化學問題情境創設和開發在PBL教學模式中的應用

高小愛

摘 要：在PBL化學教學模式中，恰當創設問題情境并進行有效的情境開發，有利于教師在教學中提高課堂效率，激發學生學習的內驅力，使學生進入問題探索者的“角色”，培養學生的創造性思維能力。

關鍵詞：問題情境；情境創設和開發；思維；PBL教學

有意義的學習一直是教育界廣泛研究的基礎問題，從行為主義到認知主義，到現今的建構主義，都強調有意義學習的一種重要方式就是問題解決。PBL模式就是基于問題的學習（problem-based learning），以學生的主動學習為主，將學習與任務或問題掛鉤，使學習者投入問題中，它設計真實性任務，強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。PBL三大基本要素“問題情境、學生和教師”中的核心要素是問題情境。在教學中，創設有意義的、具有生成性特質的問題情境是提高學生問題解決能力的重要環節，也是促進知識遷移的有效方法。問題情境作為PBL學習的組織中心要具備三要素：

（1）核心要素：新的，未知的事物（目的）

（2）思維動機，即對未知事物的需要，學生借助已有的知識經驗難以理解和認識這一矛盾沖突，激發探索欲望。

（3）學生的知識能力水平、學生的可能性，包括學生的創造能力和學生已達到的知識水平。問題情境所涉及的問題在學生認知的最近發展區內。且學生針對問題情境，可進一步提出更多明確的問題。

問題情境的創設要求教師是用教材而不是教教材，要挖掘而不是簡單臨摹教材，尋找具有一定思考價值的知識內容，輔以生產、生活、科學實驗等實際問題，將其設計成有一定情境的化學問題，以誘發學生探究化學本質的欲望和動機，進而促進知識的升華?？上г诋斍暗恼n堂教學中，呈現給學生更多的依然是高度抽象、去情境化的問題，在學生被動接受過程中，課堂的空間到處彌漫著文字化的描述和符號化的公式表達。問題被提煉和典型化，解決時很少甚至無需考慮真實的情境因素會是怎樣。筆者就如何進行問題情境創設和情境開發談談自己的策略。

一、激趣引疑，引發學生的想象思維

【案例1】甲烷的性質

【情境創設】《溫州網訊》鹿城區黃龍街道雙橋村上橋路一窨井“發火”，來自江西的小許與哥哥一前一后走在路上，突然間“嘭”的一聲巨響，小許墜入窨井中，遂與路人一起將其救起。窨井邊上的路面已被震得多處龜裂，幾十公斤重的窨井蓋飛出10多米遠，且摔成兩半。據消防隊員們分析，是下水道中的某種可燃性氣體的濃度過高導致爆炸。

【情境開發】（1）經科研人員研究發現：

此氣體密度在標準狀況下是0.717 g/L，含碳75%，含氫25%，請同學們利用這些數據推出該氣體中的碳、氫元素的質量比，原子個數比和分子式。

（2）利用信息分析窨井爆炸的原因

信息提示：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（1）；△H=-890 kJ/mol CH4爆炸極限：5%～15.4%這樣設置懸念式的問題情境，可以令學生由于心生疑竇，產生一時既猜不透、想不通，又丟不開、放不下的心理狀態，引發學生求知的欲望，達到一石激起千層浪的效果，使教學內容產生巨大的誘惑力，使學生的思維不斷迸發出智慧火花。

二、問題遞進，拓展學生的深度思維

【案例2】特級教師張克龍的《化學反應方向、速率及平衡》高考復習。

【情境創設】鎢燈絲通電發熱時，鎢會揮發凝結在燈泡壁上，導致鎢絲不斷變細而斷裂。在燈泡中充入碘，由于燈泡壁溫度保持在250 ℃至1200 ℃之間，導致揮發出來的鎢在燈泡壁處與碘形成碘化鎢氣體分子（WI2）。因管內氣體流動，WI2重新回到燈絲附近。在2000 ℃以上的燈絲附近，碘化鎢會分解成碘與鎢，鎢回到燈絲上。

【情境開發】問題1：你認為上述過程中碘的作用是什么？已知鎢（s）與碘（g）反應生成碘化鎢（g）是熵減反應，則判斷該反應焓變？

問題2：結合化學反應方向判斷解釋為什么高溫下碘化鎢會分解的原因？

問題3：碘是有顏色的，碘多了會影響燈的亮度，所以有人提議采用燈管中充入不穩定的碘化氫來代替碘？在實踐中發現這種充入碘化氫的燈管很容易在常溫下破碎，結合數據分析為什么？

問題4：解釋”溴鎢燈”比”碘鎢燈”為什么具有更快的“搬鎢”功能？

問題5：請從化學反應速率分析，在碘鎢燈管內，碘加多了有何不好？從平衡移動來看，碘加多了有什么不好？還有其他不好嗎？

問題6：已知，鎢（s）與碘（g）反應生成碘化鎢（g），下列哪一種說法說明可逆反應已達到平衡？

問題7：燈絲附近和玻璃壁附近碘化鎢分解率哪一個高？為什么？

反應速率和平衡本身對學生而言就是有一定深度和難度的問題，張教師采用分層次由淺入深的提問方式。通過一環扣一環、一層進一層的提問，引導學生的思維向知識的深度和廣度發展。教師通過構建以學生已有知識為新情境的問題或問題組，采用復習提問的方法，引導學生實現舊知向新知的轉化與過渡，培養學生思維的廣闊性、深刻性和邏輯推理能力。

三、比較辨析，發展學生的求異思維

“比較”是確定事物異同關系的思維過程和方法，是從“分析與綜合”到“抽象與概括”的橋梁，是人們認識事物、發展智力的一條主渠道。比較不但能反映事物的共性，更能突出事物的個性特征。創設比較辨析的問題情境有助于引發學生的探究心理，發展學生的求異思維，提高學生的聯想能力。

【案例3】二氧化硫的性質復習

【情境創設】結合SO2的自身性質特點，展示四種SO2、Cl2、CO2、乙烯氣體的用途和制備制備裝置實驗圖。

【情境開發】問題1：（1）制備SO2的發生裝置與制Cl2有什么不同？為何有這種不同？尾氣處理裝置與Cl2的有什么不同？為什么？

（2）將SO2氣體和Cl2分別通入紫色石蕊試液和品紅溶液，各有什么現象？將等物質的量的Cl2與SO2混合后，分別通入紫色石蕊試液和品紅溶液，又有什么現象？

問題2：（1）如何鑒別SO2和CO2這兩種氣體？如何除去CO2中SO2雜質？如何檢驗CO2中是否含有SO2雜質？

（2）已知炭與濃硫酸在加熱條件下的反應：C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O請設計實驗來驗證反應中產生的這兩種氣體。

問題3：實驗室用無水乙醇和濃硫酸加熱制乙烯時，若溫度高于180 ℃，除了生成乙烯和水以外，還會有副產物SO2生成。請設計實驗驗證實驗中是否有這兩種氣體生成。

通過對SO2、CO2、乙烯這三者易混淆問題的辨析比較，采用一系列彼此相關且循序漸進的探索性的問題組，不僅幫助學生鞏固了有關概念，讓學會用辯證的觀點看待問題，解決問題，使學生的求異思維步步深入。

四、以“誤”引“悟”，提高學生的思辨能力

學生的學習不可能脫離過去的經驗，他們往往會受原有的知識經驗或思維定勢的影響，也就是“一種學習對另一種學習的影響”。創設一些與學生認知結構不和諧或規律性變化中的某些特殊問題，使學生在思維的偏差中自我反省，產生頓悟。

【案例4】探究Cu-Zn-H2SO4原電池的工作原理

【情境創設】用導線把鋅片和銅片連接起來，插入盛有稀硫酸溶液的燒杯中，會觀察到什么現象？（學生不假思索回答：Zn片上有氣泡，Cu片上無氣泡。）

演示實驗，實驗事實：銅片上有氣泡，而鋅片上則沒有氣泡，但鋅仍在溶解。

【情境開發】問題1：銅片上產生的是什么氣體？

問題2：銅片上產生H2，是否說明銅失去電子給H+呢？如何解釋銅沒有失去電子呢？

問題3：H+從銅片上獲得的電子從何而來？

問題4：電子從鋅片傳到銅片上，是沿導線傳遞，還是從溶液傳遞？

問題5：如何通過實驗證明，電子沿導線傳遞？

出乎意料的實驗現象與學生原先的回答產生了矛盾，這一矛盾的情境使學生感到無比驚訝，迫切希望找到問題答案，思維處于高度集中狀態。由于在教學中教師根據所授內容和學生的認知水平，精心利用學生的思維定式，設計一種孕育著疑難問題而又引人入勝的情境，使學生進入“心求通而未得，口欲言而不能”的憤悱狀態，從而激發學生學習興趣，喚起求知欲，使思維處于活躍狀態，然后因勢利導地指導他們去追根尋源，進行探索。

五、矛盾揭示，培養學生的探究思維

教師利用隱含于教材中的矛盾因素或學生已有認知與新知識之間的矛盾和沖突設計似乎矛盾的問題情境，讓學生通過積極思維來解決矛盾。

【案例5】鋁及化合物的性質

【情境創設】未擦氧化膜的鋁片置于CuSO4溶液無明顯現象，而擦去表面氧化膜的鋁片置于CuSO4溶液也僅在鋁片缺口處看到有紅色物質析出，現象很不明顯。

【情境開發】問題1：根據初中學生已有知識鋁和CuSO4溶液反應非常容易進行，現象很明顯，而為什么實際過程中會這么不明顯呢？

問題2：若改用外形均相同的鋁片分別和濃度相同的CuCl2、CuSO4溶液反應會出現什么現象？

問題3：如果把一片在氯化銅溶液中反應后的鋁片，除去表面的銅后，再放在硫酸銅溶液中，又會發生什么樣的實驗現象？

通過這類問題情境的創設，將學生置身于學習的矛盾氛圍中，可大大激活思維的興奮點，讓學生學會擴充，學會延伸。對于很多學生來說化學的實驗性讓他們對化學既愛又恨，他們在學習的過程中既充滿好奇又不敢擅自行動。面對這樣的情況，教師就可以“推波助瀾”一把，在課堂中提出延伸性的問題，讓學生能夠在問題中發現自己獨到的見解。

六、聯系生活，引導學生的實踐思維

中學化學教材中有大量的與日常、生產、生活相聯系的內容，教師可根據需要選擇典型的、具有代表性的、學生可體驗到的、有啟發性的內容創設問題情境，這樣有利于激發學生理論聯系實際、學以致用的意識，在解決問題的過程中培養思維的全面性、深刻性和創造性。

【案例6】特級教師董君的《硫及其化合物的相互轉化》

【情境創設】1.臭水溝里通常含有大量的具有臭雞蛋氣味的H2S，我們以下兩種方法除去H2S：

（1）在臭水溝里加入生石灰。

（2）在臭水溝里加入H2O2。

2.軟膏與香皂中含有一定量的硫黃

3.在實驗室里常將硫黃撒在汞的表面，以除去不慎灑落的汞（水銀）。

4.展示工業中用硫或FeS2生產硫酸的圖片問題。

5.某次采集酸雨樣品，每隔一段時間測定一次pH，得數據如下：

6.亞硫酸鈉長期暴露在空氣中會變質。

【情境開發】問題1：指出H2S在以上連個反應中體現什么化學性質？你是怎么理解以上性質的？

問題2：軟膏與香皂中的硫黃有何作用？

問題3：（1）硫在以上反應中起什么作用？如何理解這一性質的？

（2）鐵的還原性比汞強，為什么鐵與硫反應要加熱，而汞與硫反應常溫就可進行？

問題4：寫出用硫黃制硫酸，吸收塔尾氣吸收的相關化學方程式，指出所有硫及其化合物在反應中的作用

問題5：放置時，雨水樣品pH變化的主要原因。

問題6：變質后可能生成了什么物質？如何設計實驗證明亞硫酸鈉已經變質？

由于這些問題與生活實際緊密相連，學生一下就來了興趣，紛紛發表自己的看法。利用化學與生產生活實際的聯系創設問題情境，引導學生關心社會，了解化學在社會發展和人類生活中的作用，使學生認識到學習化學的現實意義，認識到化學知識的應用價值。

總之，問題情境是影響學生學習的重要因素，創設問題情境的方法非常靈活，根據學生的認知特點，結合教學內容可以多方位、多角度地創設合理、恰當的問題情境。良好的問題情境的創設應該遵循針對性強、層次性好、難易性適度等原則，靈活運用多種教學手段可以達到最佳教學效果。實驗、假說、趣聞、習題等都可以作為創設的基本素材，但并不是任何問題都能使學生產生心理困境。過易或過難的問題都不能有效地激發學生思維，不能構成“問題情境”，只有那些難易適度，有助于學生形成“心求通而未得”的問題，才能構成“問題情境”的最佳素材，才能有效地引發學生的認知沖突，促進學生積極思維。問題情境必須是基于對學生已有知識經驗和教材內容進行全面和科學分析的基礎上，需要注意的是，即使有了恰當的問題情境，也并不一定就能引發學生的認知沖突，激發學生思維，關鍵還在于是否能夠根據創設的問題情境進行有效的情境開發，設計出高質量的問題，設計出科學的、有層次、有梯度的問題鏈，引導學生深入思考，鼓勵學生動腦、提問，從無疑到有疑。經過一番思索，疑問得到解決，于是從有疑到無疑，這個過程是學生思維能力得到提高的過程。

參考文獻：

[1]王欣.關于化學問題情境設置的幾點思考[J].教學研究，2007（2）.

[2]陳丹.淺談PBL模式在高巾化學教學中應用[J].化學教與學，2014（6）.

[3]何敏.簡論“問題串”在高中化學課堂教學的運用[J]理科考試研究·綜合版，2013（10）.

[4]溫泳.PBL模式教學中問題情境創設解析[J].中國現代教育裝備，2012（4）.