基于問題的化學教學設計與教學過程契合性研究

楊承印+馬志蘭

摘要：基于問題的教學，就是讓學生圍繞問題展開學習，發展學生的思維技能和解決問題的能力。利用Achieve契合性工具及新手型化學教師的基于問題課堂教學，對其教學設計與課程標準之間、教學過程與教學設計之間的契合性進行研究，為教師基于問題的教學優化提出建議。

關鍵詞：基于問題的學習；教學設計；教學過程；Achieve契合性；核心素養

文章編號：1005–6629（2017）5–0012–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

高中化學課程標準指出，要培養學生具有較強的問題意識，能夠發現和提出有探究價值的化學問題，敢于質疑，勤于思索，逐步形成獨立思考的能力[1]?；诖耍K教版高中化學教材每一單元都設置了一系列的問題情境，例如“你知道嗎”、“交流與討論”、“活動與探究”、“觀察與思考”、“整理與歸納”、“調查研究”、“問題解決”等欄目；魯科版高中化學教材中每單元亦設置了“聯想·質疑”、“交流·研討”、“活動·探究”、“觀察·思考”、“遷移·應用”等欄目；人教版高中化學教材中同樣有“學與問”、“思考與交流”、“科學探究”、“實踐活動”等。每一版本教材通過設置這些欄目，使學生通過對課程的學習來了解必要的科學技術知識、掌握基本的研究方法、樹立科學思想、崇尚科學精神，并具有一定的應用它們處理實際問題、參與公共事務的能力[2]。

化學學科作為自然科學領域的重要基礎課程，在培養學生方面的價值體現在科學知識、科學方法、科學精神與態度、科學應用等四個方面，為學生在今后生活和工作中面對未知問題時提供解決問題的思路和方法，使學生養成終身發展所需的必備品格與關鍵能力，形成學生的化學學科核心素養奠定基礎。因此，化學課堂教學應該為學生創建真實的問題情境，鼓勵并引導學生剖析問題、簡化問題、建立化學模型，并運用適當的方法解釋問題。由此可以看出基于問題教學在化學教學中的重要性。

1 基于PBL的教學設計與教學過程的契合性概述

1.1 PBL教學模式

教學模式是指在一定的教學理論和學習理論指導下，在一定環境中展開的教學活動進程的穩定結構形式[3]?；趩栴}式學習（Problem-based learning，PBL）是一種與建構主義學習理論及其教學原則非常吻合的教學模式[4]。該教學模式以問題為起點，學生在教師引導下，通過小組合作和自主探究，提高解決實際問題的能力，實現知識的深層理解和建構教學策略及學習方式[5]。針對PBL教學模式的步驟及結合化學學科核心素養對教學的要求，該教學模式至少有兩方面的優點：創設待解決的真實問題情境，提供應用科學方法研究問題的機會。

PBL教學模式符合核心素養導向對教學的要求。核心素養導向的教學，要求教師為學生創設面對未知的、“原始”的問題情境，這些原始問題可以是課堂生成的，也可以來自生產生活現象，讓學生獨立地嘗試用各種方法研究問題，這有助于他們迅速投入到問題情境中。在主動學習與探究中養成行為習慣，發展關鍵能力。

PBL教學模式將幫助學生在不斷的嘗試中感悟化學家研究過程中所表現出來的情感態度和價值觀，幫助學生把蘊含在科學探究過程中的情感、態度和價值觀轉化為自身解決實際問題的行為準則。不僅獲得了知識，更重要的是體驗到了科學探究的樂趣和科學精神，養成良好的科學研究態度[6]。

1.2 契合性評價工具介紹

利用Achieve契合性（alignment）評價工具研究基于問題的化學課堂教學與國家課程標準之間的契合性。研究的一般思路是：觀摩課堂教學視頻；提煉與教學目標相關的典型問題；分析問題與教學目標、課程標準的關系；統計問題結果，得出教學設計與課程標準契合性的結論。Achieve契合性評價工具由向心性、挑戰性、均衡性三個維度及一系列指標構成[7]。“向心性”主要反映測驗試題與相應學習目標的匹配程度，也能反映對應的認知要求，分解為“內容向心性”及“表現向心性”兩個指標?！疤魬鹦浴本S度是為了表現試題中所考查的認知要求是否合理地反映了課程標準的需要，設立了“挑戰的來源”以及“挑戰的層次”兩個指標。“均衡性”反映學習目標在測驗中得到反映的比例[8]。

在“內容向心性”和“表現向心性”兩個指標中，等級“2”表示問題所涉及的學科內容（或者認知要求）與相應的學習目標中的描述高度相關；等級“1”表示問題所涉及的學科內容（或者認知要求）與相應的學習目標中的描述大致相關；等級“0”表示問題所涉及的學科內容（或者認知要求）與相應的學習目標中的描述完全不相關。在“挑戰的來源”指標中，等級“1”表示問題設計恰當（表述正確，無技術性錯誤）；等級“0”表示問題設計不恰當（表述錯誤或者有技術性錯誤）。在“挑戰的層次”指標中，“知道”“了解”“理解”“應用”四個等級是依據高中化學課程標準中認知性學習目標的水平由低到高的層次確定的[9]。

1.3 典型個案

以西安市新城區某中學新手化學教師高一“物質的分類”課堂教學為對象，研究其中的“問題”。該教師的職稱為中學二級教師，從教3年。首先對其教學設計中的教學目標、教學過程中生成問題與化學課程標準中內容標準的契合性進行分析，然后再對基于教學設計的化學課堂教學活動與課程內容標準的契合性進行分析，以確定其教學過程的有效性。見表1。

2 基于PBL的教學設計與教學過程的契合性分析

2.1 教學設計與課程標準的契合性

在前述“物質的分類”教學案例中，授課教師參照化學課程標準設計了三個維度教學目標，其中“知識與技能目標”設計了兩條內容，分別是了解化學物質分類的方法，初步學會對化學物質進行分類。課程標準從內容角度來看，分別涉及根據物質的組成對物質進行分類，所以教學目標中的知識與技能的要求范圍偏大。從認知性學習目標的水平來看，第二個教學目標所使用的行為動詞是“初步學會”，而課程標準中對這條內容描述的行為動詞是“嘗試”，顯然教師誤將體驗性目標設計成了技能性目標。因此，“物質的分類”教學案例中“知識與技能”“過程與方法”目標與課程標準有一定的偏離度，契合性中等。

通過對教學設計中教師預設問題的統計，教師一共預設了6個問題。統計結果如下：

在圖1中，從“向心性”維度來看，6個預設問題在“內容向心性”中就有4個符合等級“2”，即問題所涉及的學科內容與相應的學習目標描述基本契合。但是“表現向心性”方面就顯得參差不齊，一半問題的“表現向心性”小于等級“2”，即所問問題的認知要求與教學目標設定的認知要求不能進行明確的匹配，正如統計中顯示的這6個問題所達到的“挑戰的層次”中，“了解”和“理解”層次的問題占到4個，問題的認知層次明顯高于教學目標設計的“知道”層次。綜合而言，教學設計中預設問題與教學目標的契合性體現為良好的“內容向心性”和“挑戰的來源”，不太好的“表現向心性”和“挑戰的層次”。

分析該教學案例，得出以上結論的原因是教師對課程標準中認知目標外顯的行為動詞和體驗性目標內隱性的感受性行為動詞的認識不明確，使用含混不清的動詞進行描述，也有的教師對動詞所對應的認知層級不明確，從而目標制定得比較隨意。

2.2 教學設計與教學過程的契合性

課堂生成的問題為教師提出問題之后，期待學生回答，或者是明確指出讓學生回答的問題，這樣的問題數量為18個。對這18個問題分別從“向心性”和“挑戰性”兩個維度進行分析，得到如下結果。

從圖2來看，18個問題中有10個問題是等級“2”，即教師課堂上提出的10個問題涉及的內容是與教學目標描述契合的，6個問題是等級“1”，2個問題是等級“0”。從圖3來看，18個問題中有7個問題認知層級與目標設計的認知層級完全契合，有11個問題的認知層級與目標設計的認知層級的契合度不高或者完全不契合。如在導入新課時的兩個問題：“在2s內，你從圖1中觀察到了什么？”以及“在2s內，你從圖2中觀察到了什么？”這兩個問題在內容向心性與表現向心性上都為等級“0”，挑戰的來源也為“0”。說明這兩個問題與教學的三維目標無關，對于僅有45min的課堂時間它們會影響到整體教學效率。

而像“對已學過的化學物質，根據成分分為哪幾類？”以及“同學們，能否對以下物質進行分類：空氣，O2，Cu，H2SO4，Ba（OH）2，KNO3，CO2？”這樣的問題，在內容向心性和表現向心性都為等級“2”，挑戰的來源為等級“1”，這充分說明了與教學目標的高度契合性。因此，化學教師應該更加關注課堂提問效率，對課堂提出的重點問題進行預設，建立問題之間的聯系與層層遞進，充分利用問題的反饋作用來衡量學生教學目標的達成情況。

認知性學習目標水平的4個層級按學生的學習結果由低到高的水平依次是“知道”“了解”“理解”“應用”。“知道”是指對事實或道理能準確表述；“了解”是指對學習材料有一定的認知；“理解”是指一種對事物本質的認識；“應用”是指在新情境中使用[10]。結合圖4的數據統計發現，教師在課堂上提出問題的認知層級分布情況為：“知道”層級10個問題，“了解”層級5個問題，“理解”層級3個問題，“應用”層級0個問題。數量最多問題集中在“知道”和“了解”層級，而分析教師設計的教學目標時發現，教師設計的教學目標認知水平也在“知道”和“了解”層級。

2.3 小結

對以上數據分析可得圖5：提出問題的內容向心性方面，教學設計（4/6）相比于教學過程（10/18），前者與課程標準的契合性更高；提出問題的表現向心性方面，教學設計（3/6）與課程標準的契合度也高于教學過程（7/18）的契合度；挑戰的來源方面，二者都沒有技術性錯誤；挑戰的層級方面，教師在課堂上提出的問題認知水平“知道”層級問題過多（10/18），而“理解”層級問題過少（3/18）。預設問題的認知層級都比較高，集中體現為“理解”（3/6），而生成問題中主要集中在“知道”（10/18）和“了解”（5/18），教師對問題的認知層級有所調整。

3 結論

在知識呈幾何級數激增的時代，化學研究的事實和結論可能被學生忘記，但化學研究的思想方法、研究態度一定能夠長久地支持學生的學習、生活和工作。這些被學生終身保持的，成為他們行為習慣的就是一個人的基本素養，學生的化學核心素養和關鍵能力是基本素養的組成部分，也是中學化學教育的終極價值所在。這也是PBL教學模式能有效促進學生科學素養，使師生在“提出問題-探究問題-解決問題-引發新問題”的緊張而熱烈的氛圍中進行交流和學習。

基于問題教學的優點不言而喻，但在實際課堂教學的應用中效果不佳。從以上的基于問題的教學設計與教學過程契合性的研究數據分析可以看出，教師雖然運用了基于問題式教學模式，但在問題的設計上少了一些對課程標準的參考，也對問題在課堂上引起的效應與所要達成的目標之間沒有更深入的思考。首先表現在對問題數量的大幅度調整。其次，教學設計中認知層級高于教學過程，教學設計相比于真實課堂是相對比較理想的。再者，表現向心性方面，教學設計也優于教學過程。

基于這樣的問題，建議對教學的設計更應該從提出問題入手，多從課程標準出發并思考一些能激發學生多角度思考的問題，也可以嘗試一些不能形成統一結論的開放性問題，甚至是挑戰權威性的問題。教師在教學設計時，要注重自己所提問題與所想達到效果的可行性分析，要模擬實際課堂，配合學生的心理特點，切實達到自己預設的認知層級。

教師在教學過程中，若對知識的傳授過于迫切，對學生的探究實驗僅做思維引導，這也會使許多學生失去了發現問題的機會。教師應該樹立探究-發現-再探究問題的思想意識，形成發現一個新的問題比得到一個事實性結論重要的觀念。知識不要給得太直接，讓學生充分地探究，解決了一個又一個新問題之后再得到結論。甚至可以在實驗探究之前給學生一個相反的結論，使學生對自己的實驗結果產生懷疑，這樣學生也就會更仔細的檢查實驗，相互討論，發現各種問題，探究再探究，最終堅持己見，得到結論，培養關鍵能力。結論本身對于學生是重要的，但追求結論的過程是同樣不可忽視的，結論是會忘卻的，而留下來的東西就是追求結論的過程。

PBL教學模式的化學課堂教學從多方面給我們以啟示，從教學目標的定位、學習的切入點、師生關系及課堂組織形式等方面發生了明顯的改變，不僅轉變了教師的教學模式，也提高了教學效果，同時對于學生學習方式的轉變、創新意識的培養也有很大的作用。通過PBL教學模式培養學生的化學核心素養，讓化學課堂成為培養學生科學素養的課堂，給學生留下對他們終身發展最有價值的東西。

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