基于“問題解決”落實化學核心素養的教學實踐

黃華文

摘要：“問題解決”的過程中蘊含著知識、能力、素養三個要素?；谶@三個要素圍繞“中心問題”設計落實核心素養的課堂教學框架，借助“虛擬”和“真實”相互融合的教學手段，展開“教、學、評一體化”的教學過程，引導學生通過自身的體驗和感受、收獲和完善知識體系，多層次、多角度、遞進式的推進學生化學觀念和思想形成，實現問題解決能力培養的教育目標。

關鍵詞：問題解決;落實;化學核心素養;教學

文章編號：1008-0546（2020）01-0043-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.01.012

教學中，學生在解決陌生復雜情境問題時存在著不能快速提取所需信息、無法找到解決問題模型、不能將所需知識遷移到解決新問題中等困難。追溯教學的根源是教學過程中知識—轉化→能力-形成→素養的培養過程脫節。如何在教學中實現學生從知識到能力到素養的進階發展？嘗試以“問題解決”作為主要教學活動，帶領學生運用學科知識、思維、方法解決生產、生活、科技中的真實問題，讓學生在體驗感受真實問題解決過程中，激發學生學習新知識、構建完善知識和能力體系的動力，實現知識功能化和素養化，切實將素養培養落實到課堂教學[1]。

一、“問題解決”的思維模型

“問題解決”是圍繞著一個不確定結果的復雜問題展開的認知過程，是借助問題解決者之間的活動，進行提取知識、遷移知識、整合知識、構建知識的一個過程;是獲得解決問題經驗、提煉形成解決問題基本模式、培養解決陌生情境問題的遷移能力、引導發展正確價值觀的一個過程[2]。在這個過程中需要經歷四個階段，蘊含著三個必備的要素。

1.“問題解決”的三要素

問題解決過程中，離不開知識、能力、素養三個要素。其中知識是解決問題的基礎和前提，只有儲備一定的知識才有機會分析和識別問題，找到解決問題的突破口，才能進行重構、優化、完善原有的知識體系，才能為能力和素養的發展提供依托。能力是解決問題的工具，只有具備分析、綜合、比較、抽象、概括、調控等解決問題的能力，才能為解決問題提供各種順手的工具，掌握的能力越多越廣泛、積累的經驗越豐富，解決問題的成功率越高。素養是解決問題的理念和策略，只有掌握學科獨有的思維方式和價值觀，才能從學科角度為解決問題提供正確的思路和方向，才能快速找到合適的解決問題模型和路徑。只有具備良好的品德和社會責任感，才能尊重科學，準確地把握自己行為，運用所掌握的知識為人類社會文明的進步服務。在解決問題過程中，三個要素的內涵多少表現出一個人解決問題的綜合能力。

2.“問題解決”的四階段

“問題解決”過程包含“識別激活→設計嘗試→修正彌補→整合構建”四個階段（見圖1）。首先是“識別激活”階段，該階段通過調查和識別將問題轉化為自己所理解的內容，依據自己經驗分析確定問題所屬的范疇，激活調取解決問題所需知識、方法和模型。其次是“設計嘗試”階段，該階段借助模型嘗試設計解決問題的方案，并對多個方案進行評判和分析，選擇最佳方案進行操作實踐。第三階段是“修正彌補”，是對原有的方案中出現的新問題進行解決和修正彌補。在前三個階段中，為了解決新產生的問題需要攝取新的知識或者將相近、有聯系的知識、方法融合在一起，拓展和延伸舊知識，形成新的知識網絡和認知模型，再運用于解決新問題。最后階段是“整合構建”，是通過反思整合形成解決此類問題程序化模型的提煉階段。從問題解決的整個過程看，學科認識問題和解決問題的思維角度、學科解決問題的研究方式模型、研究者的學科品質等滲透在每個階段[3]。在這過程中知識主線是明線，知識是由“按需提取”的被動過程到“整體融合”的自主構建過程;能力和素養作為暗線托起知識主線，過程中的能力由調查、識別、判斷、整合等低層次能力，逐步發展到質疑、構建、批判、反思、創新等高階能力。

二、基于“問題解決”的課堂四要素

基于“問題解決”的課堂教學是將學生的學習置身于一定問題情境中，將教學目標融人解決問題的各節點中，讓學生帶著解決問題的最終目標不斷質疑和試錯、批判和反思，最終建立知識與情境、經驗與理論之間的聯系，學會像科學家一樣解決問題，實現推進學生核心素養發展的教學目標[4]。課堂教學程序如圖2。其中合適的中心問題、教師適時的引導、有意義的評價和遞進的體驗活動是“問題解決”課堂教學必不可少的四個要素。

1.選擇合適問題

問題是課堂教學的關鍵，是課堂活動展開的主題，問題必須滿足以下三個要求。首先，問題具有未知性，即問題的答案是學生未知，且通過實驗探究、查閱史實、調查活動等學習行為能得到解決，過程中能讓學生掌握新知識或者獲得新能力。其次，問題具有開放性，即解決問題的途徑有多種或者研究的方式方法不同所得結論不同，能從多個角度培養學生發散思維，刺激學生在問題解決的過程中不斷學習更新、完善自己原有知識體系。最后，問題要接地氣，即學生在現有的知識和能力基礎上，通過啟迪引導、同伴協作等集體的力量能得到解決。教學中選擇合適的問題作為主題帶領學生通過自己的努力不斷探索，促使學生改變只關注記憶單純化的惰性知識狀態，進入自我調控的主動學習狀態和運用資源、經驗、知識的認知建構狀態[5]。

2.把握引導技巧

教師的引導在課堂教學中起到穿針引線的作用。教師在專業領域和人生價值觀等方面恰當地引導學生，使學生少走彎路;但是教師的引導過多或者引導的時機不對，也不利于學生自我感知、體驗反思等能力的提升，因而課堂教學中教師的引導時機和技巧非常關鍵。如當學生面對無從下手的問題時，需要教師將問題肢解為幾個有梯度的小問題，或者借鑒學生熟悉的事物引導學生遷移應用，或者幫助學生激活解決問題需要已掌握的知識，找到解決問題的切入點或者依托點。當學生在完成任務之后無從判斷正誤時，需為其提供相關理論或者評價標準引導學生自我評判。當學生對一些知識、原理、模型已經產生初步認識，但依靠學生自身現有的能力無法整合、完善、提升時，需教師從學生認知模糊和知識盲區等角度設計一些問題或活動，借助生生、師生之間的合作自主建構甄別，將經驗凝練為理論，幫助學生獲得更全面的認識。

3.多元評價導向

評價是一節課的精神所在，目的是為幫助學生對自身學習和思想進行自我調節和教師對教學進行調整。正確的評價不僅為學生提供檢測知識和糾錯認知的標準，還能為學生提供正確的人生觀。教學過程中常用習題或試題對學生所學知識的掌握程度進行評價，教師對學生的回答評價模糊、角度單一等情況，不能將評價功能發揮高效?？稍黾娱_放式課外活動課題對學生綜合素質的評價，如設計讓學生以小組為單位做“市區的生活用水來源”的調查報告，評價學生與人溝通協調、查閱資料、設計問卷表、提煉觀點等能力。在學生回答問題時，可增加學生與學生之間的評價，促進學生自我反省和反思，讓學生樹立客觀評價、尊重事實的科學精神。在師生或者生生間評價時，要以課程標準中對模塊主題提出的要求作為依據，提供評價角度讓評價目標明確，如回答問題時可從學生思維、語言、合作、溝通等方面評價，也可從心理因素、品行道德、評價對象等方面進行評價。

4.分層遞進體驗

學生活動是課堂教學活躍度的體現，是一節課的主體。要讓學生通過活動獲取知識、訓練思維、形成能力、產生素養，設計的活動要讓學生“動手動腦”，在不斷調整糾錯的過程中感受、感悟和反思，激發高層次思維的碰撞和產生，促進批判、創新、協作與溝通等問題解決能力的形成[6]。同時活動設計要逐層推進，設計的底層問題要能激發學生思考，引發新問題產生，提出更高層次需要解決的新問題，在問題中一環扣一環地推進課堂，讓學生在不斷發現和解決問題的循環過程中體驗，在簡單到復雜的問題解決過程中歷練產生感觸，在行動和心理上幫助學生得到提升，從而培養解決問題能力。

三、基于“問題解決”的課堂教學實例

因高中階段教師對實驗教學重視不夠及學校教學條件不足，導致學生的實驗知識處于碎片化點狀分布，無法形成體系，實驗綜合能力無法提高，解答實驗綜合能力較弱。教學中，在學生具備一定基礎實驗知識和實驗經驗之后，有必要讓學生認識實驗的功能，幫助學生建構運用實驗解決問題的一般程序，即幫助學生建構綜合實驗設計的思維模型。此時，采用“問題解決”方式進行《綜合實驗方案設計》的教學最為合適。設計的教學流程見圖3所示。

1.圍繞問題設計——整體構建素養框架

在《綜合實驗方案設計》教學中，選擇“FeCl3.6H2O晶體與MnO2共熱能否產生Cl2”作為中心問題，圍繞該中心問題將證據推理與模型認知、科學探究與創新意識等核心素養培育融入“問題提出、問題解決、問題凝練”3個教學環節中，讓學生在預設的學習任務的支配和調控下，將學生的解決問題思維從無序探索引向有目標的提煉建構方向上[7]。首先，為了激發學生的社會責任感、影響學生的科學態度，先展示化學的科學研究成果——治療白血病的藥品等，體會化學對人類文明的偉大貢獻，同時提出中心問題引入課題。接著，設計4個逐層遞進的拓展問題“尋找認知依托、展開證據推理、參與科學探究、嘗試科學創新”展開“問題解決”的環節，依托4個拓展活動的開展，讓學生在逐步解答問題的過程中體驗綜合實驗方案設計的流程。最后通過回憶走過的歷程，提煉綜合實驗方案設計的一般思維模型，學會提煉結論。

2.修正感知體驗——分層推進核心素養

解決問題的真實過程是一個發現缺陷、提出新問題、解決新問題的循環過程，學生在不斷調整、不斷修正方案的過程，打破舊認知、建立新認知的過程。教學中遵循學生認知水平的發展，先讓學生思考“FeCl3.6H2O與MriO2加熱需要哪種發生裝置”，學生依據自己原有的知識和認識水平選擇“固固加熱型”裝置。接著設計“用酒精燈加熱FeCl3.6H2O晶體”的分組實驗，學生觀察到晶體加熱時熔化變為液體的現象，即刻推翻原來的設計，進而進行第一次裝置修正。為了提升學生認識，提出“在設計需要加熱的裝置時，要注意哪些問題？”，幫助學生歸納“設計裝置前，要先查閱相關物質的基本資料;對比加熱物質的熔點與酒精燈的溫度，判斷加熱時物質呈現的狀態”的共識。隨后，引導學生從查閱的信息“氯化鐵熔點為306℃、沸點為315℃、在300℃升華、酒精燈溫度為400-500℃”，結合實驗目的從理論上提出疑問和猜測“在加熱過程中，氯化鐵是否會因升華混合在氣體中？是否會影響Cl2的檢驗？”。學生在原有的實驗裝置基礎上設計實驗并進行操作，驗證猜想是否正確。在實驗中觀察到的“FeCl3隨著氣體從第一套裝置進入下一套裝置，使KSCN溶液變紅”，還發現邊加熱邊倒吸的現象，證實猜想成立。迫使學生進入解決新產生問題“倒吸的安全隱患”和“排除FeCl3干擾Cl2檢驗”的階段，學生通過討論從安全性和干擾性兩個方面第二次修正實驗裝置。

兩次的修正活動都建立在真實實驗的基礎上，第一次修正為第二次修正提供質疑的數據和問題，第二次修正建立在疑問被實驗事實證實之后，兩次修正均是學生經過思考和探索后自己對原來的設計提出問題，這種“產生問題_÷證實問題_÷產生新問題”的過程給學生帶來一種使命感，給學生留下深刻的印象。兩次逐層遞進的修正活動，促進學生在探究過程中學會關注細節，學會發現和提出有價值的問題，學會運用搜索調查、實驗實踐等手段探索未知世界、解決未知問題，實現科學探究與創新意識和證據推理與模型認知素養的培養[8]。

3.“教、學、評一體化”——全面發展核心素養

“教、學、評”指“教師引導、學生學習、教學評價”，這三者是課堂教學不可分割且不可或缺的內容。“教”和“評”不僅能夠幫助學生提煉自己的思維，還能指引學生形成正確的價值觀，鼓勵幫助學生運用批判的眼光分析問題，“學”不僅能夠讓學生獲取知識，還能增長技能、形成素養。表1是本節課部分“教”“學”“評”的具體體現。

圍繞著“幫助學生構建綜合實驗設計方案的思維模型”的教學目標，將教的目標、學的目的和評的立意相互融合，采用引導、活動、評價相互交錯的教學方式，在適當時機為學生提供建構模型的技術支持和提供解決問題所需的資料;通過合作討論、互評修正等協作方式，讓學生在聆聽師生及生生之間相互評價調整自己的學習狀態，多維度發展學生的核心素養[9]。

4.“虛擬與真實”結合一多角度落實核心素養

在教學過程中借助虛擬的教學工具輔助教學，能夠拓寬學生的視野和延伸教學空間，解決實際教學存在的困難，讓學生得到更多的自我感受[10]。本節課的內容若想讓學生在實驗室里按科學探究過程完整地走一遍在時間上存在一定困難，如果僅選擇重點環節讓學生操作，又會造成學生遺落某些設計環節。借助“NB模擬實驗室”虛擬實驗軟件將設計實驗裝置環節在電腦上操作，能夠讓每一位學生都參與這個環節。虛擬實驗室所提供儀器及藥品齊全，學生可按自己的設想提取自己所需的儀器及藥品，能夠組裝出想要的整套儀器，還能進行虛擬實驗，觀察反應所發生的現象，效果很好。但虛擬的實驗現象只是從理論上假設出來的結論，不代表與事實相符，所以課堂中還需要師生一起按軟件中設計的裝置圖進行實驗，從真實實驗得出結論，才具有說服力。

采用“虛擬”與“真實”相結合的教學手段，將實驗的理論設計環節在網絡虛擬實驗中完成，為學生提供無限的選擇和創意，讓學生在課堂教學有限的時間和空間上，體驗一位研究者完整的探究過程，突破傳統教學在時間和空間上的局限性。再通過真實實驗得到有說服力的證據，彌補虛擬實驗的不足?！疤摂M”+“真實”完美地結合促進核心素養落地，同時為學生提供運用科技手段輔助解決問題的一個思路。

將“問題解決”作為一種教學方式，在師生共同解決問題的過程中，將知識傳遞、能力培養、素養形成三者融合于課堂中，實現學生知識到能力到素養的轉化，促進我們的教學向“知識建構”“自主學習”“協同學習”課堂的轉型。

參考文獻

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[8]杜淑賢，普通高中化學課程標準（2017年版）解讀——中學化學真實情境研究與案例[M].上海：上海教育出版社，2019：44-49

[9] 吳星，呂琳.核心素養培養需要“教、學、評”一體化[J].江蘇教育，2019（19）：22-25

[10]高疏寒.基于VR技術下虛擬教學應用的思考[J].視聽，2018（1）：202-203