO4和LiCl的混合溶液，溶液中析出LiFePO4沉淀，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 。

（4）金屬鋰燃料電池是一種新型電池，比鋰離子電池具有更高的能量密度，如果理論上從電池輸出的電壓為3.60V，能量密度E=KW.h.kg-1

（列式計(jì)算，能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1kW·h=3.6×106J）

（5）鋰離子電池與普通鋅錳電池相比，其優(yōu)點(diǎn)是：

。

檢測(cè)卷的答題情況見(jiàn)表1分析，對(duì)學(xué)生答卷中的錯(cuò)誤進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，本題是圍繞鋰電池工作原理綜合應(yīng)用題，得分率為82.6%，說(shuō)明學(xué)生對(duì)化學(xué)電源的充電放電的過(guò)程掌握得比較好，

少數(shù)學(xué)生不能通過(guò)分析化合價(jià)的變化來(lái)確定反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物，而導(dǎo)致電極反應(yīng)式的書寫困難；計(jì)算隔膜的Li+數(shù)目時(shí)也有少數(shù)學(xué)生不能從保證溶液電中性的角度解決此問(wèn)題；計(jì)算能量密度時(shí)，多數(shù)學(xué)生已掌握了計(jì)算的技巧，主要存在的問(wèn)題是部分學(xué)生不能準(zhǔn)確算出其數(shù)值，運(yùn)算能力亟待提高。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，問(wèn)題解決提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的化學(xué)電源的復(fù)習(xí)，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力都有了非常顯著的提高。

四、 反思與啟示

通過(guò)實(shí)踐，筆者認(rèn)為將“問(wèn)題解決提高科學(xué)素養(yǎng)”應(yīng)用于高三化學(xué)教學(xué)復(fù)習(xí)的指導(dǎo)思想，可行且有效，通過(guò)讓學(xué)生不斷經(jīng)歷問(wèn)題的解決，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，避免了復(fù)習(xí)課一味做題的枯燥無(wú)味，提高了復(fù)習(xí)的效率。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，還必須依據(jù)認(rèn)知發(fā)展，設(shè)計(jì)有層次的問(wèn)題，根據(jù)不同的認(rèn)知層次，可以有不同類型的問(wèn)題，可以嘗試設(shè)計(jì)有梯度的問(wèn)題框架，極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的積極性。設(shè)計(jì)如記憶性的、理解性的、運(yùn)用性的、分析性的、評(píng)價(jià)性的和創(chuàng)造性的問(wèn)題；按照問(wèn)題的解決的難易，又可分為老問(wèn)題、新問(wèn)題、疑難問(wèn)題、新問(wèn)題發(fā)現(xiàn)等[2]。

最后，將高三的復(fù)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)化成學(xué)生對(duì)零散的問(wèn)題的整合和拓展，通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主探究，變“被動(dòng)學(xué)習(xí)”為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，通過(guò)嘗試解決一個(gè)一個(gè)的問(wèn)題，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的喜悅，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把學(xué)生從枯燥的題海戰(zhàn)術(shù)中解放出來(lái)，既能提高復(fù)習(xí)的效率，建立具有一定結(jié)構(gòu)層次的知識(shí)和能力，又能提升解決實(shí)際問(wèn)題的內(nèi)在品質(zhì)，進(jìn)而提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王滋旻.基于思維導(dǎo)圖開展“問(wèn)題化學(xué)習(xí)”實(shí)踐探索——以高中化學(xué)復(fù)習(xí)課為例 [J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（10）：38-42