基于“問題解決”的高中化學教學設計探討與實踐

韋存容 葉靜

摘要：問題解決教學是學生核心素養培育和提升的重要途徑，核心素養下的問題解決教學倡導情境、活動和問題解決的整體設計。通過教學實踐提出高中化學問題解決教學的四條建議，并以“氮肥的生產和使用”為例，參照問題解決教學建議進行了教學實踐探索。

關鍵詞：問題解決;高中化學;教學設計;問題鏈;情景鏈

問題解決教學是學生核心素養培育和提升的重要途徑[1]，新課程標準注重“將核心概念與情境、活動和問題解決融為一體”，建議“教師在教學中應創造真實且富有價值的問題情境，注意設計真實情境下不同復雜和陌生程度的問題解決活動，引導學生通過多樣化的方式解決問題”[2]。基于此，筆者對核心素養下將情境、活動和問題解決融為一體的“問題解決”教學提出若干建議，并以蘇教版“氮肥的生產和使用”主題為例進行實踐探索。

1 關于問題解決教學

問題解決教學是通過教師精心設計問題，以問題貫穿整個教學過程，使學生在對問題分析和解決的過程中學習知識和技能，逐漸形成解決問題的能力，掌握解決問題的思路和方法[3]。

如何在“問題解決”教學中將情境、活動和問題解決融為一體呢？采用圖1所示的大問題、大情境、大活動的問題解決教學設計思路能夠較好地解決這一問題。教師根據課程標準、教材內容分析，形成教學目標，根據教學目標和學生已有的認知，提煉出本節課的核心大問題，進而選擇或創設一個貫穿整個課堂的、與本節課學習內容相關的大情境[4]，形成本節課需要進行的大學習活動。在解決復雜的大問題過程中，教師需要逐步剖析，創設層層遞進、螺旋式上升的小問題鏈，每個小問題均在相應的有連貫性的小情境中呈現，進而組織不同階段的小活動，各活動的指向性應一致，引導學生積極、深度地思考，最終使得大問題得以解決，從而強化核心素養的發展。

2 核心素養下“問題解決”教學的建議

2.1 設計核心大問題，選擇真實大情境

進行問題解決教學設計時，教師需要在充分考慮教學內容和學生已有認知的情況下，提煉并設計出貫穿課堂始末的核心大問題。大問題需要具備真實性和科學性。如“氮肥的生產和使用”中創設的大問題為：怎樣將空氣中的氮氣轉化成既高效又便于施用、儲存和運輸的氮肥？該問題能夠將氮元素轉化的化學學科知識和真實世界聯系起來，是根據化學學科知識經過加工而形成的真實問題。

為了能夠激發學生解決問題的興趣，引發學生的認知沖突，教師需要選擇或者創設一個貫穿整個課堂的、與本節課學習內容相契合的大情境，學生從大情境中自然地挖掘出有待解決的、較為復雜的大問題。大問題是貫穿化學課堂教學的主線，需要如何創設呢？王偉等[5]認為，回歸學生生活經驗的“生活情境”作為大情境更具有真實性，更能體現化學學科的價值，激發學生的興趣，同時符合學生的認知發展順序，為學生挖掘有價值的問題提供支架。如“氮肥的生產和使用”中，以糧食與人口的關系這個緊密聯系學生生活經驗的情境作為大情境，內含了化學學科問題“如何將氮氣轉化成便于運輸與使用的氮肥”，促使學生用轉化觀來解決一系列含氮物質轉化的問題，并從運輸與使用兩個方面討論轉化得到的含氮化合物做氮肥的可能性，為將要在課堂中討論的問題設計框架。

2.2 設計邏輯問題鏈，促進知識結構化

問題鏈是問題解決教學的核心策略[6]。在問題解決教學中，教師需創設一系列問題，形成螺旋式上升的問題鏈，來降低學生的思維難度，使學生循序漸進地解決復雜的大問題。學生在解決一連串有指向性、邏輯性的問題過程中，充分調動各種知識，進而將零碎的化學學科知識結構化，形成分析問題和解決問題的能力。

在生成問題鏈時，每一個小問題與小問題之間應具有邏輯性和激發性。如“氮肥的生產和使用”中，可以設計“氨氣、液氨、氨水、銨鹽等怎樣轉化得到，是否適合做氮肥”這樣一連串的驅動性問題鏈。這一系列螺旋式上升的問題鏈可以將化學知識聯系起來，后面問題的解決需要使用解決前一問題所積累的知識和方法，促進學生知識結構化，并且激發學生解決問題的興趣，引導學生像學科專家或科學家一樣進行探索、思考與解決問題，保障核心素養的真正落地。

2.3 創設連貫小情境，確保結構完整性

在挖掘出小問題鏈后，教師需要提供有連貫性的小情境，確保情境結構的完整性。這些小情境的創設需要按照一定的線索尋找素材，小情境素材的選擇不僅要與大情境相呼應，而且小情境之間要前后支持，有邏輯性。雜亂無序的小情境不利于教學目標的實現。

如“氮肥的生產和轉化”中，對氨氣、液氨、氨水、銨鹽等的生成與轉化一系列問題鏈創設一系列氮肥生產發展史小情境：合成氨工業與諾貝爾獎、上世紀80年代我國生產建設兵團曾在新疆開展液氨氮肥的研究、上世紀50～60年代中國氨水氮肥的使用、銨鹽氮肥的使用、鑒于銨鹽氮肥的污染轉而對液氨氮肥的重新審視。這些從科學發展史中挖掘出來的小情境能夠真實地展現科學家們在當時所面臨的問題，幫助學生還原當時科學家們研究問題的思路和方法，真實地感受到問題解決的思維歷程，促進學生認識思路的結構化。

2.4 設計多樣化活動，突出高階思維活動

為了順利解決問題，學生在教師的組織引導下采取一系列學習活動。不是所有的小問題都要設計成豐富的學習活動。教師需要從小問題是否是問題解決的關鍵來考慮，哪些問題需要著重設計學習活動，哪些問題可以讓學生課后去交流。如果小問題的解決活動是整個大問題解決過程的關鍵環節，學習活動中包含著想要滲透給學生的研究思路和方法，那么教師要盡可能地創造條件，為學生提供具有操作性的活動空間。例如，“如何將氨氣轉變成固態氮肥”是整個問題解決的關鍵，包含了微粒間反應的基本觀念，需要學生利用分類、推理、假設等科學思維，轉化成具有可操作性的實驗探究活動：預測濃氨水與濃鹽酸的反應，并進行實驗驗證。學生通過小組合作的實驗探究活動，了解將氨氣轉變成固態氮肥氯化銨的方法，并形成將氨氣轉變成固態氮肥的一般思路。

如果小問題不是核心問題，教師可以將這類問題設計成調查類活動，鼓勵學生作進一步的研究。例如，對于“為解決銨態氮肥造成的霧霾，中國要成功推廣液氨氮肥，需要解決的關鍵性問題有哪些”這類問題，教師可以將活動設計成課后作業的形式，促使學生查閱資料，讓學生在問題解決過程中了解和體會化學與生產、生活、科技、環境等之間的關系，培育學生的技術創新思維。

3 基于“問題解決”的高中化學教學實踐

以高一“氮肥的生產及轉化”（蘇教版，必修1）為例，參照上文提出的核心素養下的“問題解決”教學建議，進行高中化學教學實踐。

3.1 教學目標

（1） 創設真實問題情境，實驗探究氨氣的物理性質和化學性質，培育學生的實驗探究和證據推理素養。

（2） 運用物質的分類核心概念來探索氨氣的性質，指導氨氣的轉化，能運用化學語言進行正確表述，培育學生的微觀探析、模型認知素養。

（3） 通過了解氮肥的生產與使用歷史，認識化學工業在國民經濟發展中的重要地位，體會化學與生產、生活、科技、環境等之間的關系，培育學生的科學態度和社會責任感。

（4） 通過氨氣性質和用途的學習，初步了解研究物質性質的基本思路和主要方法，認識和體會實驗探究對化學學習的重要意義。

3.2 教學設計

教學設計如表1所示。

小問題鏈小情境鏈小活動

問題1：空氣中含有大量的N2，怎樣將游離態的N2轉化成化合態的氮？化學史情境：合成氨與諾貝爾化學獎。

問題2：NH3適合直接作為氮肥使用嗎？為什么？實踐情境：探究氨氣的物理性質。學生活動：觀察氨氣顏色，聞氨氣氣味。

學生討論：氨氣做氮肥的缺點。

問題3：液氨適合做氮肥使用嗎？為什么？工農業生產情境：上世紀80年代，我國生產建設兵團曾在新疆開展液氨氮肥的研究。

工農業生產情境：英國液氨注入土地施肥。學生討論：液氨氮肥的缺點。

學生討論：液氨氮肥沒有在中國推廣的原因。

問題4：如何將氨氣轉化成氨水氮肥？氨水適合直接作為氮肥使用嗎？為什么？實踐活動：氨的噴泉實驗。

工農業生產情境：上世紀五六十年代，中國氨水氮肥票、氨水使用說明書。

實踐情境：探究濃氨水的揮發性。演示實驗：氨的噴泉實驗。

實驗分析：描述噴泉實驗現象、分析實驗原理、分析氨水氮肥肥力。

學生讀圖：氨水氮肥的使用注意點。

學生實驗：探究濃氨水的揮發性。

討論：氨水氮肥的缺點。

問題5：如何將氨氣轉化成銨態氮肥？使用需要注意哪些問題？實踐情境：濃氨水與濃鹽酸反應微型實驗。

實踐情境：加熱氯化銨。

實踐情境：氯化銨與氫氧化鈣在塑料密封袋中的微型實驗。學生實驗：濃氨水與濃鹽酸反應微型實驗。

書寫：濃氨水與濃鹽酸反應的化學方程式。

思考：其他銨態氮肥如何生產？

學生實驗：加熱氯化銨。

學生實驗：氯化銨與氫氧化鈣反應微型實驗。

討論：銨態氮肥使用的注意事項。

問題6：為解決銨態氮肥造成的霧霾，中國要成功推廣液氨氮肥，需要解決的關鍵性問題有哪些？工農業生產情境：中國1977年至2016年糧食年產量、每公頃土地農作物產量、氮肥的年使用量變化數據。

社會情境：太湖藍藻。

社會情境：外媒稱濫用氮肥加劇了中國的霧霾（新聞2013年）。

知識類情境：再論液氨能否成為中國氮肥工業發展的新亮點（論文2014年）。數據解讀：我國氮肥的使用量與糧食產量、農作物的單位產量的關系。

思考：銨態氮肥對環境的影響;

思考：中國大力發展液氨需要解決的問題。

3.3 教學反思

從教學設計整體性上看，以大問題、大情境、大活動的結構來引領教學設計，以具有連續性和邏輯性的小情境、小問題、小活動來推進問題解決的方式，能夠有效地促進情境、活動和問題解決三者融為一體;從課堂目標的達成上看，在真實的、貼近生活的情境中產生的學科實際問題，通過實驗探究、方案討論等多樣化的學習活動來引導學生深度學習，能夠較好地完成預設的教學目標;從教學設計的結構上看，螺旋式上升的問題鏈能夠將瑣碎知識結構化，連貫的小情境能夠促進情境結構趨于完整性，多樣化的小活動能夠促進認識思路的結構化，進而促進學生從化學學科知識向化學核心素養的轉化。誠然，本節課的教學設計和課堂實踐還存在一些問題，如課堂內容偏多，留給學生討論“中國推廣使用液氨氮肥需解決的關鍵性問題有哪些”等開放性較大的問題的時間不夠;學生小組進行實驗探究時較為混亂，需要教師更好地引導和指導等等。

參考文獻：

[1]經志俊，劉江田. 基于“問題解決”的“有機合成”教學設計[J]. 化學教學，2018，（1）：53～58.

[2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：73～74.

[3]惠海濤. 化學課堂教學中驅動性問題的設計策略[J]. 化學教學，2018，（10）：57～60.

[4][5]王偉，王后雄. 《普通高中化學課程標準（2017年版）》中“情境素材建議”內容特點及使用建議[J]. 化學教學，2018，（10）：15～19，26.

[6]胡久華，郇樂. 促進學生認識發展的驅動性問題鏈的設計[J]. 教育科學研究，2012，（9）：50～55.