基于學生認知的高中化學課堂問題設計

楊葦

摘要：《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：關注學生的認知發展規律，根據學生認知的發展性和階段性特點，組織和呈現化學知識。以學生已有知識和生活經驗為基礎呈現化學知識使教學內容體系更符合學生的認知發展規律，促進學生在不同水平上的發展。在實踐教學中，教師要基于學生已有經驗、創新能力、認知缺陷等，創設真實具體的問題情境，融合多學科知識設置問題，發揮問題的驅動力，實現認知結構的重組，逐步培養學生化學學科核心素養和能力。

關鍵詞：學生認知;高中化學;課堂問題設計

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）指出：我們要“關注學生的認知發展規律，根據學生認知的發展性和階段性特點，組織和呈現化學知識。以學生已有知識和生活經驗為基礎呈現化學知識使教學內容體系更符合學生的認知發展規律，促進學生在不同水平上的發展”。高中學生在認知上已有一定的成熟度，善于根據現象總結經驗，但往往因觀察程序不當或不全面導致認知偏差，在思維能力方面已具有一定的抽象概括、邏輯整理和反省能力，在思維品質上具有較大的獨立性、深刻性和批判性，有時會產生片面性和過多的主觀性。化學教學中，教師應根據學生的認知水平和特點，結合教學內容進行合適有效的問題設計，搭建知識轉化和提升的平臺，幫助學生在追求新知的過程中更快更好地越過認知的“能壘”、明確研究方向，激發學生學習內驅力，促進他們獲得動力、提升能力，從而逐步發展化學學科核心素養。

一、根據學生已有經驗，創設真實具體的問題情境

學生在學習中，如果能時刻感受到學科知識與自己的生活密不可分，必然在情感上會親近該學科，在心理上愿意主動走進該學科世界探個究竟。化學就是這樣一門與生活緊密聯系的學科，化學知識源于生活用于生活，真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺。我們在教學中需有意識地關注并搜集有價值的情境素材、創設真實有價值的問題情境，為學生提供真實的感悟機會。

生產生活中產生的二氧化碳排放引起的環境問題，是學生們非常熟悉的內容，近幾年“碳中和”“二氧化碳資源化利用”等概念也逐漸為學生熟知，而電解法又是實現二氧化碳資源化利用的有效方法之一，因此在講到電解原理應用時，我就結合“碳中和”主題播放“二氧化碳排放配額”相關視頻，首先讓學生了解這是需要全球合作共同解決的大問題，是個系統工程，接著設計以下問題：①二氧化碳的資源化利用方法有哪些？②若要利用電解原理處理二氧化碳，從電解池裝置要素看你覺得需要解決哪些問題？在問題的促使下，學生組成學習小組合作討論：①提出碳資源化利用的多種方法：作保護氣、植物光合作用、制CO、甲醇、尿素等等;②電解法處理時，要考慮將CO2轉化成什么產物、選擇什么材料作電極、選擇什么物質作電解質以及交換膜的選擇等等。從同學們的討論結果來看，他們能在問題驅使下自主融合化學、物理、生物等學科知識，對電解法的基本要素有所掌握，隨后我向學生介紹真實工業處理時，若選擇電解法是如何根據產物要求不同來選擇電極材料、電解質及交換膜的，引領學生建立電解法在環境治理中應用的認知模型，從而推動學生將該思維過程及方法應用于其他環境問題的分析。

當然，問題情境的創設可基于生產生活，也可基于實驗或借助于自然現象、化學史等，讓學生在感受情境的過程中不僅有效解決了化學問題，還最大限度地樹立正確的情感態度價值觀，提升生態文明意識。

二、捕捉學生疑惑點，找準問題設計的時間點

著名教育家蘇霍姆林斯基說過：“教育的技巧并不在于預見課堂的所有細節，而是根據當時的具體情況巧妙地在學生不知不覺中做出相應的變化”。學科的特點、教材內容的教學順序、學生知識結構、學生分析問題的能力、語言表達能力等都可能是學生在學習過程中出現情況的因素之一，其中學生已有知識結構是決定教學內容深度廣度的基礎，教師需根據學生已經掌握的學科知識為背景，將新問題置于背景之上，注意觀察學生反應，善于捕捉學生的疑惑點，找準問題設計的時間點，幫學生搭好往上一層知識層面爬的梯子，引導學生抽絲剝繭，深入問題核心，挖掘本質內容，最終突破難點。

在2017年江蘇高考題中有這樣一問：右圖是電解Na2CO3溶液的原理示意圖。寫出陽極的電極反應式。學生在分析時出現兩種觀點：一種認為陽極電極反應式為4OH-—4e-=== O2↑+2H2O，一種注意到陽極室溶質的變化，但不清楚為什么CO會轉化為HCO。若此時教師能捕捉到學生的困惑點，巧妙地設計幾個問題進行引導，必定事半功倍。我在教學中首先肯定了學生對電解池的基本原理掌握得不錯，同時作以下引導：

以上引導讓學生對該陽極的反應原理豁然開朗，不僅理解了此題，更重要的是明白在分析電極反應式時需關注真實體系環境如溶液酸堿性、溫度、微粒濃度等因素對微粒放電真實情況的影響，從而讓學生真實感受化學的學科特征——真實性。

三、融合學生多學科能力，增強問題設計的巧妙性

縱觀歷年化學高考考查要求和《課程標準》，我們發現，化學試題不僅僅是考查化學知識點，而是將化學知識置于新的信息情境中，學生需要發揮對新信息的捕集、篩選的能力，找到其中的關聯性，然后與題中問題結合分析，讓學生在解題時不經意地提升了學科融合的能力。但這種能力的培養不是一蹴而就的，是需要我們在平時教學中潛移默化、細水長流，在一個個問題的引導中逐步培養的。

如在化學反應速率和化學平衡教學中，我們要善于利用圖像分析，充分發揮學生在數學方面對坐標、數據的處理能力，教會學生如何有效應用數學知識分析化學圖像：明確橫縱坐標含義（特別是雙坐標時）——找出物理量之間的關聯性（變化趨勢與拐點等）——具體化學反應中的應用表現——推出結論。

再如以下問題：已知過量含磷物質的排放會致使水體富營養化，因此發展水體除磷技術非常重要。鐵炭混合物在水溶液中可形成微電池，鐵轉化為Fe2+，Fe2+進一步被氧化為Fe3+，Fe3+與

結合成FePO4沉淀。鐵炭總質量一定，反應時間相同，測得磷去除率隨鐵炭質量比的變化如圖所示。請分析當m（Fe）：m（C）>1：1.5時，隨著m（Fe）增加，磷去除率降低的原因。當學生面對這樣的歸因分析題時往往會不知所措，此時教師通過問題設置巧妙的引導顯得尤其重要：

①請注意關鍵詞“反應時間相同”，故磷去除率降低即說明什么？

②影響化學反應速率的因素有哪些？

③結合題中信息，你認為從哪個因素分析比較合理？

在此引導下，學生自然而然分析得出當m（Fe）：m（C）>1：1.5時，隨著m（Fe）的增加，形成的微電池數目減少，溶液中的c（Fe2+）減小，故磷去除率降低。

問題的解決，使學生深切感受到了不同學科的相輔相成關系，因此化學教學并不是純粹地尋求知識的傳授，而是與其他學科進行知識和能力的融合。問題是激發和引領課堂的重要動力來源，教師在教學中要通過巧妙設置問題，創造“問題鏈”引領學生耐心審題、讀題，通過閱讀提升獲取新信息能力、通過理清邏輯關系突破知識盲點，過程中又時常會產生意想不到的生成性資源，推動著學生不斷融合多學科能力，提升問題的高度和廣度，發揮各學科知識的相互促進作用，為素養的生成舔磚加瓦。

四、基于學生創新能力，發揮問題的驅動力

創新能力是支撐學生終身發展的關鍵能力之一。高中生在前期的學習中，已逐步學會發現和認識有意義的新知識、新思想、新事物和新方法，對簡單化學問題的解決能提出可能的假設，他們豐富的想象能力有利于在追求新知的過程中獲得動力，讓知識體系延伸得更全面。教師要抓住這有利契機，通過問題的設立，充分發揮問題的驅動力，激發學生展望未來的學習動力，促進其深度學習，見微知著，舉一反三，從而形成終身學習的意識。

高中化學有很多內容可以通過問題的驅動來激發學生創新能力的提高，如在學習電化學時，我開設了“化學電源”的專題教學，通過分析比亞迪、特斯拉等著名品牌現有電池的優缺點及在電池技術方面的開發應用等，讓學生知道新能源汽車的發展關鍵在于電池技術的突破，這極大地點燃了學生心中對未來技術研究的火種，他們個個情緒高漲，表示要努力學習，共同尋找突破的關鍵點。

在討論電解法處理二氧化碳過程中還有待進一步研究的問題時，同學們紛紛提出自己的見解：如何充分利用自然界中產生的二氧化碳、如何尋找高效催化劑以提高轉化產率、電解材料的成本問題、反應條件的控制和設備的選擇問題等。學生在課后帶著這些問題查閱資料，搜集前沿信息，展開激烈的小組討論，設計實驗并探究，收集實驗證據，交流探究結果，這些活動在達成學生主觀需求的同時促進了學生自主構建知識、完善知識體系甚至帶來認知結構的重組。

總之，在實踐教學中，教師設置問題時不僅要遵循符合教材內容原則，更重要的是要符合學生學情。基于學生認知的化學課堂問題的設計極其重要，學生在接受新知識前的已有經驗和知識結構、對知識的疑惑點、多學科的掌握能力等都是我們問題設計的出發點。教師要把握最佳教學時機原則，充分利用學生的認知沖突適時設計能喚醒學生認知需求的問題，從而帶來認知結構的重組，必要時可組織學生開展體驗式學習，力求發揮問題的內在驅動力，驅動學生以各種問題為學習起點，以問題為核心規劃學習內容、開展學習活動，實現把短時興趣轉化為持續穩定的學習動力，逐步培養學生具備能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）.北京.人民教育出版社，2020.