基于“三維耦合”創新性思維課堂教學模式的實踐研究

徐星　李杰　魏遠金　展軍顏

【摘 要】本文以《物質的量在化學實驗中的應用》概念教學為例，探索基于“預設性思維點”“生成性思維點”“目標性思維點”的“三維耦合”創新思維課堂教學模式，以教材知識發展為主線促生思維型課堂，以學生學科能力發展為隱線培養創新型思維。

【關鍵詞】物質的量濃度 三維耦合 創新思維 教學模式

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）38-0035-04

創新是人類文明進步與社會發展的根本動力，是 21 世紀人才發展的重要特征。“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力”“在激烈的國際競爭中，惟創新者進，惟創新者強，惟創新者勝”。2017 版新課程標準的課程理念也提出“培養學生的創新精神和實踐能力”，2019 年高考試題評價體系中再次強調“高考應體現創新意識和創新思維的考查”，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要 2010—2020》“突出創新精神的培養”。可見，促進學生創新思維發展是中學教育的重要研究課題。

核心概念是人們在研究物質及其變化規律的過程中所形成的高度抽象的思維產物，核心概念形成的過程也是學生思維發展與提升的過程。學生在已有的有限知識上，通過核心概念的有效自主建構，探索未知的新領域，進而遷移運用所學知識創新地解決問題，可以說核心概念的學習是中學生思維得以發展與創新的最好手段。

但現階段存在兩個方面的困難：一是就教育教學現狀而言，教師更多的是以“一個定義，幾項注意”的傳統教學模式為主進行教學，未能從概念形成過程中給學生足夠的思維空間來建構概念。教師更注重知識獲取與落實而不看重知識的生成性與發展性，忽略學生充分體會概括本源性的機會。另外，學生剛進入高中階段，學習主動性不強，更多的是停留在以記憶和理解為主的淺層學習層次，缺乏分析、應用、評價、創造等高層次的創新思維。二是就創新實踐現狀而言，創新本身是一個復雜過程，理論研究浩如煙海，在理論上較難達成共識。而且目前更多的教學實踐是把創新當作一個整體性的教學目標，籠統地討論培養創新素養的方法和策略，無法形成系統的解決方案。

基于以上分析，本文以《物質的量在化學實驗中的應用》概念教學為例，探索基于“預設性思維點”“生成性思維點”“目標性思維點”的“三維耦合”創新思維課堂教學模式。

一、教學分析

（一）教材分析

《物質的量在化學實驗中的應用》位于人教版必修 1 第一章第二節，本節內容主要包含核心概念“物質的量濃度”及定量實驗“一定物質的量濃度溶液的配制及誤差分析”。

在概念學習方面，新課標明確指出要“重視化學基本概念”。“物質的量濃度”作為高中化學核心概念之一，與前面的“物質的量”“摩爾質量”“氣體摩爾體積”等概念構成了一個“概念群體系”，這個體系是構成高中化學知識體系的基石。但它較抽象，學生難以理解，對其應用較困難。

在定量實驗學習方面，新課標要求學生“體會定量研究方法對研究和學習化學的重要作用”。將物質的量與具體的化學反應相結合，讓學生感知化學定量研究源于生產、生活，強化物質的量在化學反應中的實際應用，充分體現該部分知識的功能與價值。

（二）學情分析

學生已學過“物質的量”“氣體摩爾體積”等核心概念，對概念的學習有一定認知。而剛進入高中階段的學生，雖有一定的思辨能力，但其心智與思維還處于較低階段，在很大程度上還屬于感性經驗支持的經驗型，對新事物的認知、新知識的理解等更愿意從已有的熟悉的具體事物的角度思考。

“配制一定物質的量濃度的溶液”屬于實驗基本操作范疇，學生接觸到的初中化學實驗基本都是定性實驗。雖已學習“一定質量分數溶液的配制”，但稱量和量取的精確度要求不高。對配制一定物質的量濃度的溶液用到的這樣高精確度的實驗儀器以及在流程中容易出現的問題缺少切身體會。

（三）教學目標

1.知識與技能

（1）理解物質的量濃度的含義及其應用，初步認識廣義的濃度;

（2）掌握精確配制一定物質的量濃度溶液的一般步驟、方法和技能。

2.過程與方法

（1）通過情境的預設，階梯性關鍵問題的架設，基于已有信息和證據，分析表示溶液組成的各類標簽，發現規律，自主建構物質的量濃度概念;

（2）通過生活中常見的“鮮牛奶營養成分”“生活飲用水水質化學指標”“酒精度的表征”以及“體檢報告”等理解濃度的外延;

（3）通過對比分析儀器特點，展示“創新”與“需求”的關系，加深學生對容量瓶特點的認知;

（4）通過小組合作探索，掌握實驗室準確配制一定物質的量濃度溶液的方法及誤差分析的技能。

3.情感、態度與價值觀

（1）培養學生嚴謹求實的科學態度與辯證的思維;

（2）利用概念和化學實驗教學，培養學生遷移創新性思維，使學生真實感受到創新的源動力來自解決實際問題過程中。

二、設計思路

本文以“物質的量在化學實驗中的應用”第一課時為知識載體，精心設計教學內容，預設真實、特定的情境與問題（預設性思維點），激發學生內在動機，引導學生積極思維，并關注學生的思維發展。使學生主動地參與學習過程，產生新的問題、新的認知沖突。教師及時捕獲生成性問題（生成性思維點），引導學生不斷思考。學生不斷經歷問題的識別、信息的搜集和編碼、創意的生成等問題解決核心環節，不斷生成新穎、有價值的“產品”的過程，建立事物和知識之間的關聯。學生通過經歷系列創新實踐活動，自主建構，促進培養創新思維（目標性思維點）。以“預設性思維點”為基本點，及時捕獲“生成性思維點”，并以之作為發展點，引導學生的思維到達“目標性思維點”，進而促進“三維有效耦合”。

因此，本文主要基于“預設性思維點”“生成性思維點”“目標性思維點” 的“三維耦合”創新思維課堂教學模式，以教材知識發展為主線促生思維型課堂、以學生學科能力發展為隱線培養創新型思維。

三、教學實錄

（一）預設問題情境，架設預設性思維點

【教師】知識準備 1：化學計算中可以使用質量比例關系，也可以使用物質的量的比例關系，你認為采用哪種比例關系更有利于化學計算？

知識準備 2：在化學實驗中，為了使反應盡量快速和徹底，我們通常不直接用固體與固體反應，而是將固體試劑配成溶液，使反應在溶液中進行。

【思考 1】含 0.001 mol HCl 的鹽酸溶液恰好與 NaOH 溶液反應，需要 NaOH 的物質的量為多少？其質量為多少克？

【學生】迅速得出 0.001 mol，0.04 g。

【思考 2】在稱量儀器為托盤天平的條件下，如何實現這一反應？

【學生】大部分同學沉思，少數同學提出可以利用“積小成大”“聚微為宏”思想。

【教師】可稱量 4.0 g的 NaOH 固體，將其配成溶液，然后取出總量的 1/100，即可保證有 0.04 g NaOH 參與反應。

【思考 3】這里是取質量的總量的 1/100，還是溶液體積總量的 1/100，哪種會使我們使用比較方便？

【學生】取體積的 1/100。

【小組討論】請同學們設計一個方案：用所給的儀器和試劑配制 100 mL NaOH 溶液，其中溶質的物質的量為 0.1 mol。

【學生 1】可以用量筒量 100 mL 水，將 NaOH 溶于其中。

【學生 2】可以將稱量好的 NaOH 放入燒杯里，加水至 100 mL 刻度線處。

……

【設計意圖】依據教學內容的功能價值、學生學情以及學生思維發展現狀，充分挖掘學生思維的已知點、未知點和困惑點，架設問題情境，設計兩個“關鍵性問題”（預設性思維點），順著學生的思維發展，引導學生思考，活化思維。

通過兩個“知識準備”部分，讓學生認識到化學反應的實質以及溶液配制的重要性，進而解決較小濃度配制問題與已學的“稱量”與“量取”無法滿足的認知沖突，即“關鍵性問題一”。這就需要學生借助“物質的量”中的“積小成大”“聚微為宏”思想，加大所需的 NaOH 的量，解決問題。

林崇德認為：“創造性思維，一是新穎、獨特的有意義的思維活動;二是創造性思維的內容為思維加想象，即通過想象，加以構思，才能解別人所未解決的問題。”如何讓學生進一步認識“精準量取”這一“關鍵性問題二”？在教學過程中預設“思考 3”和“小組討論”。在已解決“關鍵性問題一”的基礎上，引發學生新的認知沖突，促其不斷思考。

學生要保證“配制精準”必需量取精準，需分析“燒杯”與“量筒”結構特點。讓學生自己動手“設計”“創造”新的量器，經過這樣的思維過程，學生對“量取精準”的儀器特征“既具有量筒的口徑細，又具有燒杯的容量大”，這樣認識和理解比直接引入容量瓶更為深刻。教師趁機向學生展示并介紹其結構特點和使用方法，介紹常見規格的容量瓶。

（二）自主探究創新，捕獲生成性思維點

【分組實驗】請你使用容量瓶及提供的儀器配制 100 mL 含 0.1 mol NaOH 的溶液。

【提供的藥品與儀器】NaOH 固體、蒸餾水、托盤天平、鑰匙、燒杯、量筒、膠頭滴管、容量瓶（100 mL 和 250 mL）。

【設計意圖】學科思維能力的形成過程是在對核心概念和典型事實深刻理解的基礎上，學習者主動參與、積極思維的過程，學習者不斷地抽象、概括而形成思維能力。沒有學習者深度的思維過程，是很難形成學科思維能力。無論是新課程理念，還是高考要求，都注重選拔具有學習潛能和創新精神的人才。而實驗教學則是培養學生探究與創新能力的良好辦法。

“溶液的配制及分析”的實驗操作因規范強、操作多等特點，要讓學生在短時間內理解和掌握，的確有困難，這是本節課的難點。如何避免“固定的幾個實驗操作步驟以及由實驗操作的偏差所引起的誤差分析”直接講述，挖掘其中所蘊含的化學學科思維能力要素，巧妙地融合于內容載體及教學活動中，用化學知識和技能解決實際問題，成為本節課第三個預設的“關鍵性問題”。

因此，教師要求學生分小組，根據教師所提供的儀器進行溶液的配制。教師在教室里巡看、觀察，及時了解學生存在的疑問。在預設性思維點的基礎上，及時發現和收集學生的錯誤操作，即“精準配制”的生成性問題素材，為后面實驗誤差分析提供教學資源。

（三）挖掘實驗實質，深化概念認知

【思考 4】將溶液分裝至試劑瓶后，標簽上應該如何表示該溶液的組成？

【學生 1】可以用質量分數表示溶液的組成。

【學生 2】應該寫“100 mL 溶液含 NaOH 0.1 mol”。

……

學生小組討論激烈，教師及時捕獲“100 mL 溶液含 NaOH 0.1 mol”的生成性問題，設計三個階梯性問題：“1 mL 溶液含 NaOH 多少 mol？”“2 mL 溶液又含 NaOH 多少 mol？”“不變的是什么？”引導學生思考，概念的形成也就順其自然。

在實際的概念教學過程中，教師將“裸露”的知識“包裝”起來，通過具體的驅動性問題活動來承載，讓概念的形成過程成為學生自我建構的過程，這樣避免使用“一個定義，幾項注意”的傳統概念教學模式。

【板書】

【練習 1】20 g NaOH 配成 1 L 溶液，求 NaOH 溶液物質的量濃度。

【練習 2】500 mL H2SO4 溶液中含 49 g H2SO4 溶質，求硫酸物質的量濃度。

【練習 3】判斷正誤

（1）將 1 mol NaCl 溶于 1 L 水中，則 c=1 mol/L 。

（2）若從 1 L 1 mol/L的 NaOH 溶液中取出 200 mL，則 c=0.2 mol/L。

（四）遷移應用 提升素養

【教師】

材料一：鮮牛奶營養成分的質量分數

材料二：我國生活飲用水水質化學指標

材料三：RIO 雞尾酒酒精度

材料四：病人的檢驗報告

【思考 5】濃度的表示方法多種多樣，它們有何共同之處？這些表示方法的本質是什么？

【交流】上述配制的 100 mL 含 0.1 mol NaOH 的溶液濃度準確嗎？

【板書】

【思考 6】實驗室需要制取一定量的 H2。將 0.65 g Zn 放入 10 mL 物質的量濃度為 2 mol/L的鹽酸中，它們恰好完全反應，生成的 H2 的體積為 0.224 L（標況），請完成下面的表格。

【總結】學習了物質的量濃度，你對化學反應中的定量關系有什么新的認識？

【設計意圖】展示材料一到材料四，旨在讓學生從化學視角認識、感知和理解化學定量研究源于生產、生活，從不同的視角認識和理解濃度在實際生活的應用，即溶液的濃度可以通過表征溶質、溶劑、溶液三者中的任意兩者的物理量（如質量、物質的量、體積等）的比例關系來表征，充分體現化學學科價值，也實現了“目標性思維”。

概念的建立必然需經歷辨別、概括、歸納、演繹等抽象思維過程。因此，教師引導學生結合自己小組實驗操作，圍繞物質的量濃度的表達式，分析濃度偏高或偏低的原因。通過誤差分析不僅深化了對物質的量濃度概念的理解，而且培養了分析問題的學科思維能力。教師及時捕獲前期課堂中生成性問題，引導學生發現實驗操作或實驗設計中的“微缺陷”，進而自主完善實驗操作（如圖 1）。這樣有效地將概念原理、實驗操作以及生產性問題進行結合，體現高中化學實驗教學的功能，融合定量研究的學科思維與理念。

最后通過思考 6，讓學生從多個角度認識化學反應、理解概念，只有這樣學生才會在已有知識經驗的基礎上，通過對新問題的思考發現知識間的內在聯系。由學生自主建構概念，以不同的方式重新呈現概念，從多種角度思考、認識概念，并在適當的情境中正確地運用概念，從而使學生的學科思維水平得到提高。實現“預設性思維點”“生成性思維點”“目標性思維點”的“三維耦合”，承上啟下，為后面的學習做鋪墊。

四、教學反思

以學科知識為思維載體，以“關鍵性問題”為思維切入點，以教師之“誘”為主線，以學生之“思”為目標，實現學生“創新性思維”能力的達成，是“三維耦合”創新性思維教學體系的核心（如圖 2）。

（一）以學科知識為載體，預設性思維點

這包括關鍵性問題情境創設、關鍵性對話設計、關鍵性問題提出、關鍵性問題解決、教學組織、教學實施方法等過程，通過關鍵性問題把學生引向“獨立思考、積極探索、合作學習”之路。

（二）以“誘”為主線，捕獲動態性思維點

課堂教學實施的過程，也是學生思維發展和提升的過程。關鍵性問題的設計，問題設置的梯度性，動態性思維點的及時捕獲與促生，以及經驗匹配度，是學生思維深度發展（即創新性）的重要途徑。

（三）以學生的“思”為標的，達成創新性思維點

學生的“思”有三個層次：首先，學會思考問題的方法;其次，學會自我學習與探究;最后，學會知識的遷移創新。從而掌握終身學習的技能，成長為創新型人才，這也是課改理念和社會的要求。

【參考文獻】

[1]甘秋玲，白新文，劉 堅，魏 銳，等.創新素養：21世紀核心素養5C模型[J].華東師范大學學報（教育科學版），2020（2）.

[2]徐 星，展軍顏，黃慧清.洞悉思維的基點? 構建思維型課堂——新課程理念下“物質分類”的教學設計[J].中學化學，2017（9）.

[3]徐 星，楊 菲，展軍顏，等.基于學生思維特質培養的主題式教學實踐探究[J].基礎教育研究，2018（7）.

（責編 盧建龍）