基于問題情境的高中化學教學創新思維培養探究

摘要：學生只有具備創新思維，才能從創新的角度思考問題本質、解題方法，應對形式多樣的化學問題，實現有效學習。在基于問題情境的高中化學教學創新思維培養過程中，教師可采取以下教學策略：通過制定目標確定教學方向，通過創設情境激活學生思維，通過延伸情境激發創新意識，通過情境實踐訓練創新思維。

關鍵詞：問題情境；高中化學；創新思維；有效學習；創新能力

中圖分類號：G633.8文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2024）24-0133-04

“惟創新者進，惟創新者強，惟創新者勝。”學生只有突破因循守舊、按部就班的學習行為模式，從創新的角度思考問題本質、解題方法，才能應對形式新穎的化學問題，實現有效學習。培養學生的創新思維是一個漫長的過程，需要教師做好組織管理工作。問題情境以生動真實的情境為載體，以問題為核心，通過融問于情境的方式激發學生的探究興趣，激活學生的創新思維。教師可基于問題情境對學生創新思維進行培養，確保學生在課程學習中保持活躍的思維狀態，從不同角度出發思考問題，發展創新思維。

一、問題情境概述

1.問題情境的內涵

要明確問題情境的內涵，就要明白情境是什么。劉勰在《文心雕龍》中說明“情境”一詞含義，即“以物生情，以情觀景”[1]。《辭海》指出，“情境”是與環境相關的因素，包括人在進行某種活動時身處的社會環境，或人產生某種行為時的具體原因等。在教育學領域，“情境”可被視作影響學生學習的內外部因素。問題情境則是以問題為核心內容的一類情境，具有驅動個體利用已掌握知識、技能解決新問題，訓練個體邏輯、抽象、建模等思維能力的功能。心理學家艾倫·紐厄爾與赫伯特·西蒙在研究中指出，問題情境可理解為個體想要解決某個問題，卻無法給出問題解決方案時所處的情境。在高中化學教學中，問題情境可被理解為化學知識、現象等演變成真理的學習背景，也可被理解為探索問題的氛圍。

2.問題情境的理論基礎

問題情境的應用理論基礎包括建構主義理論、情境認知與學習理論、最近發展區理論等。建構主義理論指出，學習是根據已掌握的知識、技能探索外部環境從而獲得新知的過程[2]。該理論指出學習產生于情境之中，教師在教學中承擔著指引、幫助、反饋的責任；學生是學習的主體，主要負責在思考、分析、解決問題的過程中掌握知識，完成知識的意義建構。根據建構主義理論，教師可以圍繞課程教學主題整理教材內外知識點，同時根據學生的學習基礎創設教學情境并提出問題，激發學生的探究意識，使其在聯想、分析等學習過程中發現新知。情境認知與學習理論指出認知與行為的交互關系，認為知識具有情境特征，學習的過程可被視作文化知識、實踐活動與情境的交互過程。該理論強調真實情境對課程教學的重要意義，指出教師可通過創設真實情境強化學生學習體驗，使其基于已形成的學習、生活經驗嘗試應用不同策略解決新的問題，并完成新知探究。根據情境認知與學習理論，教師可以先分析學生的發展現狀，確定其學習起點，之后結合生活中的具體現象創設問題情境，由此引發其學習興趣，使其在興趣的驅動下主動探究新知識的內涵，主動學習新方法，并在此過程中形成遷移學習、創新學習的行為習慣。最近發展區理論認為教育可幫助學生從“現有水平”向“潛在水平”發展，認為根據學生的“最近發展區”設置教學目標，可提高教學有效性[3]。其中，“現有水平”即學生當下的發展水平，如學生掌握了某些理論知識、學科基本技能、學習方法技巧等；“潛在水平”即學生需要在他人幫助下達到的學習水平，是一種較高層次的學習水平。“最近發展區”即兩種水平之間的差距。根據該理論，教師在應用問題情境時要注意控制問題難度，既要保證學生能夠基于“既有水平”完成對新問題的探索，又不能太過簡單降低學生達到“潛在水平”的學習效率。為此，教師應當在應用問題情境前做好學情分析及教學內容分析，根據學生的基本情況靈活調控問題情境難度。

二、高中化學教學內容的特征

1.抽象性

高中化學以研究物質結構、性質和變化規律為主，且研究是基于分子、原子之上的[4]。分子、原子難以用肉眼直接觀察，這就決定了高中化學課程的抽象性。例如，蘇教版高中化學必修第一冊“微觀結構與物質的多樣性”這一專題圍繞元素周期律、微粒之間的相互作用、物質的微觀結構等內容展開，涉及原子結構、元素性質、元素在元素周期表中位置的關系，核素的含義，原子核外電子的排布，同周期的主族元素性質的遞變規律等知識。上述知識多從微觀層面說明物質的結構、特性，學生很難通過肉眼觀察、身體接觸等方式認識相關內容，需要應用抽象思維聯想化學模型，建構具體意義。

2.層次性

蘇教版高中化學教科書有必修、選擇性必修兩類。其中，必修第一冊和第二冊主要圍繞基本的化學概念、研究物質的基本方法、化學反應與能量變化、有機化合物的獲得與應用、金屬的冶煉方法等內容展開，涵蓋無機化學、有機化學等方面內容，具有一定的基礎性。選擇性必修1以化學反應原理為主題，對化學反應的熱效應、化學能與電能的轉化、金屬的腐蝕與防護、化學反應速率、化學平衡移動、弱電解質的電離平衡等化學反應知識展開詳細說明。選擇性必修2以物質結構與性質為主題，涉及物質結構研究的范式與方法、原子核外電子的運動、元素性質的遞變規律、分子間作用力、分子晶體等知識。選擇性必修3以有機化學基礎為主題，涉及有機化學的發展與應用、有機化合物的結構、脂肪烴的性質及應用、有機合成設計等有機化學知識。分析五冊教科書，可以發現，兩冊必修教科書集中介紹了有機化學、無機化學、物質結構等知識，教學內容具有一定的基礎性；三冊選擇性必修教科書分別以物質結構、化學反應、有機化學為主題進行拓展講解，是對兩冊必修教科書內容的補充與延伸。由此可見，蘇教版高中化學教學內容的結構分布具有層次性。

3.表征性

高中化學教學內容具有表征性[5]。一方面，化學研究多從微觀角度出發，以核外電子的排布，原子、分子的運動研究物質的組成、結構、性質和變化，研究中多應用化學符號表示相關內容。另一方面，化學研究多依賴化學實驗，通過宏觀操作發現物質變化的規律，實現宏觀表征。在高中化學教學中，讓學生將化學知識內化于心，需要經過多重表征。比如，借助化學實驗從宏觀角度展現物質的化學變化過程及現象，借助分子、原子、離子等微觀粒子的運動解釋化學實驗原理，應用原子符號、化學式、化學鍵等化學語言對化學的反應現象、結果進行符號表征等。當教學情境過于復雜時，還需綜合應用函數曲線、數據、圖表等工具對化學反應物、反應量、反應速率等進行表征。

三、基于問題情境的高中化學創新思維培養策略

1.通過制定目標確定教學方向

從不同角度出發，創新思維可被理解為不同內容。從狹義的角度出發，可以將創新思維視作具體的思維方法，如逆向思考、轉換方法、變式分析等；從廣義的角度出發，可以將創新思維視作對既有思維模式、觀念、方法的創新[6]。由于創新思維的表現形式多樣，教師需在教學之前挖掘課程內的創新思維培養要素，并結合學生課前的創新思維發展情況設定教學目標，為思維培養的有序開展指明方向。為此，基于問題情境培養學生的創新思維時，教師應先分析學生的基本學情，確定其“現有水平”與“潛在水平”，并圍繞課程主旨確定課程教學目標。在此基礎上，教師再思考問題情境在高中化學教學中可起到的具體作用，設計情境的應用目標，確保教學情境滿足創新思維培養的基本需要。

以“金屬鈉及鈉的化合物”一課教學為例。學習此課前，學生已掌握了鋁、鐵、銅等常見金屬的化學性質，了解金屬與酸或鹽溶液的化學反應規律。但是，學生對鈉這一活潑金屬單質的性質認識不多，不能從原子的角度出發解釋金屬鈉的性質，無法基于氧化還原反應、離子反應規律理解過氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質。分析學生現狀后，教師再確定課程教學重難點，如鈉和氧氣、水的反應，過氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質，研究物質性質的方法和程72ca87272cc4539ec7b5742de24605a3序等。綜合分析內容，可確定該課教學目標，即使學生理解鈉的活潑性，學會用分類、類比等方法研究物質性質，理解氧化還原反應、離子反應的相關概念。教師可將教學目標作為問題情境的應用目標，在此基礎上梳理問題情境的應用思路。比如，借助“聯想生活中含鈉的物質”情境激活學生聯想思維，使其初步認識鈉；借助“基于原子結構推測鈉的可能性質”情境驅動學生從不同角度探究，激活其創新意識；借助“鈉與硫酸銅溶液反應現象是什么”情境驅動學生提出假設并設計試驗，培養其創新思維。

2.通過創設情境激活學生思維

思維的培養是一個漫長的過程，在具體教學中，倘若教師直接為學生講授新的理論知識、演繹實驗方法，不利于學生發散思維，在一定程度上限制其創新思維的形成與發展[7]。基于問題情境的高中化學教學要為學生營造思維發展的良好氛圍。為此，教師應結合情境認知與學習理論的相關內容整合情境內容，營造良好教學氛圍，為學生發展創新思維提供理想教學環境。具體操作中，教師可先設置簡單問題情境深化學生學習體驗，使其在解決問題的過程中體驗創新的意義，形成自主創新意識。之后，教師再逐步提高問題情境難度，驅動學生運用創新的思維方法從不同角度出發探究問題，訓練其創新能力。例如，“化學能與電能的轉化”是蘇教版高中化學必修第二冊專題6教學內容，主要圍繞火力發電、原電池實驗探究與技術產品三部分內容展開。此課教學內容較為抽象，但相關知識在生活中廣泛應用，具備豐富的創新思維培養要素。教師可聯系現實生活創設問題情境，指導學生基于具象事例提煉化學原理，形成良好的創新思維。

（1）簡單情境強化創新體驗。創設簡單的問題情境是為了降低課程教學內容難度，消除學生畏難情緒，確保其主動參與到探究過程中，實現對學生創新潛力的有效挖掘。在實際教學中，教師可將現實生活中的常見事例作為情境創設素材，同時提出簡單問題，確保學生能夠基于已掌握的理論知識、生活經驗解答問題，從而提高其學習效能，增強其創新學習體驗，為創新思維培養奠定基礎。以“化學能與電能的轉化”一課教學為例，教師可基于生活中的用電現象創設情境：電是支撐現代社會高效運轉的關鍵能源，你知道電是怎樣產生的嗎？燃煤發電的能量轉化過程是怎樣的？此情境較為簡單，學生能夠快速列舉燃煤發電、水力發電等發電方式解答問題，基于已掌握的知識分析燃煤發電中“化學能→熱能→機械能→電能”的能量轉化過程，在解決簡單情境問題的過程中形成化學探究信心。在此基礎上，教師基于情境設計拓展問題：火力發電會造成環境污染，有什么方法可直接將化學能轉化成電能？由此引導學生從創新的角度思考，使其養成創新學習態度。

（2）復雜情境訓練創新能力。創設復雜的問題情境是為了提高學生的思考深度，驅使其嘗試從不同角度出發探索問題結果，從而訓練其提出新觀點、嘗試新方法的創新能力[8]。具體教學中，教師應圍繞課程主題確定復雜情境創設主旨，以直觀方式呈現其中蘊含的化學原理，突顯化學教學特征。同時，教師還應立足教學內容本質，提出具有一定難度的問題，由此增強情境的復雜性，為學生嘗試應用不同方法解決復雜情境問題提供動力。以“化學能與電能的轉化”一課教學為例，教師可圍繞課程教學主題創設問題情境：將鋅片和銅片平行插入稀硫酸溶液中，可產生怎樣的現象？再使鋅片和銅片接觸，又會產生怎樣的現象？為什么？此情境中，探究內容為化學實驗，充分體現化學課程本質屬性，有利于學生明確“化學電池”這一學習主題。同時，情境由三個問題構成，問題先要求學生說明實驗現象，后要求其探究現象原理，難度逐級提高，要求學生從宏觀、微觀不同角度出發探究問題，從而活躍其探究思維，鍛煉其類比、直覺等創新思維能力。

3.通過延伸情境激發創新意識

意識指人腦對內外表象的覺察，激發學生的創新意識，是提高其創新思維水平的前提。問題情境具有與現實深度交互、啟發性強的特征，將其用于高中化學課堂教學，對于激發學生創新意識有著積極意義。在實際教學中，當學生圍繞問題情境確定課程學習主題后，教師可圍繞情境展開延伸，通過提出拓展問題驅動學生聯想，使其在聯想、假設等過程中形成創新能力。以“金屬的腐蝕與防護”一課教學為例，教師可以利用多媒體播放鐵生銹的視頻，創設問題情境：鐵為什么會生銹？生活中有哪些防銹方法？利用問題驅動學生從化學角度出發解釋鐵生銹的原因，列舉生活中為鐵刷漆等物理防銹方法，加深學生對課程主題的深度理解。在此基礎上，教師可延伸情境：除了物理方法外，可否用化學手段對金屬進行防銹？如何操作才能又快又好地解決金屬銹蝕問題？延伸情境拓寬學生學習視野，使其打破既有認知。同時，在延伸問題中給出建議，使學生明確創新思考方向，形成基于新掌握的化學知識解決固有問題的創新意識。

4.通過情境實踐訓練創新思維

教師可創設與課程教學主題相契合的問題情境，先引發學生持續關注，使其在探究情境的過程中感悟新知，形成新的化學認知。之后，基于情境中的主題教學內容組織實踐活動，借助實踐活動驅動學生提出猜想、創新研究方案并進行實踐探究，使其在思考、操作、總結等過程中形成良好的創新素養。以“化學反應的方向與限度”一課教學為例，教師可以創設問題情境：19世紀英國煉鐵工業快速發展，但化學家們發現煉鐵高爐排出的廢氣含有大量的一氧化碳氣體，剛開始他們認為是因為鐵的氧化物和一氧化碳反應時間不夠長，導致反應不完全，于是把高爐建得非常高，以增加反應時間，但高爐排出的一氧化碳氣體并沒有減少，為什么會出現這種現象？通過創設問題情境導入可逆反應，讓學生明確化學反應在進行時具有可逆性。在此基礎上，教師可組織情境實踐活動：可逆反應具有不能進行到底、正反兩個方向的反應同時進行的特征，一定條件下，正逆反應可達到平衡。以氫氣與氮氣合成氨，二氧化硫與氧氣合成三氧化硫等可逆反應為例，引導學生進行探究。

四、結語

創新思維是超越現有思維觀念、打破固有思維模式、認知和掌握新方法的一種思維方式。基于問題情境開展高中化學教學，可確保學生理解原理，培養學生創新思維。教師可巧妙應用問題情境，激發學生的獨立思考意識，使其主動關聯所學理論知識，在提出猜想、推理分析、實踐驗證的過程中形成創新能力，培養創新思維。

參考文獻：

[1]陳永敏.高中化學教學中培養學生創新能力的策略研究[J].數理化解題研究，2022（33）：107-109.

[2]李軍.高中化學生活化教學情境的設置及實踐研究[J].中學課程輔導，2022（29）：30-32.

[3]任亞軍.高中化學教學中學生創新能力的培養策略[J].中學課程輔導，2022（29）：72-74.

[4]王歡，宮麗紅.基于核心素養視角下的高中化學教學策略研究[J].現代職業教育，2020（10）：140-141.

[5]杜宇，雷斌.融貫“科技創新思維”的項目式教學探究[J].中學化學教學參考，2022（14）：11-14.

[6]孫海忠.利用“思維導圖”提升高中化學課堂教學效率[J].新課程教學，2022（13）：40-41.

[7]張惠芬.引導自學法在高中化學教學中的應用研究[J].天津教育， 2022（06）：129-131.

[8]潘剛.淺議高中化學教學中學生創新能力的培養[J].新課程研究， 2022（01）：90-92.

Exploration of Cultivating Innovative Thinking in Senior Middle School Chemistry Teaching Based on Problem Situations

Wu Danyan

（Fujian Fuqing Overseas Chinese Senior Middle School， Fuqing 350300， China）

Abstract： Only with innovative thinking can students think about the essence of problems and problem-solving methods from an innovative perspective， cope with diverse forms of chemical problems， and achieve effective learning. In the process of cultivating innovative thinking in senior middle school chemistry teaching based on problem situations， teachers can adopt the following teaching strategies： determining teaching direction by setting goals， activating student thinking by creating situations， stimulating innovative awareness by extending situations， and training innovative thinking through situational practice.

Key words： problem context；senior middleschoolchemistry；innovative thinking；effectivelearning；innovation ability