黃華文

摘要：“問題解決”的過程中蘊(yùn)含著知識、能力、素養(yǎng)三個(gè)要素?；谶@三個(gè)要素圍繞“中心問題”設(shè)計(jì)落實(shí)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)框架，借助“虛擬”和“真實(shí)”相互融合的教學(xué)手段，展開“教、學(xué)、評一體化”的教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生通過自身的體驗(yàn)和感受、收獲和完善知識體系，多層次、多角度、遞進(jìn)式的推進(jìn)學(xué)生化學(xué)觀念和思想形成，實(shí)現(xiàn)問題解決能力培養(yǎng)的教育目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：問題解決;落實(shí);化學(xué)核心素養(yǎng);教學(xué)

文章編號：1008-0546（2020）01-0043-05

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.01.012

教學(xué)中，學(xué)生在解決陌生復(fù)雜情境問題時(shí)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(xué)的根源是教學(xué)過程中知識—轉(zhuǎn)化→能力-形成→素養(yǎng)的培養(yǎng)過程脫節(jié)。如何在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生從知識到能力到素養(yǎng)的進(jìn)階發(fā)展？嘗試以“問題解決”作為主要教學(xué)活動，帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識、思維、方法解決生產(chǎn)、生活、科技中的真實(shí)問題，讓學(xué)生在體驗(yàn)感受真實(shí)問題解決過程中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、構(gòu)建完善知識和能力體系的動力，實(shí)現(xiàn)知識功能化和素養(yǎng)化，切實(shí)將素養(yǎng)培養(yǎng)落實(shí)到課堂教學(xué)[1]。

一、“問題解決”的思維模型

“問題解決”是圍繞著一個(gè)不確定結(jié)果的復(fù)雜問題展開的認(rèn)知過程，是借助問題解決者之間的活動，進(jìn)行提取知識、遷移知識、整合知識、構(gòu)建知識的一個(gè)過程;是獲得解決問題經(jīng)驗(yàn)、提煉形成解決問題基本模式、培養(yǎng)解決陌生情境問題的遷移能力、引導(dǎo)發(fā)展正確價(jià)值觀的一個(gè)過程[2]。在這個(gè)過程中需要經(jīng)歷四個(gè)階段，蘊(yùn)含著三個(gè)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(yǎng)三個(gè)要素。其中知識是解決問題的基礎(chǔ)和前提，只有儲備一定的知識才有機(jī)會分析和識別問題，找到解決問題的突破口，才能進(jìn)行重構(gòu)、優(yōu)化、完善原有的知識體系，才能為能力和素養(yǎng)的發(fā)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(diào)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(jīng)驗(yàn)越豐富，解決問題的成功率越高。素養(yǎng)是解決問題的理念和策略，只有掌握學(xué)科獨(dú)有的思維方式和價(jià)值觀，才能從學(xué)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(zé)任感，才能尊重科學(xué)，準(zhǔn)確地把握自己行為，運(yùn)用所掌握的知識為人類社會文明的進(jìn)步服務(wù)。在解決問題過程中，三個(gè)要素的內(nèi)涵多少表現(xiàn)出一個(gè)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(shè)計(jì)嘗試→修正彌補(bǔ)→整合構(gòu)建”四個(gè)階段（見圖1）。首先是“識別激活”階段，該階段通過調(diào)查和識別將問題轉(zhuǎn)化為自己所理解的內(nèi)容，依據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)分析確定問題所屬的范疇，激活調(diào)取解決問題所需知識、方法和模型。其次是“設(shè)計(jì)嘗試”階段，該階段借助模型嘗試設(shè)計(jì)解決問題的方案，并對多個(gè)方案進(jìn)行評判和分析，選擇最佳方案進(jìn)行操作實(shí)踐。第三階段是“修正彌補(bǔ)”，是對原有的方案中出現(xiàn)的新問題進(jìn)行解決和修正彌補(bǔ)。在前三個(gè)階段中，為了解決新產(chǎn)生的問題需要攝取新的知識或者將相近、有聯(lián)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(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知模型，再運(yùn)用于解決新問題。最后階段是“整合構(gòu)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(gè)過程看，學(xué)科認(rèn)識問題和解決問題的思維角度、學(xué)科解決問題的研究方式模型、研究者的學(xué)科品質(zhì)等滲透在每個(gè)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(gòu)建過程;能力和素養(yǎng)作為暗線托起知識主線，過程中的能力由調(diào)查、識別、判斷、整合等低層次能力，逐步發(fā)展到質(zhì)疑、構(gòu)建、批判、反思、創(chuàng)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(xué)是將學(xué)生的學(xué)習(xí)置身于一定問題情境中，將教學(xué)目標(biāo)融人解決問題的各節(jié)點(diǎn)中，讓學(xué)生帶著解決問題的最終目標(biāo)不斷質(zhì)疑和試錯(cuò)、批判和反思，最終建立知識與情境、經(jīng)驗(yàn)與理論之間的聯(lián)系，學(xué)會像科學(xué)家一樣解決問題，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)[4]。課堂教學(xué)程序如圖2。其中合適的中心問題、教師適時(shí)的引導(dǎo)、有意義的評價(jià)和遞進(jìn)的體驗(yàn)活動是“問題解決”課堂教學(xué)必不可少的四個(gè)要素。

1.選擇合適問題

問題是課堂教學(xué)的關(guān)鍵，是課堂活動展開的主題，問題必須滿足以下三個(gè)要求。首先，問題具有未知性，即問題的答案是學(xué)生未知，且通過實(shí)驗(yàn)探究、查閱史實(shí)、調(diào)查活動等學(xué)習(xí)行為能得到解決，過程中能讓學(xué)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(jié)論不同，能從多個(gè)角度培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，刺激學(xué)生在問題解決的過程中不斷學(xué)習(xí)更新、完善自己原有知識體系。最后，問題要接地氣，即學(xué)生在現(xiàn)有的知識和能力基礎(chǔ)上，通過啟迪引導(dǎo)、同伴協(xié)作等集體的力量能得到解決。教學(xué)中選擇合適的問題作為主題帶領(lǐng)學(xué)生通過自己的努力不斷探索，促使學(xué)生改變只關(guān)注記憶單純化的惰性知識狀態(tài)，進(jìn)入自我調(diào)控的主動學(xué)習(xí)狀態(tài)和運(yùn)用資源、經(jīng)驗(yàn)、知識的認(rèn)知建構(gòu)狀態(tài)[5]。

2.把握引導(dǎo)技巧

教師的引導(dǎo)在課堂教學(xué)中起到穿針引線的作用。教師在專業(yè)領(lǐng)域和人生價(jià)值觀等方面恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生，使學(xué)生少走彎路;但是教師的引導(dǎo)過多或者引導(dǎo)的時(shí)機(jī)不對，也不利于學(xué)生自我感知、體驗(yàn)反思等能力的提升，因而課堂教學(xué)中教師的引導(dǎo)時(shí)機(jī)和技巧非常關(guān)鍵。如當(dāng)學(xué)生面對無從下手的問題時(shí)，需要教師將問題肢解為幾個(gè)有梯度的小問題，或者借鑒學(xué)生熟悉的事物引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用，或者幫助學(xué)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(diǎn)或者依托點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生在完成任務(wù)之后無從判斷正誤時(shí)，需為其提供相關(guān)理論或者評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)學(xué)生自我評判。當(dāng)學(xué)生對一些知識、原理、模型已經(jīng)產(chǎn)生初步認(rèn)識，但依靠學(xué)生自身現(xiàn)有的能力無法整合、完善、提升時(shí)，需教師從學(xué)生認(rèn)知模糊和知識盲區(qū)等角度設(shè)計(jì)一些問題或活動，借助生生、師生之間的合作自主建構(gòu)甄別，將經(jīng)驗(yàn)?zāi)殲槔碚?，幫助學(xué)生獲得更全面的認(rèn)識。

3.多元評價(jià)導(dǎo)向

評價(jià)是一節(jié)課的精神所在，目的是為幫助學(xué)生對自身學(xué)習(xí)和思想進(jìn)行自我調(diào)節(jié)和教師對教學(xué)進(jìn)行調(diào)整。正確的評價(jià)不僅為學(xué)生提供檢測知識和糾錯(cuò)認(rèn)知的標(biāo)準(zhǔn)，還能為學(xué)生提供正確的人生觀。教學(xué)過程中常用習(xí)題或試題對學(xué)生所學(xué)知識的掌握程度進(jìn)行評價(jià)，教師對學(xué)生的回答評價(jià)模糊、角度單一等情況，不能將評價(jià)功能發(fā)揮高效?？稍黾娱_放式課外活動課題對學(xué)生綜合素質(zhì)的評價(jià)，如設(shè)計(jì)讓學(xué)生以小組為單位做“市區(qū)的生活用水來源”的調(diào)查報(bào)告，評價(jià)學(xué)生與人溝通協(xié)調(diào)、查閱資料、設(shè)計(jì)問卷表、提煉觀點(diǎn)等能力。在學(xué)生回答問題時(shí)，可增加學(xué)生與學(xué)生之間的評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生自我反省和反思，讓學(xué)生樹立客觀評價(jià)、尊重事實(shí)的科學(xué)精神。在師生或者生生間評價(jià)時(shí)，要以課程標(biāo)準(zhǔn)中對模塊主題提出的要求作為依據(jù)，提供評價(jià)角度讓評價(jià)目標(biāo)明確，如回答問題時(shí)可從學(xué)生思維、語言、合作、溝通等方面評價(jià)，也可從心理因素、品行道德、評價(jià)對象等方面進(jìn)行評價(jià)。

4.分層遞進(jìn)體驗(yàn)

學(xué)生活動是課堂教學(xué)活躍度的體現(xiàn)，是一節(jié)課的主體。要讓學(xué)生通過活動獲取知識、訓(xùn)練思維、形成能力、產(chǎn)生素養(yǎng)，設(shè)計(jì)的活動要讓學(xué)生“動手動腦”，在不斷調(diào)整糾錯(cuò)的過程中感受、感悟和反思，激發(fā)高層次思維的碰撞和產(chǎn)生，促進(jìn)批判、創(chuàng)新、協(xié)作與溝通等問題解決能力的形成[6]。同時(shí)活動設(shè)計(jì)要逐層推進(jìn)，設(shè)計(jì)的底層問題要能激發(fā)學(xué)生思考，引發(fā)新問題產(chǎn)生，提出更高層次需要解決的新問題，在問題中一環(huán)扣一環(huán)地推進(jìn)課堂，讓學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題的循環(huán)過程中體驗(yàn)，在簡單到復(fù)雜的問題解決過程中歷練產(chǎn)生感觸，在行動和心理上幫助學(xué)生得到提升，從而培養(yǎng)解決問題能力。

三、基于“問題解決”的課堂教學(xué)實(shí)例

因高中階段教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不夠及學(xué)校教學(xué)條件不足，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識處于碎片化點(diǎn)狀分布，無法形成體系，實(shí)驗(yàn)綜合能力無法提高，解答實(shí)驗(yàn)綜合能力較弱。教學(xué)中，在學(xué)生具備一定基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)之后，有必要讓學(xué)生認(rèn)識實(shí)驗(yàn)的功能，幫助學(xué)生建構(gòu)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)解決問題的一般程序，即幫助學(xué)生建構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維模型。此時(shí)，采用“問題解決”方式進(jìn)行《綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)》的教學(xué)最為合適。設(shè)計(jì)的教學(xué)流程見圖3所示。

1.圍繞問題設(shè)計(jì)——整體構(gòu)建素養(yǎng)框架

在《綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)》教學(xué)中，選擇“FeCl3.6H2O晶體與MnO2共熱能否產(chǎn)生Cl2”作為中心問題，圍繞該中心問題將證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等核心素養(yǎng)培育融入“問題提出、問題解決、問題凝練”3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)任務(wù)的支配和調(diào)控下，將學(xué)生的解決問題思維從無序探索引向有目標(biāo)的提煉建構(gòu)方向上[7]。首先，為了激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感、影響學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，先展示化學(xué)的科學(xué)研究成果——治療白血病的藥品等，體會化學(xué)對人類文明的偉大貢獻(xiàn)，同時(shí)提出中心問題引入課題。接著，設(shè)計(jì)4個(gè)逐層遞進(jìn)的拓展問題“尋找認(rèn)知依托、展開證據(jù)推理、參與科學(xué)探究、嘗試科學(xué)創(chuàng)新”展開“問題解決”的環(huán)節(jié)，依托4個(gè)拓展活動的開展，讓學(xué)生在逐步解答問題的過程中體驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的流程。最后通過回憶走過的歷程，提煉綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的一般思維模型，學(xué)會提煉結(jié)論。

2.修正感知體驗(yàn)——分層推進(jìn)核心素養(yǎng)

解決問題的真實(shí)過程是一個(gè)發(fā)現(xiàn)缺陷、提出新問題、解決新問題的循環(huán)過程，學(xué)生在不斷調(diào)整、不斷修正方案的過程，打破舊認(rèn)知、建立新認(rèn)知的過程。教學(xué)中遵循學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展，先讓學(xué)生思考“FeCl3.6H2O與MriO2加熱需要哪種發(fā)生裝置”，學(xué)生依據(jù)自己原有的知識和認(rèn)識水平選擇“固固加熱型”裝置。接著設(shè)計(jì)“用酒精燈加熱FeCl3.6H2O晶體”的分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到晶體加熱時(shí)熔化變?yōu)橐后w的現(xiàn)象，即刻推翻原來的設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行第一次裝置修正。為了提升學(xué)生認(rèn)識，提出“在設(shè)計(jì)需要加熱的裝置時(shí)，要注意哪些問題？”，幫助學(xué)生歸納“設(shè)計(jì)裝置前，要先查閱相關(guān)物質(zhì)的基本資料;對比加熱物質(zhì)的熔點(diǎn)與酒精燈的溫度，判斷加熱時(shí)物質(zhì)呈現(xiàn)的狀態(tài)”的共識。隨后，引導(dǎo)學(xué)生從查閱的信息“氯化鐵熔點(diǎn)為306℃、沸點(diǎn)為315℃、在300℃升華、酒精燈溫度為400-500℃”，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康膹睦碚撋咸岢鲆蓡柡筒聹y“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(yàn)？”。學(xué)生在原有的實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行操作，驗(yàn)證猜想是否正確。在實(shí)驗(yàn)中觀察到的“FeCl3隨著氣體從第一套裝置進(jìn)入下一套裝置，使KSCN溶液變紅”，還發(fā)現(xiàn)邊加熱邊倒吸的現(xiàn)象，證實(shí)猜想成立。迫使學(xué)生進(jìn)入解決新產(chǎn)生問題“倒吸的安全隱患”和“排除FeCl3干擾Cl2檢驗(yàn)”的階段，學(xué)生通過討論從安全性和干擾性兩個(gè)方面第二次修正實(shí)驗(yàn)裝置。

兩次的修正活動都建立在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，第一次修正為第二次修正提供質(zhì)疑的數(shù)據(jù)和問題，第二次修正建立在疑問被實(shí)驗(yàn)事實(shí)證實(shí)之后，兩次修正均是學(xué)生經(jīng)過思考和探索后自己對原來的設(shè)計(jì)提出問題，這種“產(chǎn)生問題_÷證實(shí)問題_÷產(chǎn)生新問題”的過程給學(xué)生帶來一種使命感，給學(xué)生留下深刻的印象。兩次逐層遞進(jìn)的修正活動，促進(jìn)學(xué)生在探究過程中學(xué)會關(guān)注細(xì)節(jié)，學(xué)會發(fā)現(xiàn)和提出有價(jià)值的問題，學(xué)會運(yùn)用搜索調(diào)查、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐等手段探索未知世界、解決未知問題，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識和證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)[8]。

3.“教、學(xué)、評一體化”——全面發(fā)展核心素養(yǎng)

“教、學(xué)、評”指“教師引導(dǎo)、學(xué)生學(xué)習(xí)、教學(xué)評價(jià)”，這三者是課堂教學(xué)不可分割且不可或缺的內(nèi)容?！敖獭焙汀霸u”不僅能夠幫助學(xué)生提煉自己的思維，還能指引學(xué)生形成正確的價(jià)值觀，鼓勵(lì)幫助學(xué)生運(yùn)用批判的眼光分析問題，“學(xué)”不僅能夠讓學(xué)生獲取知識，還能增長技能、形成素養(yǎng)。表1是本節(jié)課部分“教”“學(xué)”“評”的具體體現(xiàn)。

圍繞著“幫助學(xué)生構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的思維模型”的教學(xué)目標(biāo)，將教的目標(biāo)、學(xué)的目的和評的立意相互融合，采用引導(dǎo)、活動、評價(jià)相互交錯(cuò)的教學(xué)方式，在適當(dāng)時(shí)機(jī)為學(xué)生提供建構(gòu)模型的技術(shù)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(xié)作方式，讓學(xué)生在聆聽師生及生生之間相互評價(jià)調(diào)整自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)，多維度發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)[9]。

4.“虛擬與真實(shí)”結(jié)合一多角度落實(shí)核心素養(yǎng)

在教學(xué)過程中借助虛擬的教學(xué)工具輔助教學(xué)，能夠拓寬學(xué)生的視野和延伸教學(xué)空間，解決實(shí)際教學(xué)存在的困難，讓學(xué)生得到更多的自我感受[10]。本節(jié)課的內(nèi)容若想讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里按科學(xué)探究過程完整地走一遍在時(shí)間上存在一定困難，如果僅選擇重點(diǎn)環(huán)節(jié)讓學(xué)生操作，又會造成學(xué)生遺落某些設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。借助“NB模擬實(shí)驗(yàn)室”虛擬實(shí)驗(yàn)軟件將設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置環(huán)節(jié)在電腦上操作，能夠讓每一位學(xué)生都參與這個(gè)環(huán)節(jié)。虛擬實(shí)驗(yàn)室所提供儀器及藥品齊全，學(xué)生可按自己的設(shè)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(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，觀察反應(yīng)所發(fā)生的現(xiàn)象，效果很好。但虛擬的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只是從理論上假設(shè)出來的結(jié)論，不代表與事實(shí)相符，所以課堂中還需要師生一起按軟件中設(shè)計(jì)的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從真實(shí)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，才具有說服力。

采用“虛擬”與“真實(shí)”相結(jié)合的教學(xué)手段，將實(shí)驗(yàn)的理論設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)中完成，為學(xué)生提供無限的選擇和創(chuàng)意，讓學(xué)生在課堂教學(xué)有限的時(shí)間和空間上，體驗(yàn)一位研究者完整的探究過程，突破傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間和空間上的局限性。再通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)得到有說服力的證據(jù)，彌補(bǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)的不足?！疤摂M”+“真實(shí)”完美地結(jié)合促進(jìn)核心素養(yǎng)落地，同時(shí)為學(xué)生提供運(yùn)用科技手段輔助解決問題的一個(gè)思路。

將“問題解決”作為一種教學(xué)方式，在師生共同解決問題的過程中，將知識傳遞、能力培養(yǎng)、素養(yǎng)形成三者融合于課堂中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識到能力到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)我們的教學(xué)向“知識建構(gòu)”“自主學(xué)習(xí)”“協(xié)同學(xué)習(xí)”課堂的轉(zhuǎn)型。

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