“促進學生問題解決思路形成”的遞進式教學

摘要： 以促進學生形成解決問題的思路為目標，對“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”任務主題進行整體設計。從概念原理與方法程序兩方面分析解決問題思路的關(guān)鍵；依據(jù)學生認知基礎和發(fā)展需要，對學習目標及其進階進行規(guī)劃，通過具體的教學案例呈現(xiàn)基于目標進階的教學活動設計與主要策略；通過促進學生形成解決特定問題的思路方法的遞進式教學，讓發(fā)展學生化學學科思維方式和解決問題能力的目標落實在具體的教學實踐中。

關(guān)鍵詞： 實驗探究； 化學反應發(fā)生的證據(jù)； 解決問題的思路； 學習目標進階； 遞進式教學

文章編號： 10056629（2018）10005107中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

通過實驗認識物質(zhì)的化學性質(zhì)與反應是中學化學教學的重要組成部分。在某一條件下物質(zhì)是否發(fā)生了化學反應，物質(zhì)發(fā)生了怎樣的化學反應，如何證明等，是學生學習時首先需要思考和解決的問題。如二氧化碳和水、二氧化碳和氫氧化鈉溶液等無明顯現(xiàn)象的反應，部分學生盡管學習了從反應物消耗、新物質(zhì)生成兩方面來分析和解決問題的步驟但卻不了解使用這種方法的本質(zhì)原因，在分析相關(guān)問題或設計實驗方案時思路不清或缺乏思路與方法[1，2]。鑒于目前已有的相關(guān)文獻大多針對的是某一具體課例、具體反應以及“無明顯現(xiàn)象的反應”教學等，缺乏對學生解決特定問題的思路與能力發(fā)展培養(yǎng)的研究。為此，本文選擇以“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”為例，圍繞以促進學生形成解決這類問題的思路為目標的遞進式教學展開探討。

1目標導向的任務主題整體設計

以促進學生形成解決特定問題的思路為目標，是通過相應的探究任務來實現(xiàn)的，為此需要對探究任務主題進行整體設計。

“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”這一主題探究的具體問題（見圖1）大致包括： 初中階段，

主要研究某一或兩種物質(zhì)混合是否發(fā)生了反應，側(cè)重通過實驗從宏觀、定性的角度驗證發(fā)生了反應；高中階段，伴隨著離子反應、氧化還原反應、可逆反應、化學平衡等相關(guān)知識的學習，學生對物質(zhì)是否發(fā)生了反應的探究進一步拓展到微觀、動態(tài)和系統(tǒng)的認識層次，相關(guān)實驗活動側(cè)重研究物質(zhì)發(fā)生了怎樣的反應，即在驗證反應發(fā)生的基礎上，還要從宏觀與微觀、定性與定量相結(jié)合的角度進一步說明反應生成物是什么，揭示反應的微觀實質(zhì)，如揭示溶液中離子間發(fā)生了離子反應，或揭示反應中有電子轉(zhuǎn)移，證明發(fā)生了氧化還原反應，或證明發(fā)生的是可逆反應等。

如圖1所示，探究任務的主題具有一定的統(tǒng)攝性，通過對探究任務主題及其下屬內(nèi)容的整體設計，可以讓學生的化學學習從“散點”變?yōu)椤斑B貫”而結(jié)構(gòu)化，便于學習目標的達成。

2解決問題的思路與方法

“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”涉及兩方面： 怎么知道物質(zhì)是否發(fā)生了化學反應、如何判定物質(zhì)發(fā)生了怎樣的化學反應。其中每一個問題的解決，都需要關(guān)注兩類關(guān)鍵的知識： 概念原理和方法程序。

2.1解決問題的基本思路源自對概念本質(zhì)的把握

針對所探究的問題，相關(guān)概念原理知識是解決問題的基礎，也是解決問題的思路方法所依據(jù)的關(guān)鍵。下面以“探究是否發(fā)生了反應”為例加以說明。

物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學反應生成新物質(zhì)，伴隨著能量的變化，這是化學反應的實質(zhì)與基本特征，也是探究物質(zhì)是否發(fā)生化學反應的根本依據(jù)，即可通過新物質(zhì)的生成來證明化學反應的發(fā)生。那如何證明有新物質(zhì)生成呢？

根據(jù)化學反應生成了與反應物化學性質(zhì)不同的新物質(zhì)（即生成物或產(chǎn)物）這一特征，有時可借助觀察物質(zhì)性質(zhì)的變化（如出現(xiàn)顏色改變、氣體產(chǎn)生、沉淀生成等現(xiàn)象）來說明可能發(fā)生了化學反應。但需要指出的是，僅憑這些表觀的現(xiàn)象，還不能判斷一定是發(fā)生了化學反應，因為某些物理變化也會產(chǎn)生類似的現(xiàn)象。因此，還需要回到化學反應發(fā)生的標志是產(chǎn)生新物質(zhì)這一根本點上來考慮問題，即要證明確實發(fā)生了化學反應，就需要通過進一步的實驗來證明有新物質(zhì)生成，大致有兩種思路： 一是檢驗有新物質(zhì)生成，如木炭在氧氣中燃燒，通過檢驗燃燒生成的氣體使澄清的石灰水變渾濁，而反應前的氧氣并不具有這一性質(zhì)，可以證明木炭在氧氣中燃燒發(fā)生化學反應生成了二氧化碳這一新物質(zhì)；二是利用變化前后物質(zhì)化學性質(zhì)的差異證明有新物質(zhì)生成，例如，利用指示劑顯示混合前后溶液的酸堿性的變化來驗證鹽酸與氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應。

對于化學反應發(fā)生的探究，不僅要明確某一物質(zhì)是否發(fā)生了化學反應，而且還需了解到底發(fā)生了怎樣的化學反應，以便于增進對相關(guān)物質(zhì)的化學性質(zhì)與變化的理解。對此，需要根據(jù)某些反應（離子反應、氧化還原反應、可逆反應等）的微觀本質(zhì)和特點的不同而采取相應的方法。如借助數(shù)字化實驗說明反應過程中某些離子濃度的變化來說明離子反應的發(fā)生；借助一定的裝置顯示反應過程中有電流的產(chǎn)生來說明氧化還原反應的發(fā)生。又如，借助反應能發(fā)生且存在限度、反應物和生成物共存、反應能雙向進行、充分反應達到平衡狀態(tài)、改變濃度等條件平衡發(fā)生移動等，可說明發(fā)生的是可逆反應。

可見，針對“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”所涉及的兩方面問題，解決問題的思路是有層次結(jié)構(gòu)的，其思考的方向有所不同。但是，無論是探究物質(zhì)是否發(fā)生了化學反應，還是要回答如何判定物質(zhì)發(fā)生了怎樣的化學反應，都需要以化學反應的實質(zhì)和典型特征為基本依據(jù)，由此形成的解決問題的思路具有方法論的意義和價值。因此，引導學生體驗探究化學反應發(fā)生所蘊含的化學知識與思維方法，可以提升學生對化學反應的認識，有利于學生掌握解決這類問題的思路和方法。

2.2解決問題方法的關(guān)鍵在于實驗設計

本文提及的“探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”是借助化學實驗來完成的，理論上依據(jù)概念原理所形成的解決問題的基本思路與實驗中所采用的具體方法程序有很大的差別。相比較而言，實驗方法程序往往較為復雜，需要從實驗原理與藥品試劑、實驗儀器和裝置、實驗操作等多個方面[3，4]來考慮實驗條件的調(diào)控問題。其中最為關(guān)鍵的是，為了保證實驗結(jié)果的可靠性，根據(jù)實驗目的和實驗原理，必須對實驗中的變量進行識別與控制，設計對照實驗，并給出操作上的定義[5]，即需明確反應體系中有哪些因素會影響實驗結(jié)果（變量），在實驗中需要改變的因素是什么（自變量），在實驗中需要保持不變的因素是什么（不變量），要得到實驗結(jié)果需要觀察或測量的因素是什么（因變量）等。例如，要探究二氧化碳與水是否發(fā)生了反應，其關(guān)鍵在于要證明有無新物質(zhì)的生成。根據(jù)二氧化碳通入水中這個變化體系的特點，采取表1中所示的思路2利用變化后的物質(zhì)與反應前的物質(zhì)的化學性質(zhì)差異作為研究和認識化學反應發(fā)生的證據(jù)，即在二氧化碳通入水中這個混合體系中，借助二氧化碳與水反應后的生成物（碳酸）能使石蕊變色（而水、二氧化碳各自不具有這一性質(zhì)），通過對比實驗排除干擾，進而判斷二氧化碳和水發(fā)生了化學反應。

綜上所述，解決問題的思路是指對要解決的問題進行思考的方向、路徑或框架，即往哪兒想，怎么想，幫助學生架構(gòu)界定問題與解決策略之間的“橋梁”[6]，是促進學生形成解決問題的思路的關(guān)鍵。要促進學生形成解決問題的思路，首先需要以概念原理為基礎，讓學生知道從哪兒想，想什么。其次圍繞概念原理的實質(zhì)，需采取可操作的實驗方法程序。讓學生知道怎么想和如何做，這樣有助于幫助學生掌握解決這類問題的思維方式和方法。

3學習目標的規(guī)劃及進階設計

3.1兩類學習目標的規(guī)劃

如前所述，“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”涉及概念原理和方法程序兩類關(guān)鍵知識。基于學生的認知基礎與發(fā)展的考慮，本目標重在促進學生形成解決特定問題的思路方法，即通過學習，讓學生知道或?qū)W會做彼此相關(guān)的事情，如在初中階段，針對“探究是否發(fā)生了化學反應”的學習目標設計見表1。

按照表1所示的學習目標框架，在高中階段，針對離子反應、氧化還原反應、可逆反應等的探究，其中目標1.1將深入到對這些反應微觀實質(zhì)的理解；目標2.1則拓展到基于這些反應的微觀實質(zhì)不同需采取的相應方法。

3.2學習目標進階設計

對于剛剛學習化學的初三學生來說，積累相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與反應的知識是促進學生形成解決問題的思路方法的基本前提，與“實驗探究化學反應發(fā)生的證據(jù)”相關(guān)的內(nèi)容不宜集中學習，可選取典型反應作為載體，通過恰當?shù)姆椒ㄖ饾u積累物質(zhì)性質(zhì)與反應相關(guān)知識、拓展認識和解決問題的角度和思路以及解決問題的具體方法等。為此需要進一步對目標進階進行設計。

針對“實驗探究物質(zhì)是否發(fā)生了化學反應”的學習，初中階段的學習進程及主要發(fā)展目標（見表1、表2）大致如下：

一是基于實驗現(xiàn)象的觀察進行分析與推理，結(jié)合進一步的實驗證明有新物質(zhì)生成，初步形成解決問題的基本思路與方法。

二是討論實驗的內(nèi)容與過程，思考如何控制變量等，體會解決問題方法的關(guān)鍵在于實驗設計。

三是利用所學的解決問題的思路與方法，針對問題設計簡單的實驗方案，分析和解決相關(guān)問題。

在高中階段，學生將陸續(xù)學習并接觸到與離子反應、氧化還原反應、可逆反應等相關(guān)的實驗探究活動。依據(jù)所探究反應的微觀實質(zhì)，拓展解決問題的角度和方法以及能設計簡單實驗解決相關(guān)問題是高中階段所要發(fā)展的重要目標（見表2）。

4目標導向的遞進式教學案例與策略

以促進學生形成解決問題的思路為目標導向，教學按照整體設計，分段推進的原則逐步實施。現(xiàn)選取初中“氧氣的化學性質(zhì)”、“二氧化碳與水的反應”教學案例簡介如下。

4.1教學案例1——引導學生初步形成解決問題的思路

4.1.1目標進階的確定

“氧氣的性質(zhì)”的學習是學生第一次較為系統(tǒng)地認識某一具體物質(zhì)的性質(zhì)，其認識思路與方法的學習尤為重要。通過實驗可觀察木炭、鐵絲分別在氧氣中燃燒產(chǎn)生了明顯的現(xiàn)象，但是，木炭燃燒、鐵絲在氧氣中燃燒是否發(fā)生了化學反應？如何證明呢？考慮到學生在之前的學習中已經(jīng)知道物質(zhì)發(fā)生化學反應必定有新物質(zhì)生成，因此，可以將氧氣與木炭、鐵絲是否發(fā)生了化學反應作為問題探究點，引導學生思考解決這一問題的關(guān)鍵在于要檢驗木炭燃燒、鐵絲燃燒后是否有新物質(zhì)生成，從而幫助學生初步厘清研究一個反應是否發(fā)生就需要證明有新物質(zhì)生成的基本思路。

為此，以氧氣的化學性質(zhì)（木炭燃燒、鐵絲在氧氣中的燃燒）為載體，其目標進階A1： 初步形成解決問題的基本思路。即： 在觀察實驗的基礎上，通過實驗檢驗有新物質(zhì)生成，進而證明物質(zhì)發(fā)生了化學反應。

4.1.2基于目標進階的教學活動設計

以單元進階A1為導向，探究木炭燃燒的教學活動[7]設計如下：

[情境素材]呈現(xiàn)生活中木炭燃燒的實例。

[演示實驗1]木炭在空氣、氧氣中燃燒。

[問題1.1]你觀察到哪些現(xiàn)象？

[問題1.2]木炭燃燒是否發(fā)生了化學反應？如何證明？

（提供小資料： 木炭燃燒生成了二氧化碳，二氧化碳可以使澄清石灰水變渾濁，而氧氣沒有這個性質(zhì)。）

從學生已有的知識經(jīng)驗出發(fā)，借助實驗引導學生對木炭燃燒的現(xiàn)象進行觀察、比較與分析，利用問題1.2促進學生思考證明其發(fā)生了化學反應，需要檢驗木炭燃燒后是否有新物質(zhì)生成，培養(yǎng)學生基于實驗證據(jù)做出判斷的思維習慣。考慮到學生已有的認知基礎，此問題的處理可借助小資料的提示，在教師的啟發(fā)和引導下完成，其解決問題的思路見圖2。

按照圖2所示的思路，對于鐵絲在氧氣中燃燒的教學活動[8]設計如下：

[情境素材]出示燒紅的電爐絲、汽車上燒紅的點煙器等圖片。

[演示實驗2]鐵絲在氧氣中的燃燒。

[問題2.1]你觀察到了什么現(xiàn)象？這說明了什么？

[問題2.2]如何證明鐵絲在氧氣中的燃燒是發(fā)生了化學變化？（提供小資料： 上述變化過程中落在瓶底的黑色固體為四氧化三鐵。鐵絲與稀鹽酸反應有氣泡生成，而四氧化三鐵與稀鹽酸混合沒有氣泡生成。）

利用生活素材激發(fā)學生好奇心，借助實驗引導對實驗現(xiàn)象的觀察與比較，通過追問，再次促進學生進一步體會要證明發(fā)生了化學反應，需要檢驗其變化后是否有新物質(zhì)生成，讓學生養(yǎng)成用事實說話、基于實驗證據(jù)做出判斷的思維習慣。同樣，考慮到學生已有的認知基礎，此問題的處理需借助資料提示，在教師的啟發(fā)和引導下完成。

4.2教學案例2——促進學生體會解決問題的實驗設計方法

4.2.1目標進階的確定

關(guān)于“二氧化碳的性質(zhì)”，二氧化碳與水的反應是教學重點之一，由于其無明顯現(xiàn)象，二氧化碳與水是否反應常常成為一個探究點。對于教材中呈現(xiàn)的“小花實驗”[9]，學生初次接觸時往往感覺不好理解，對這個實驗要探究的核心問題以及解決這一問題的實驗設計依據(jù)或策略認識不清晰。對此，以“探究二氧化碳與水是否反應”為載體，其教學目標不僅僅是通過實驗了解二氧化碳與水能發(fā)生反應、反應生成的物質(zhì)能使石蕊變色等；而更為重要的是認識和體會解決特定類型問題的基本思路與實驗方法，體會化學反應中的條件控制以及對比實驗對于化學學習的重要性等。

為此，以“二氧化碳與水反應”為載體，其目標進階A2： 體會解決問題的實驗設計方法，即要通過討論實驗的內(nèi)容與過程，思考控制變量等，幫助學生了解其中的實驗設計。

4.2.2基于目標進階的教學策略

（1） 注重對學生思維方法的啟迪

以目標單進階為導向，本實驗活動的教學思路與啟發(fā)性問題設計見表3。教學中設計的這些連續(xù)性、啟發(fā)性問題以知識實質(zhì)為原點，關(guān)注思考問題的角度和線索，注重思維過程的外顯。其中從問題1到問題5，重在引導學生回到“化學反應”概念本身，教學生從頭到尾地想問題： 如何證明一個化學反應的發(fā)生、探究二氧化碳與水是否反應需要考慮什么、“小花實驗”為什么這樣做等。在經(jīng)歷這一過程中，學生通過分析、識別、關(guān)聯(lián)、推測等思維活動，促進學生辨別探究的核心問題并形成對問題及其相關(guān)影響因素的理解，知道如何控制變量等。問題6是引導學生對探究過程的反思，其意圖在于鼓勵學生去分析、反思探究的過程，從中感悟探究化學反應發(fā)生的基本思路，促進學生能把今后遇到的類似問題與這個問題相聯(lián)系，成為自我指導的學習者。

上述教學思路重在引導學生明晰探究的核心問題和實驗設計的基本依據(jù)，為學生形成解決問題的思路與方法提供具體指導，如引導學生分析其實驗目的、實驗中要得到實驗結(jié)果需要觀察什么，哪些因素可能會干擾或影響實驗結(jié)果，實驗中是如何處理的等，以此幫助學生對實驗內(nèi)容與步驟原理的理解。

（2） 提供方法工具將解決問題的思路方法外顯

為了幫助學生厘清這個實驗的設計思路，在學生動手實驗、現(xiàn)象觀察與分析的同時，在教學中指導學生借助“列表法”來呈現(xiàn)對實驗的分析和思考過程，將實驗設計背后的思路方法抽提出來并將其顯性化，使學生清晰地看到這一實驗設計的關(guān)鍵在于識別變量和控制變量（見表4）。

4.3其他——注重具體方法的豐富與遷移應用

以“探究二氧化碳與水是否發(fā)生了化學反應”為載體，學生初步體會到解決這類問題的實驗設計思路與方法，還需在后續(xù)相關(guān)內(nèi)容如二氧化碳與氫氧化鈉溶液、鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應探究中得到強化和拓展，即針對所研究物質(zhì)性質(zhì)及反應體系的不同，幫助學生積累解決這類問題的具體方法和經(jīng)驗。

學生解決問題思路的形成能夠指導學生分析和解決陌生情境下的相關(guān)問題，教師教學中需要促進學生在具體問題的解決活動中領悟“思路方法”的工具性和可遷移性。在二氧化碳與氫氧化鈉溶液、鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應探究中，可讓學生的學習目標達到進階A3（設計簡單實驗解決相關(guān)問題），還可針對實驗室中氫氧化鈉試劑是否變質(zhì)、食品包裝袋中生石灰干燥劑是否變質(zhì)等問題，引導學生設計實驗來分析和解決實際問題。此外，高中階段還可以讓學生遷移應用到二氧化硫通入水中、氯氣溶于水等是否發(fā)生了化學反應等問題的探究中。

5結(jié)束語

以目標進階為導向，分階段遞進式地促進學

生形成解決特定問題的思路與方法，讓發(fā)展學生化學學科思維方式和解決問題能力的目標落實在具體的教學實踐中。

解決問題的思路方法與特定的任務（或問題）緊密相關(guān)，學生解決問題的思路與方法的形成是一個持續(xù)進步的過程，教師的教學要為學生解決問題思路的形成創(chuàng)造機會和提供發(fā)展的空間。

參考文獻：

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