基于真實情境問題培養高階思維能力的教學研究

摘要 高階思維對創新能力和問題解決能力培養具有重要意義。以“苛化法制取燒堿”為例，以物質制取流程為理論基礎，經歷原材料的預處理、原理的選擇、產物的分離和NaOH的提純四個環節。通過創設真實情境、提出具有引領性的問題及即時評價，激發學生思維深度參與，促進高階思維能力發展。

關鍵詞 真實情境問題 高階思維 教學研究 苛化法制取燒堿

從認知水平層次看，高階思維是指人的心智活動或者較高層次的認知能力。[1]196高階思維能力具有復雜性、不規則性、解決方法與評價標準的多樣性及思維過程的自我調節性等特征。[2]化學高階思維能力是指解決復雜化學問題的能力，主要包括設計驗證、解釋說明、推斷預測、分析評價等。真實問題情境是促進學生核心素養發展、培養高階思維能力的重要途徑。情境是啟迪思維、培養興趣、發展素養的重要載體。真實問題情境具有鮮明的學科特點、生活性、問題性等特征。[3]本文以“苛化法制取燒堿”為例，在真實問題情境中，經歷土堿制取燒堿過程，培養高階思維能力。

一、物質制取流程

本節課的目的是以“苛化法制取燒堿”為例，復習物質制取的相關知識，并以此為基礎，培養學生的高階思維能力。苛化法是利用天然堿（土堿）制取燒堿的常用方法。[4]內容主要以物質制取過程為主線，涉及原材料準備和物質轉化、分離、提純等相關知識。物質制取的流程，如圖1所示。

二、教學目標設計

教學目標是通過課堂教學期望達到的最終結果。教學目標主要是通過學習活動，掌握化學知識和實驗技能，發展思維能力，最終促進核心素養的形成。本節課的目的是通過經歷“苛化法制取燒堿”，從原材料的預處理、物質轉化、物質分離、物質提純四個環節中，培養學生的高階思維能力。因此，本節課的教學目標設計如下：

1.通過對土堿的預處理，感受化學實驗的嚴謹性，初步形成解釋說明思維。

2.通過土堿制燒堿的原理選擇，初步形成設計驗證、分析評價思維。

3.通過溶液中混合物分離，形成解釋說明、推斷預測思維。

4.通過對燒堿純度分析，形成解釋說明思維。

三、教學流程設計

（一）原材料的預處理

情境創設：燒堿是一種重要的堿，也是一種重要的化工原料，在生產和生活中有著廣泛的應用。土堿是制燒堿的主要原材料。我國有豐富的土堿資源，但是土堿是以礦石的形式存在，在轉化前，需要對礦石進行預處理。

問題1：為什么需要對礦石進行預處理？

[生1]了解礦石成分，選擇合適的轉化試劑，提高反應速度。

追問1：從提高反應速度看，應該對礦石如何處理？

[生2]把礦石粉碎，增加反應接觸面積。

[師]土堿成分比較復雜，以我國西部地區Q省D縣土堿主要成分為例，土堿的主要成分及百分含量，如表1所示。

【設計意圖】創設真實問題情境的目的是讓學生感受化學知識價值。問題1和追問1的目的是發展學生對化學原材料預處理的認識，初步形成解釋說明思維。由于化學成分的復雜性，因此教師直觀呈現了相關的信息資料。

（二）原理的選擇

[師]根據表1中的信息，土堿的組分主要包括Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaCl。

問題2：選擇哪種物質更適合制NaOH？

[生1]選用Ba（OH）2，Na2CO3+Ba（OH）2=BaCO3↓+2NaOH；NaHCO3+Ba（OH）2=BaCO3↓+NaOH+H2O；Na2SO4+Ba（OH）2=BaSO4↓+2NaOH。把Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4中的CO32-轉化為BaCO3沉淀，SO42－轉化為BaSO4沉淀，66%的組分中的Na+轉化為NaOH。

[生2]選用Ca（OH）2，Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH；NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+NaOH+H2O；Na2SO4+Ca（OH）2=CaSO4（微溶）+2NaOH。把CO32－轉化為CaCO3沉淀，SO42-轉化為微溶于水的CaSO4。

追問2：選用哪種試劑更合理呢？從化學和經濟視角分析。

[生3]選用Ca（OH）2更合理。從轉化程度看，雖然CaSO4微溶于水，但是Na2SO4的含量相對較低，因此也能達到轉化目的；從經濟角度看，Ca（OH）2價格更便宜。

【設計意圖】問題2的目的是在了解土堿主要成分及含量的基礎上，培養學生運用化學知識實現物質轉化的能力，通過設計物質轉化路徑，選擇適切的反應原理，培養學生的設計驗證思維。追問2的目的是通過分析兩種轉化路徑，從不同視角對其進行分析、評價，從而選擇相對合適的反應原理，初步形成分析評價思維。

（三）產物的分離

[師]選用Ca（OH）2作為沉淀試劑。由于反應后溶液中物質比較復雜，假定反應物恰好反應，且CaSO4完全沉淀，在此基礎上探究物質分離過程。

問題3：根據上述假定，反應后的主要產物是什么？

[生1]反應后的主要產物是CaCO3和CaSO4，以及含有多種物質的溶液（簡稱為苛化液）。

追問3：如何把苛化液與CaCO3、CaSO4進行分離？

[生2]固液混合物通過過濾方法分離。

【設計意圖】由于化學反應后，產物較多且復雜，因此進行了假定。問題3的目的是通過假定，簡化反應過程和產物，發展推斷預測思維能力。追問3的目的是根據已有知識基礎，考查學生固液混合物分離能力。

（四）NaOH的提純

[師]通過過濾操作后，固體沉淀被分離出去，剩下的溶液，也就是苛化液。

問題4：苛化液中含有的主要物質是什么？

[生1]苛化液中的主要物質是NaOH、NaCl和少量的Ca（OH）2。

追問4：為了得到純度更高的NaOH，如何把NaOH、NaCl和Ca（OH）2分離呢？

【教師提示】NaOH、NaCl和Ca（OH）2三種物質的溶解度隨溫度變化趨勢，如表2所示。表2 NaOH、NaCl和Ca（OH）2三種物質的溶解度隨溫度變化趨勢

[生2]從表2可以看出，NaOH、NaCl的溶解度隨溫度升高而增加，Ca（OH）2的溶解度隨溫度升高而降低。因此，通過升高溫度后過濾，可把Ca（OH）2分離出去。

追問5：NaOH和NaCl如何分離？

[生3]從表2可以看出，NaOH的溶解度隨溫度變化較大，而NaCl的溶解度隨溫度變化較小。因此，可以通過蒸發結晶方法得到較純凈的NaOH固體。

追問6：如果要得到更為純凈的NaOH固體，采用什么方法呢？

[生4]重結晶方法可以得到純度更高的NaOH固體。

【設計意圖】本環節的目的是在物質分離基礎上進行物質提純。問題4的目的是培養學生分析問題能力，通過分析明確苛化液中的主要組分。追問4的目的是把三種均可溶于水的物質，根據其溶解度隨溫度變化差異進行分離，培養學生根據給定資料解決問題能力，初步形成解釋說明思維。追問5和追問6的目的是培養學生根據已學化學提純知識進行物質提純能力。

（五）結構化總結提升

[師]物質制取是化學教學的重要組成部分，是考查科學研究能力、培養高階思維能力的重要途徑。本節課內容的認知結構及發展高階思維能力培育如表3所示。

四、教學反思

（一）創設真實情境激發思維參與

情境是知識獲得和應用的載體。情境創設要貼近學生生活、貼近社會發展，能夠引發學生的共鳴，激發學生的思考，尤其是思維的深度參與。本文創設的Q省D縣的土堿情境，意在讓學生把課堂知識與社會生產實際相關聯，感悟化學知識的社會價值。這有助于激發學生的學習興趣，產生探究欲望，引導學生逐級遞進地將所學知識應用于生產實際，提升問題解決能力，并發展學生的高階思維能力。

（二）設計開放性問題形成探究氛圍

學生的思維是活躍的，教師要充分認識到學生思維的這一特征，并利用好這一特征。通過設計開放性問題引領學生深入思考，形成良好的探究氛圍。在原理的選擇環節，設計了開放性問題，選擇哪種物質更適合制NaOH？學生根據土堿的組分及含量進行思考，選擇了Ba（OH）2和Ca（OH）2兩種不同的轉化試劑。然后，通過思考后進行分析評價。

（三）設計問題鏈導引深入思考

問題鏈是導引學生進行深入思考的重要方法。在教學過程中，教師提出的問題要有思考性，但并不是每個問題，學生都能夠深入思考到本質，因此教師要適時進行追問，讓學生對問題的本質進行深入思考。在每一個教學流程中，教師均采用了“問題+追問”的形式，引導學生進行思考，有的環節還進行了多次、連續追問。追問是對問題的更深入理解和認識，有助于培養學生思考問題方式。

（四）開展生生之間評價進行自我革新

評價具有激勵、反饋功能，對學生的成長、進步具有重要的促進和推動作用。課堂教學評價方式有很多種類型，生生之間評價是學生之間進行交流的重要形式，這種形式能夠促進學生的自我革新。在原理的選擇環節，教師根據學生對問題的回答，設計了分析評價環節，并提出了分析的角度，這有助于學生對自己答案的深入思考，也為其他學生的評價提供了思考的目標方向。

高階思維對學生的創新能力及實際問題解決能力形成均具有重要意義，高階思維培育也是核心素養教學實施的重要目標。在課堂教學過程中，教師需要通過情境、問題、活動、評價等多種途徑，有意識地對學生的高階思維發展進行培養。另外，低階思維對化學思維能力發展也具有重要作用，因此高階思維培養的同時，不應忽視低階思維培養。

[參考文獻]

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[3]張義華.理解真實的問題情境，提高綜合素養[J].中學政史地（高中文綜），2023（12）：82-84.

[4]王永寧，羅先明，江瑜.苛化法土堿制取燒堿的研究[J].青海師范大學學報（自然科學版），1997（2）：39-42.

（責任編輯：姜顯光）