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        對高中化學(xué)課堂教學(xué)發(fā)展學(xué)生解決問題能力的審視與思考

        2022-06-07 06:22:36陳向明
        化學(xué)教學(xué) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:高中化學(xué)課堂教學(xué)

        陳向明

        摘要: 關(guān)注解決問題能力的形成與發(fā)展是素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)顯著特征之一。分析當(dāng)今課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的現(xiàn)狀,論證解決問題能力產(chǎn)生與發(fā)展的教學(xué)邏輯,闡述高中化學(xué)課堂教學(xué)發(fā)展解決問題能力的幾點思考,提出如何優(yōu)化情境創(chuàng)設(shè)、強化主動參與、構(gòu)建認(rèn)知模型等教學(xué)建議。

        關(guān)鍵詞: 高中化學(xué); 課堂教學(xué); 解決問題能力

        文章編號: 1005-6629(2022)05-0045-05

        中圖分類號: G633.8

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B

        解決問題能力是指能熟練地運用所掌握的學(xué)科知識、觀念、規(guī)則及一定的程序方法等對真實復(fù)雜問題進行合理分析、提出解決方案并能實施方案的能力。高中化學(xué)課堂教學(xué)所關(guān)注的解決問題能力側(cè)重于學(xué)生個體的創(chuàng)造思維能力、終身學(xué)習(xí)能力及未來有效參與社會活動能力等。顯然,課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力是發(fā)展核心素養(yǎng)的必然選擇。

        1 審視培養(yǎng)解決問題能力的教學(xué)現(xiàn)狀

        不可否認(rèn),多數(shù)高中化學(xué)課堂教學(xué)遵循了“問題表征→制定解決計劃→執(zhí)行計劃→反饋監(jiān)控”的教學(xué)程序,但這只是關(guān)注學(xué)生解決問題能力培養(yǎng)的外在表現(xiàn),要真正落實解決問題能力的培養(yǎng),還須在各個教學(xué)環(huán)節(jié)上有所作為。“知識→解決問題能力”有其內(nèi)在的教學(xué)邏輯,只有把“問題發(fā)現(xiàn)與提出、知識遷移與應(yīng)用、活動交流與評價”等教學(xué)環(huán)節(jié)做得更具體、更科學(xué),才能有效促進解決問題能力的提升。然而,這恰恰是當(dāng)下高中化學(xué)課堂教學(xué)的軟肋。

        1.1 教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)忽視核心問題設(shè)計

        培養(yǎng)解決問題能力應(yīng)合理創(chuàng)設(shè)問題情境,以便幫助學(xué)生建立問題解決的心理機制,而當(dāng)前課堂教學(xué)情境素材多見于事物的表象,偏向于情感、動機和個性等非認(rèn)知要素,缺乏學(xué)習(xí)任務(wù)內(nèi)涵,不利于學(xué)生提出探究性學(xué)習(xí)問題,更不利于學(xué)生表達(dá)解決問題的訴求,也就無法形成解決問題的思維過程。

        案例1 “原電池”課堂教學(xué),常見教師展示生日賀卡,發(fā)出悠揚動聽的音樂聲,拆掉賀卡上的電池,音樂聲戛然而止,再將賀卡與水果電池相連,音樂聲再次響起,使學(xué)生產(chǎn)生強烈好奇感,然后探究原電池的工作原理、構(gòu)成條件、應(yīng)用。課堂情境創(chuàng)設(shè)選取了真實的生活素材,作為引課情境非常成功,但若以此情境來引導(dǎo)學(xué)生探究原電池的工作原理,則很難在實際生活問題與化學(xué)問題之間做好平衡,缺失生活情景問題化,沒有給學(xué)生留下提出問題、解決問題的空間。

        問題由學(xué)生提出才能增強解決問題的內(nèi)驅(qū)力,缺少對問題的提出、分析、解決、反思的學(xué)習(xí)歷程,學(xué)習(xí)往往處于淺表,創(chuàng)設(shè)這樣的教學(xué)情境并不能成為運用化學(xué)知識解決問題的有效載體。

        1.2 課堂學(xué)習(xí)過程缺乏深度思維參與

        能力總是與活動共生,沒有活動就沒有能力的產(chǎn)生[1]。課堂可以活動為引領(lǐng),在任務(wù)的驅(qū)動下,引導(dǎo)學(xué)生進行解釋與論證、預(yù)測與選擇、分析與推理、辨析與評價,層層深入地探究、發(fā)現(xiàn)。確定緊扣教材核心知識、符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的任務(wù),精心設(shè)計有邏輯層次的探究問題,提出有思維層次的問題鏈,能點燃學(xué)生探究的激情,在探究活動中鍛煉思維,培養(yǎng)解決問題的能力。而當(dāng)下的化學(xué)課堂,大多基于“高效”的目的,任務(wù)呈現(xiàn)非常直接,問題設(shè)計過于簡單,過程往往疏于評價,缺乏深度的思維參與。

        案例2 學(xué)習(xí)“氯氣的工業(yè)生產(chǎn)”時,許多教師會針對教材中原理裝置圖提出問題: 氯氣在哪一極產(chǎn)生?陰極產(chǎn)物是什么?電極材料是什么?為什么?……原理的分析精準(zhǔn)到位。但按教材編寫意圖,真正要解決的問題并非只是電解飽和食鹽水原理,更重要的是如何安全、低成本、高產(chǎn)率地量產(chǎn)氯氣。前面的設(shè)計以認(rèn)知的實現(xiàn)為中心,重視知識結(jié)論、研究結(jié)果的理解,忽視知識的形成過程,壓縮了學(xué)生學(xué)習(xí)的思維和探索活動,弱化了學(xué)習(xí)、研究方法的啟迪和教育。留有如下遺憾: 解決問題能力生長發(fā)育的“胎盤”在哪?“棲息之地”在哪?“用武之地”在哪?顯然,這只是一種淺表性的學(xué)習(xí)活動,對解決問題能力的培養(yǎng)與意識的形成幾乎沒有幫助。

        解決問題的過程應(yīng)把學(xué)科基礎(chǔ)知識、活動經(jīng)驗、認(rèn)知方式與核心觀念、研究方法與探索精神等融為一體,這就需要深度學(xué)習(xí)。只有這樣,才能幫助學(xué)生形成正確的解決問題的世界觀、價值觀與科學(xué)意識。

        1.3 課堂教學(xué)缺少認(rèn)知模型提煉建構(gòu)

        培養(yǎng)解決問題能力必須以解決某一特定問題為載體,教學(xué)過程中不能只盯著當(dāng)前問題的解決,要打通解決同類問題的思維脈絡(luò),強化解決問題方法的遷移或拓展。由于受到“考試指揮棒”的影響,教師多將學(xué)生學(xué)習(xí)視野鎖定在課本或與考試密切相關(guān)的問題解決上,少有對學(xué)生解決問題所需的知識結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和認(rèn)知模型的提煉、建構(gòu)與訓(xùn)練,嚴(yán)重制約學(xué)生解決問題能力的發(fā)展。

        案例3 在“新冠”疫情背景下,引導(dǎo)學(xué)生解決問題: 如何尋找消毒劑?教師本意是通過問題解決過程,讓學(xué)生認(rèn)識常見的消毒劑,體驗化學(xué)學(xué)科價值。在課堂實踐中,讓學(xué)生找出75%乙醇、H2O2、84消毒液、ClO2、漂白粉、高錳酸鉀等物質(zhì),并按化學(xué)性質(zhì)進行了歸納總結(jié)。這樣,看似解決了某些問題,提升了學(xué)生解決問題的能力。其實不然,這恰恰禁錮了學(xué)生的思維。培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力不僅僅是復(fù)制前人的經(jīng)驗,而應(yīng)是能動地進行探究與創(chuàng)造,只有幫助學(xué)生形成開發(fā)消毒劑的正確思路,才算是形成解決問題的能力。

        顯然,這里需要從“消毒”的本質(zhì)出發(fā),以“蛋白質(zhì)變性”為中心議題,啟迪學(xué)生從“應(yīng)用范圍、物質(zhì)性質(zhì)、殘留處理、消毒效率”等維度構(gòu)建認(rèn)知模型,讓學(xué)生經(jīng)歷證據(jù)推理去構(gòu)建認(rèn)知模型的過程,獲得解決某一新問題的思想武器。

        2 解決問題能力成長的教學(xué)邏輯

        解決問題能力是個體在一系列學(xué)習(xí)活動中圍繞問題解決所表現(xiàn)出來的特殊能力,是問題發(fā)現(xiàn)、問題表征、策略選擇、執(zhí)行監(jiān)控、評價反思與遷移運用等能力的綜合體現(xiàn)[2]。培養(yǎng)這種能力應(yīng)讓學(xué)生圍繞不確定結(jié)果的復(fù)雜問題展開認(rèn)知活動,去提取知識、遷移知識、整合知識、提煉知識,以獲得解決問題的經(jīng)驗、構(gòu)建解決問題的模型、遷移解決問題的方法。為此,課堂教學(xué)關(guān)注學(xué)生解決問題能力的成長必須經(jīng)歷如圖1所示的教學(xué)程序。

        由圖1不難看出,培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力,不僅要遵循課堂活動程序,還要精心策劃課堂教學(xué)活動方式,合理的活動程序只有匹配合適的教學(xué)操作,才能有效落實解決問題能力的培養(yǎng)。

        2.1 情境整合是形成問題發(fā)現(xiàn)與問題表征能力的前提

        解決問題能力的產(chǎn)生,離不開事物、知識、方法三個要素。其中,事物通常借助教學(xué)情境素材呈現(xiàn)出來,是發(fā)展解決問題能力的“種子”;知識是解決問題能力產(chǎn)生的基礎(chǔ),只有儲備一定的學(xué)科知識才有正確分析和識別問題的可能性;方法是解決問題的基礎(chǔ)性思維工具,只有具備分析、綜合、比較、抽象、概括、調(diào)控等方法,才能為解決問題提供順手的工具。而將三要素融合起來并成為發(fā)展解決問題能力的前提是教學(xué)情境。

        究竟什么樣的教學(xué)情境能承載解決問題能力的培育呢?必須符合三個條件: 一是情境能夠整合知識與事物。能讓學(xué)生從復(fù)雜陌生情境中提取解決問題所需信息,找到解決問題模型,并能把所學(xué)知識順利遷移到解決問題的過程中;二是情境能夠整合知識與行動。情境問題要能通過所學(xué)化學(xué)知識去解決,學(xué)生通過知識運用過程,可以檢驗知識是否內(nèi)化,是否形成學(xué)科理解;三是情境能夠整合知識與方法。所創(chuàng)設(shè)的問題情境既不能是一個空洞的抽象事物,也不能是無代表性獨立存在的事物,要能天然地蘊含解決問題的思維方式、價值觀念及正確的思路和方向,要讓學(xué)生在處理情境問題過程中表現(xiàn)出綜合力量。

        案例4 對于“原電池”的教學(xué)設(shè)計,可用對比實驗創(chuàng)設(shè)情境: 在盛有同濃度、同體積稀硫酸的兩個保溫容器中,分別平行插入同質(zhì)量、同形狀的鋅片和銅片,一個用外電路連接鋅片與銅片,一個不連接。用傳感器多次測量溫度,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)前者溫度總是低于后者。自然引起學(xué)生認(rèn)知沖突: 為什么前者會造成能量“損失”?“損失”的能量又到哪去了?讓學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化角度提出問題、解決問題,并學(xué)會用能量轉(zhuǎn)化的學(xué)科觀念認(rèn)識問題。同時自然引發(fā)學(xué)生深度思考: 電能的產(chǎn)生說明有電子定向移動,這種裝置中H+為什么“喜歡”到銅片表面去接受電子?為什么鋅片表面還是有少量氣泡?“鋅片上還有氣泡”說明能量都轉(zhuǎn)化成電能嗎?還有哪些轉(zhuǎn)化形式?怎樣提高電能的轉(zhuǎn)化率?為什么電流表示數(shù)瞬間就減?。吭鯓硬拍墚a(chǎn)生持久、穩(wěn)定的電流?經(jīng)過學(xué)生不斷的討論,層層分析推測,真實問題不斷解決,最后自然推出減少同種離子的相互排斥作用,可用“橋”來解決,即引出“鹽橋”。

        這樣的教學(xué),不僅揭示了原電池原理,更重要的是讓學(xué)生提出了要解決的真實問題,既可激勵學(xué)生尋找解決問題的模型和路徑,又可訓(xùn)練學(xué)生的高階思維,提升思維品質(zhì)。

        2.2 深度學(xué)習(xí)是提升策略制定與執(zhí)行監(jiān)控能力的途徑

        許多學(xué)者研究證明,課堂教學(xué)中深度學(xué)習(xí)策略使用越頻繁,學(xué)生問題解決能力越強;主動學(xué)習(xí)水平越高,學(xué)生問題解決能力越強[3]。因此,無論我們采取何種路徑和方法培育學(xué)生的問題解決能力,都必須高度依賴于深度學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)是追求知識理解、強調(diào)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機、用評價促成高級思維、探尋知識邏輯化的學(xué)習(xí),是促進學(xué)生在解決問題過程中策略制定能力和執(zhí)行監(jiān)控能力的核心因素。

        案例5 對于“氯氣的工業(yè)生產(chǎn)”的學(xué)習(xí),應(yīng)將知識放在科學(xué)發(fā)展的背景中去看待、去認(rèn)識,站在人類的實踐、社會、歷史、文化的存在方式中來考慮問題解決。教學(xué)從化學(xué)家舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣開始,抓住“鹽酸→氯氣”實際上是氯元素由-1價到0價的本質(zhì),結(jié)合怎樣降低成本、怎樣提高產(chǎn)率、怎樣做到量產(chǎn)等現(xiàn)實問題,演繹推理到狄肯和洪特發(fā)明的“地康法”制氯氣,然后到法拉第電解熔融氯化鈉生產(chǎn)氯氣,再到瓦特電解飽和食鹽水生產(chǎn)氯氣等原理。

        這是深度學(xué)習(xí)的一種表現(xiàn)形式,不僅給予學(xué)生更多的思考機會,豐富他們的思維活動,為他們帶來解決問題的全程性思維過程,而且促進他們內(nèi)化遷移所學(xué)的知識,提升他們高階思維解決問題的能力。

        2.3 模型認(rèn)知是提升反思評價與遷移運用能力的保障

        能力是一種相對穩(wěn)定的個性心理特征,只會解決當(dāng)下問題并不能算真正的解決問題能力,只有把課堂學(xué)習(xí)的經(jīng)驗與方法延伸到能解決類似問題或其他事物,才是我們所追求的解決問題的能力。通過“認(rèn)知模型”與“模型認(rèn)知”活動可將解決問題的經(jīng)驗與方法拓展和延伸到相近的、互相關(guān)聯(lián)的新情境中去,是形成具有可持續(xù)性的解決問題能力的保障。以“元素及其化合物”為例,構(gòu)建“價-類”圖認(rèn)知模型幾乎是千篇一律的,且構(gòu)建這類認(rèn)知模型對學(xué)生構(gòu)建學(xué)科知識體系是有利的。但發(fā)展學(xué)生解決問題的能力,僅構(gòu)建“價-類”圖認(rèn)知模型是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如何實現(xiàn)解決問題能力的進階與發(fā)展呢?這就需要構(gòu)建能夠增強學(xué)生解決問題心智的認(rèn)知模型。

        案例6 亞硒酸鈉是一種特殊醫(yī)藥,不僅可以預(yù)防克山病、大骨節(jié)病、冠心病等病癥,而且還是一種抗癌新藥。那么,亞硒酸鈉的醫(yī)用功效與哪些化學(xué)性質(zhì)有關(guān)呢?如何合理使用亞硒酸鈉呢?這類問題是高中學(xué)生樂于解決的問題,且在這類問題解決過程中需要學(xué)生從化學(xué)角度去思考功效與性質(zhì)的關(guān)系,有利于發(fā)展學(xué)生用化學(xué)研究方法解決問題的能力。如圖2所示,面對陌生物質(zhì)性質(zhì),可引導(dǎo)學(xué)生從分類、結(jié)構(gòu)、實驗三個維度去分析[4]。

        構(gòu)建這種認(rèn)知模型的真正意義在于實現(xiàn)“教是為了不教”。即運用模型引導(dǎo)學(xué)生獲得可持續(xù)的解決問題的能力,為終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

        3 發(fā)展解決問題能力的實踐思考

        課堂是培養(yǎng)解決問題能力的主陣地。在課堂教學(xué)過程中,要不失時機地引領(lǐng)學(xué)生運用化學(xué)學(xué)科知識、化學(xué)思維方法去解決生產(chǎn)、生活、科技中的真實問題,以便學(xué)生體驗解決真實問題的歷程,從而獲得解決實際問題的能力。

        3.1 優(yōu)化情境創(chuàng)設(shè),增強問題解決意識

        優(yōu)化情境創(chuàng)設(shè)就是要克服情境創(chuàng)設(shè)“漂浮”的教學(xué)現(xiàn)象,把“解決問題”的技能與知識都沉浸到教學(xué)情境中,將教學(xué)目標(biāo)融入解決問題的環(huán)節(jié)中,把學(xué)生的思維活動置身于解決問題的過程中。讓學(xué)生不斷地質(zhì)疑和試錯、批判和反思,建立知識與情境、經(jīng)驗與理論之間的聯(lián)系,學(xué)會像科學(xué)家一樣去思考問題,最終實現(xiàn)提升解決問題能力的教學(xué)功能。課堂情境創(chuàng)設(shè)的操作程序如圖3所示。

        由圖3可見,發(fā)展學(xué)生解決問題能力的課堂教學(xué)情境,必須具備易提取的中心問題、便于教師引導(dǎo)、有意義評價和遞進體驗活動四個屬性[5]。要想在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中提升問題解決能力,就要讓學(xué)生能夠提出“可解決的問題”。要保證學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)有價值的問題,就必須有的放矢地培養(yǎng)學(xué)生的問題意識及提出和發(fā)現(xiàn)問題的能力,這是解決問題能力形成的起點。

        案例7 在學(xué)習(xí)“Fe3+與Fe2+轉(zhuǎn)化”課堂教學(xué)中,可選取某軋鋼廠生產(chǎn)流水線上“酸洗液”為教學(xué)情境,自然地激勵學(xué)生提出要解決的問題: 廢液可否廢棄?師生共同參與“分析與檢驗廢液的組成、設(shè)計廢液合理利用方案、探索廢液成分提純及印刷電路制作”等活動,讓學(xué)生經(jīng)歷實驗設(shè)計與實施、課堂交流與評價、認(rèn)知模型構(gòu)建與使用等過程,最終實現(xiàn)復(fù)雜問題的解決。

        3.2 強化主動參與,提高活動思維含量

        解決問題一定是學(xué)生自身對學(xué)科知識的創(chuàng)新過程。教師不僅要將課堂活動的主動權(quán)歸還給學(xué)生,更要鼓勵學(xué)生主動參與、積極思考、勇于探索,用“激情+思想”去解決問題。為此設(shè)計課堂活動要考慮統(tǒng)攝學(xué)科知識、學(xué)科思維方法及適時活動評價三個維度(如圖4所示)。教學(xué)過程中,可以采用討論交流和相互評價等形式,讓學(xué)生把“活動目的-操作體驗-解決思路-推理過程”敘述并操作展現(xiàn)出來,以發(fā)展學(xué)生的思維能力和表達(dá)能力。

        案例8 在“Fe3+專題復(fù)習(xí)”教學(xué)中,學(xué)生圍繞“如何除去廢水中少量Fe3+問題解決”展開了實驗探究,討論實驗方案,課堂活動如下。

        學(xué)生1: 加入NaOH溶液產(chǎn)生沉淀而除去,因為NaOH溶液試劑易得,操作也簡單。

        學(xué)生2評價: NaOH溶液無法除盡廢水中少量Fe3+,因為Fe(OH)3雖然難溶,但仍有一定溶解度,可以改用KSCN溶液。

        學(xué)生3: 可以用KSCN溶液檢驗Fe3+,且靈敏度高!但加入KSCN溶液生成的是硫氰化鐵溶液,怎么除去?

        學(xué)生4: 用鐵粉,轉(zhuǎn)化為Fe2+,回收Fe2+,變廢為寶。

        學(xué)生5: 不可以,F(xiàn)e3+與鐵粉反應(yīng)是可逆的,況且回收少量Fe2+操作困難。

        學(xué)生6: 加入硫化鈉溶液,F(xiàn)e3+既可被沉淀,又可被還原,能除盡。

        師: 很好!請說出沉淀是什么?有哪些產(chǎn)物?會帶來什么問題?

        討論還將繼續(xù)。

        對于這樣的開放性問題,教師不必設(shè)置過多的信息,也不必給直接的提示,給予學(xué)生充分的參與活動機會,允許學(xué)生設(shè)計多個問題解決方案,融合交流評價,有利于學(xué)生大膽思考解決問題方案的利弊。這就把課堂活動主動權(quán)交給了學(xué)生,讓學(xué)生直面自己的錯誤并加以解決,不僅活躍了課堂氣氛,而且有利于學(xué)生深度思考、合作交流、思維發(fā)散、集思廣益,獲得更大的思維空間。

        3.3 構(gòu)建認(rèn)知模型,提高解決問題能力

        構(gòu)建認(rèn)知模型是幫助學(xué)生認(rèn)識化學(xué)、理解化學(xué)并形成用化學(xué)知識解決問題的思維方式,而模型認(rèn)知則是檢驗認(rèn)知模型所蘊含的解決問題的思想方法及假想機制是否符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。為此,從解決問題的思維角度來看,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生收集證據(jù)、進行邏輯推理,形成有利于學(xué)生如何去想、如何去做的思維模型。

        案例9 在“濃度對化學(xué)反應(yīng)速率影響”教學(xué)時,用單位體積內(nèi)分子數(shù)變化模型雖能很好論證“濃度越大速率越大”的結(jié)論,但并不能反映濃度變化倍數(shù)對化學(xué)反應(yīng)速率改變的關(guān)系。而構(gòu)建圖5所示的認(rèn)知模型,可激發(fā)學(xué)生從更理性的角度進行模型認(rèn)知活動,不僅有助于學(xué)生運用認(rèn)知模型反思評估自己的知識結(jié)構(gòu)和問題解決過程,而且有助于實現(xiàn)知識與能力的可遷移,切實將素養(yǎng)培育落實到課堂教學(xué)中。

        隨著社會的變革,具備良好的解決問題能力是個體有效參與學(xué)習(xí)、工作以及主導(dǎo)自身生活的基礎(chǔ)。在未來學(xué)習(xí)中,解決問題能力是學(xué)習(xí)結(jié)果所包含的核心元素,是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新所需的核心素養(yǎng)之一。課堂教學(xué)中,還可結(jié)合學(xué)生個性認(rèn)知特點與不同的化學(xué)內(nèi)容來設(shè)計項目化學(xué)習(xí)活動,把知識整合、問題質(zhì)疑、過程批判、動手操作、反思評價、實驗創(chuàng)新等高階思維活動協(xié)調(diào)起來培養(yǎng)問題解決能力。誠然,不是所有的教學(xué)都要指向問題解決,在不同的認(rèn)知階段側(cè)重點應(yīng)該有所不同,問題設(shè)置的學(xué)科角度、學(xué)科思路、深度和表現(xiàn)性水平要求也大不相同。

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