開放性問題的思維策略

摘要：本文以實例闡述初中自然科學(xué)教學(xué)中四條開放性問題的策略：等效思維策略；逆向思維策略；類比思維策略；集中思維策略。

關(guān)鍵詞：開放性問題；思維策略

《科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，通過科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維品質(zhì)，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力是科學(xué)學(xué)科的教學(xué)目的之一。為實現(xiàn)此目的，筆者在長期的教學(xué)實踐中組織學(xué)生進行大量的開放性問題的思維訓(xùn)練，而后總結(jié)出幾條開放性問題的思維策略，現(xiàn)總結(jié)成下文，供同仁們參考。

開放性問題與科學(xué)、生活、生產(chǎn)、環(huán)境等真實情境緊密相聯(lián)，與傳統(tǒng)的封閉性問題相比，其特點是非常鮮明的：

1. 問題內(nèi)容的新穎性

傳統(tǒng)的科學(xué)封閉題條件簡單，結(jié)論僵化，解法呆板，往往有一定的模式可套用。而科學(xué)開放題，來源廣泛，涉及生活、最新科學(xué)技術(shù)、環(huán)保等，條件復(fù)雜，結(jié)論不定，解法靈活，無現(xiàn)成的模式可套用。

2. 問題形式的生動性

科學(xué)開放題的問題形式，有的追溯多種條件，有的探求多種結(jié)論，有的找尋多種解法，有的由變求變，有的以動帶動，能體現(xiàn)科學(xué)氣息。

3. 解題思維發(fā)散性

科學(xué)開放題需要解題者綜合運用觀察、想象、分析、綜合、類比、分類、歸納、概括、演繹等思維方法，同時探索多個解決方向，獲得多種結(jié)果并選擇最佳途徑。

4. 教育功能獨到性

由于問題解決的發(fā)散性，科學(xué)開放題為解題者提供發(fā)揮創(chuàng)新精神的廣闊空間，對解題者創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供良好的機遇，能有效地改變教師的教學(xué)觀念和課堂教學(xué)模式，較好地體現(xiàn)新課程對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求。

鑒于上述科學(xué)開放性問題的特點，對開放性問題的解決需要運用相應(yīng)的思維策略。解決開放性問題的核心策略是將問題中的各要素進行分解，綜合運用多種思維方法，進行各個擊破，從而實現(xiàn)開放題的最終解決，其中心環(huán)節(jié)和關(guān)鍵所在是優(yōu)化思維策略。教師必須根據(jù)不同問題的性質(zhì)對學(xué)生進行針對性的指導(dǎo)。

以下結(jié)合實例討論解決科學(xué)開放性問題的幾種思維策略。

一、等效思維策略

等效思維通過變換思維角度，對題目作適當(dāng)假設(shè)，或者代換，或者轉(zhuǎn)化，使問題得以簡化，以找出解決問題的思維方法。它是等價轉(zhuǎn)化思想在科學(xué)解題中的具體應(yīng)用。

案例1

問題：已知A，B，C，D，E，F(xiàn)，

G 7種物質(zhì)，且A，D為單質(zhì)，它們

有如圖1的轉(zhuǎn)化關(guān)系：

試根據(jù)上述變化推斷A，B，C，D，E，F(xiàn)，G可能的化學(xué)式。

評注：因為酸、堿、鹽以及氧化物、單質(zhì)之間不同的反應(yīng)都可以生成鹽，我們可以將抽象的圖示賦予具體的內(nèi)容，這一假設(shè)為解題者思維的開放和發(fā)散提供了某種指向。但學(xué)生要找到解題的具體方向似乎并不容易。但題中的提示告訴我們A，D均為單質(zhì)，以提示為線索可以打開解題的突破口，從而簡化問題。

根據(jù)已有化學(xué)知識不難確定A，D兩種物質(zhì)的可能情況：

(1)兩種物質(zhì)都為非金屬

(2)其中一種為金屬另一種為非金屬

我們先看第一種情況，假定兩種物質(zhì)均為非金屬，不妨先假定G為H2O則可得A，D兩種物質(zhì)為H2和O2，接著我們就可以根據(jù)以上設(shè)定的條件來推測B，C，E，F(xiàn)。令A(yù)為H2，則D為O2，根據(jù)初中知識除H2和O2反應(yīng)生成H2O，還有酸和金屬氧化物反應(yīng)、酸和堿溶液反應(yīng)、某些鹽溶液之間的反應(yīng)也能生成水，則可得B為HCl、E為金屬氧化物、F為堿、C為HNO3。第二種情況的分析思路與第一種思路類似。因而有多種答案如圖2：

二、逆向思維策略

沿著題中給出的條件，按先后順序一步步逼近結(jié)果，即“由因求果”的思維活動，通常稱正向求解。在許多場合，這種策略非常奏效。但有時雖有結(jié)果而前提不明時，正向突破無從下手。如嘗試從終點入手，步步回推，有時能獲得意想不到的成功，這就是逆向思維的魅力所在。逆向思維是指思維程序與正常情況相反，不是從原因來推知結(jié)果，而是從結(jié)果入手來分析解題思路，從而得到問題的最終解決。鑒于科學(xué)開放題的復(fù)雜性，運用逆向思維來求解某些化學(xué)問題(如推斷題、合成題等)時比正向思維來得更簡便，更巧妙。教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生開展逆向思維，努力克服學(xué)生的思維定式。

案例2

問題：黃金飾品中的假貨常常魚目混珠，社會上不法分子時常以此進行詐騙活動。請你設(shè)計一個實驗方案鑒別真假黃金，要求寫出實驗方法、現(xiàn)象和結(jié)論。

評注：我們可以假設(shè)其是黃金，從黃金的性質(zhì)入手進行分析：測定其密度大小；空氣中灼燒看顏色是否變化；與酸的反應(yīng)現(xiàn)象如何等。

案例3

問題：某無色混合氣體中可能含有CO2，CO，H2O(氣)，H2中的一種或幾種，依次進行如下處理(假設(shè)每次處理均完全反應(yīng))：

(1)通過固體氫氧化鈉時，氣體體積變小

(2)通過灼熱的氧化銅時，固體變?yōu)榧t色

(3)通過白色硫酸銅粉末時，粉末變?yōu)樗{(lán)色

(4)通過澄清的石灰水時，溶液變得渾濁

由此可以判斷原混合氣體的組成是：

1________

2________

3________

評注：從（1）無法得出氣體體積變小的原因是含二氧化碳還是水；通過(2)也無法確定CO，H2；但我們可從后兩步(3)，(4)的現(xiàn)象得出一定含有CO，H2，從而獲得不同的組合答案。

三、類比思維策略

類比是一種科學(xué)方法，問題解決中的類比思維，關(guān)鍵是找到兩個或兩類不同對象之間的相似或相同屬性，并將其中某一對象的另外屬性推至另一對象。類比，不是嚴(yán)格的邏輯推理，因此要注意其合理性。有些科學(xué)開放題中含有的可類比對象的某些屬性是明顯的，有的是隱含的，需要仔細(xì)把握。

案例4

問題：氯化氫氣體極易溶于水

(1體積水可以溶解500體積的氯化氫)。如圖3的裝置，燒瓶中充滿氯化氫氣體，滴管中裝少量水，燒杯中盛水。擠壓膠頭滴管內(nèi)少許水進入燒瓶，立刻形成美麗的“噴泉”。如改用氨氣(1體積水可以溶解700體積的氨氣)和水也能形成“噴泉”。請寫出還能形成“噴泉”的幾組物質(zhì)。

評注：本題是通過比較、分析氯化氫氣體與水，以及氨氣與水能形成“噴泉”實驗的原理，類比得出某氣體易溶于水或某氣體易溶于某溶液的物質(zhì)都能形成“噴泉”實驗。因此，給我們的啟發(fā)是：只要設(shè)法增大氣體在液體中的溶解度，減少燒瓶內(nèi)的氣壓，“噴泉”就能發(fā)生。類似二氧化碳?xì)怏w和氫氧化鈉溶液、二氧化硫氣體和氫氧化鈉溶液、氯氣和氫氧化鈉溶液等物質(zhì)都能形成“噴泉”實驗。

四、集中思維策略

集中思維策略是指在解題時將思維的重點放在“顯眼處”(俗稱“題眼”、“破綻”)，抓住關(guān)鍵，一舉中的，并由此突破，將其他相關(guān)的線索串聯(lián)起來，形成暢通無阻的思維路線。這種策略一般不按題設(shè)的條件小心地從正面開始，也不是模式化地逆推回溯，而是集中思維優(yōu)勢向薄弱處進攻，一旦突破，便長驅(qū)直入，直至獲得問題的徹底解決。

案例5

問題：已知A是鈉的某種正鹽溶液，向A加入試劑甲會得到白色沉淀B，向B加入足量的試劑乙后溶解并放出氣體，再向此溶液加入試劑丙可得到白色沉淀C，試推斷A，B，C與試劑甲、乙、丙可能的化學(xué)式。

評注：本題不從結(jié)果的整體來思索，而先抓住題中給的實驗現(xiàn)象，聯(lián)系有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)，從一個熟悉的反應(yīng)為突破口：即B+乙，溶解并放出氣體。聯(lián)系初中知識，B必是碳酸鹽(難溶于水、白色)，然后進行假設(shè)乙是HCl或HNO3，初步判斷出一種物質(zhì)，再將整個過程聯(lián)系起來，進行正推、反推或從中間向前后推，從而作出一系列的推斷，進而得出結(jié)果。

值得指出的是，思維策略是有層次的，以上所討論的是解決科學(xué)開放題的一般思維策略，對具體的問題情景，還有更有針對性的思維策略。有時運用一種策略即可圓滿地解決問題，有時需要多種策略綜合運用才能解決問題，這取決于問題的復(fù)雜性和解題者綜合運用策略的能力。

（蘭溪市第二中學(xué)）