創設層級提問，提升科學思維

葉婉環

【摘要】本文以《質量守恒定律》為例，淺談如何通過層級提問啟發學生的科學思維，開展以問題為中心的實驗探究教學，促進學生深度學習，推動學生思維的發展以及促進學生學科核心素養的提升。

【關鍵詞】中學化學;人教版;層級提問;科學思維;核心素養

根據化學實驗的直接目的可以將化學實驗分為兩大類：一是驗證性實驗;二是探究性實驗。在現實教學中，有的教師輕視驗證性實驗，認為做實驗只不過是驗證一下已知的結論或規律，而學生對此已經掌握了，因此，驗證性實驗是可有可無的了。筆者認為，驗證性實驗是培養和發展學生核心素養的重要手段和途徑，教師在教學過程中，利用層級提問，讓學生親歷實驗過程，通過對實驗數據的收集、處理、分析“發現規律”，體驗成功的喜悅，養成基于證據分析解決問題的必備品格和關鍵能力。因此，改變傳統的驗證性實驗教學方式，更好地發揮驗證實驗在培養學生核心素養方面的作用，勢在必行。

所謂層級提問，筆者認為是有效提問的其中一種表現形式，在教學中把學生引入學習情境，設置有層級、有梯度的問題，促進學生思維層次的發展，那么，如何在化學教學中通過設計層級問題來培養學生的科學思維呢？這就需要我們精心設計各個教學環節，有目的地優化教學設計來培養學生的科學探究思維能力。下面，筆者以人教版的九年級上冊5.1《質量守恒定律》為例，談談如何設置層級提問，培養學生科學思維。

一、設計層級提問，啟發科學思維

“科學思維”主要是指邏輯思維，包括分析、比較、歸納、演繹、抽象、概括和批判等方法。科學思維是核心素養發展的主要途徑。層級提問要根據教學內容來設計，通過層級提問，由淺到深、由易到難，環環相扣，層層推進，啟發學生思考，把學生的思維一步一個臺階推向求知的天地。

問題1：你覺得化學反應前物質總質量是否等于反應后物質的總質量呢？

設計意圖：創設真實問題情境，引發學生認知沖突。好的課堂引入能夠激發學生的學習興趣和求知欲。課堂開始可先播放兩個實驗視頻：第1個視頻“蠟燭燃燒前后質量變化”;第2個視頻“向澄清石灰水中通入二氧化碳氣體前后的質量變化”。通過兩個結果相反的實驗，激發了矛盾，并提出了這一課的探究問題：“你覺得化學反應前物質總質量是否等于反應后物質的總質量呢？”學生經過思考、討論、猜測，有的說是質量總和變大，有的說是質量總和變小，有的說質量總和相等。這時，教師指出實驗是科學探究的有效途徑，進入本節課的第二環節。

問題2：實驗1鐵釘與硫酸銅反應前后質量的測定（圖1）和實驗2鹽酸與碳酸鈉粉末反應前后的測定（圖2），這兩個實驗均有什么實驗現象？在化學反應前和化學反應后天平仍然平衡嗎？

設計意圖：通過問題2引導學生開展科學探究活動，發現不同的實驗反應原理，化學反應前后天平不一定會平衡。再引導學生思考，這與什么有關？以實驗操作和現象為證據，推理結論，培養學生的推理思維。

問題3：若天平平衡，請解釋是什么原因？若天平不平衡，請解釋又是什么原因？誰的實驗結果更加科學嚴密？

設計意圖：利用兩個不同的學生實驗，對比實驗現象，分析總結實驗探究的結論。通過產生不同的實驗結果，引發思維沖突，培養學生反思及不斷求證的科學精神。實驗現象中出現的氣泡、實驗裝置的開放性，引發學生思考并實施將開放裝置改進成密閉裝置。

問題4：（追問）那你能在這個實驗的基礎上，重新設計實驗，讓其化學反應前后的總質量相等嗎？

設計意圖：這個環節，實驗的改進使學生對封閉體系和開放體系中的化學反應都能遵守質量守恒定律，有了更直觀和深刻的理解，教學效果更好。經師生共同探討的結果得到如下改進的實驗圖。之后由教師演示此實驗，讓學生進一步理解化學反應前后質量總和不變的內涵，實現對質量守恒定律的深層理解。

問題5：為什么物質的總質量在化學反應前后相等？請同學們觀看視頻動畫模擬“水分子分解”的微觀過程，能否從微觀的角度來解釋質量守恒定律？

設計意圖：通過直觀生動的動畫，學生們深刻認識到化學反應是將分子分解成原子，再將原子重新組合成新分子的過程。學生不難突破這個難點，得到質量守恒的原因：化學反應中原子種類、數目和質量都保持不變，所以，化學反應都遵守質量守恒定律。問題的遞進，讓學生從微觀的角度深入思考問題，重點從“知識層”深入到“思維層”，讓學生大膽發言，解釋、描述、交流、歸納，進而促進學生思維方式的發展。

問題6：某實驗小組對燃燒反應進行了定量研究，在發現“木炭燃燒后質量減小，鎂條燃燒后質量增加”后提出問題：為什么同樣是燃燒，質量變化卻不同呢？請根據質量守恒定律加以解釋。

設計意圖：通過反思和練習，拓展學生對質量守恒定律的理解，提升對所學知識的應用，促使學生在實際生活中去學習化學、研究化學，去解決實際問題。在解題過程中，培養學生變化觀念、模型認知的核心素養。

二、層級提問活化驗證性實驗，提升科學思維

驗證性實驗的主要特點是強調依照具體實驗步驟來收集實驗數據，驗證是否與預設實驗結果一樣，所以，它忽視了實驗方案的設計過程和實驗結果的分析。由于學生的思維得不到發展，所以學生的分析、綜合和評價等高級的認知能力得不到提高和培養。對驗證性實驗的研究表明：學生在實驗時并沒有發生意義學習，主要原因是在實驗過程中學生要花費大部分的時間來確定是否獲得正確答案，而不是去考慮如何設計和組織實驗。而意義學習是通過實驗體現的過程中實現對知識的“提煉”和“升華”。在驗證性實驗過程中，運用“層級性問題”來引領學生實驗，不單只要求學生收集數據證明規律的正確性，還要引領學生基于證據進行邏輯推理，培養科學論證和解釋交流的能力。當驗證的規律與實驗結果不吻合時，需要探究其中的原因，提出改進的辦法。在解決真實問題的過程中所經歷的體驗，可以促進學生對化學知識與其應用的理解和感悟，促進化學觀念的形成和發展，也能培養學生的科學思維能力、科學探究能力，有助于學生科學態度和責任的養成。

下面列表的內容是從不同的問題類型體現不同的思維層次，更好地對核心素養進行實現。

設計本節課的教學時，教師要以培養化學學科核心素養為目標，讓學生從驗證性實驗活動操作中，獲取和處理信息，基于證據推理得出結論。通過設置不同層級的問題為引導，從問題到證據到解釋，到交流等環節都對學生思維的發展起到很大的作用。

三、結束語

實施層級提問是有效提問的教學策略，能最大限度地抓住學生的注意力，能夠喚醒學生的學習興趣。有效的層級提問能夠了解學生的思維方式和培養學生的科學思維，優化學生的認知結構，降低學生的學習難度和坡度。

《質量守恒定律》一課是基于科學探究的層級提問來啟發學生的科學思維，同時，通過科學思維的引導落實活動的開展來培養學生科學的探究能力。在問題分析中，能認識質量守恒定律的實質，能用質量守恒定律來解決實際問題和解釋現象，這便是化學觀念的形成，從而使學科素養真正落地。

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責任編輯? 陳紅兵