◎ 陳 盛

在以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目的的教育背景下，問題解決課是一種較為新型且備受關(guān)注的課型，其理論依據(jù)是由皮亞杰所提出的建構(gòu)主義思想。問題解決課是圍繞真實(shí)情境下的某一問題進(jìn)行教學(xué)，需要學(xué)生調(diào)取已有的知識(shí)進(jìn)行“問題解決”這一核心活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。

一、問題解決課的定義

20 世紀(jì)70 年代，蘇聯(lián)教育家馬赫穆托夫首先提出了“問題式教學(xué)”的理論，他認(rèn)為問題解決是發(fā)展性教學(xué)的高級(jí)類型，在教學(xué)中需要教師系統(tǒng)地創(chuàng)造一些問題，并組織學(xué)生為解決教學(xué)問題而進(jìn)行活動(dòng)，將學(xué)生的獨(dú)立探索活動(dòng)與掌握已確立的科學(xué)結(jié)論最優(yōu)地結(jié)合起來。［1］

梅奧（Mayo）、唐納利（Donnelly）、納什（Nash）等認(rèn)為問題解決教學(xué)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)和發(fā)展問題解決能力的過程中，為他們創(chuàng)造有意義的、情境化的真實(shí)世界情境，為他們提供資源，給予指導(dǎo)。［2］

化學(xué)學(xué)科中的問題解決課是以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，圍繞真實(shí)情境下的問題而展開，通過小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、討論交流等實(shí)踐活動(dòng)，經(jīng)歷問題解決過程的一種教學(xué)課型。不同于化學(xué)概念課、物質(zhì)性質(zhì)課等其他類別的課型，問題解決課對學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力要求更高，需要調(diào)動(dòng)已有知識(shí)體系中與之匹配的知識(shí)去解決真實(shí)情境下的某一具體問題，在問題解決的過程中落實(shí)和發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的思維能力。

二、問題解決課的特征

在問題解決課中，學(xué)生通過教師的引導(dǎo)，對真實(shí)情境下的問題進(jìn)行思考、探究并最終解決問題，屬于一種創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過程。這種學(xué)習(xí)模式最早來源于著名教育家蘇格拉底自創(chuàng)的“產(chǎn)婆術(shù)”。他在這種教學(xué)法中主張教師問、學(xué)生答，在不斷提問和回答的過程中啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，最終獲得解決問題的答案。

1956 年，美國教育學(xué)家布魯姆提出教育目標(biāo)分類學(xué)，將思維過程劃分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)造這六個(gè)層次（見圖1），前三個(gè)層次稱為低階思維，后三個(gè)層次稱為高階思維。在問題解決的過程中，學(xué)生對情境中的問題進(jìn)行分析，綜合已有的知識(shí)進(jìn)行問題解決，通過評價(jià)反思判斷問題是否得以解決，最后提出問題解決的方案，其思維過程符合布魯姆目標(biāo)分類學(xué)中對高階思維的劃分。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020年修訂）》中提出：學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個(gè)自我建構(gòu)、不斷提升的過程。教師要緊緊圍繞化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生積極開展建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問題解決學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。［3］因此，問題解決課的課型特點(diǎn)在于注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境下的問題，注重學(xué)生采取實(shí)驗(yàn)探究等多樣化方式解決問題的能力，注重學(xué)生間合作學(xué)習(xí)的方式，以此培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)和探索精神，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)并解決問題，發(fā)展學(xué)生的高階思維能力。

三、問題解決課的一般模型

問題解決課包含了四個(gè)主要環(huán)節(jié)：發(fā)現(xiàn)問題、理解問題、解決問題、評價(jià)反思。其一般模型如圖2 所示。

圖2 問題解決課的一般模型

（一）發(fā)現(xiàn)問題

發(fā)現(xiàn)問題是問題解決課的開端，是指學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)存在某種問題需要被解決的感知狀態(tài)。當(dāng)學(xué)生意識(shí)到問題的存在并激活對問題的表征后，才能進(jìn)行接下來一系列圍繞問題解決的思維活動(dòng)與實(shí)踐活動(dòng)。

（二）理解問題

理解問題是學(xué)生激活對問題的表征后，分析問題產(chǎn)生的原因，可以通過小組交流討論的形式，理解問題背后所涉及的化學(xué)原理，為后續(xù)解決問題作鋪墊。

（三）解決問題

解決問題是問題解決課的核心環(huán)節(jié)，需要學(xué)生在明確問題的基礎(chǔ)上，通過調(diào)取認(rèn)知體系中與之匹配的知識(shí)進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)或選擇合適的問題解決方案，并通過實(shí)驗(yàn)探究等實(shí)踐活動(dòng)解決問題。

（四）評價(jià)反思

評價(jià)反思是問題解決課的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，在解決問題后需要對結(jié)果和過程進(jìn)行評價(jià)，判斷問題是否被成功解決。如果問題沒有得到解決，則需要對之前的環(huán)節(jié)進(jìn)行反思并修正解決方案，使問題得以成功解決。

四、問題解決課教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)思路

通過“過氧化鈉性質(zhì)”（第1 課時(shí)）的教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)掌握了“過氧化鈉與水反應(yīng)會(huì)生成氫氧化鈉與氧氣”這一性質(zhì)。本節(jié)課以驗(yàn)證過氧化鈉與水反應(yīng)的產(chǎn)物為出發(fā)點(diǎn)，利用帶火星的木條檢驗(yàn)氧氣，滴加酚酞檢驗(yàn)氫氧化鈉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，通過發(fā)現(xiàn)滴有酚酞的溶液先變紅后褪色這一異常現(xiàn)象提出問題，通過分組討論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理解異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)并評價(jià)減緩酚酞褪色時(shí)間的方案。

（二）教學(xué)流程

本節(jié)課依據(jù)問題解決課的一般模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體流程如圖3 所示。

圖3 本課教學(xué)流程

1. 環(huán)節(jié)一：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)問題

通過復(fù)習(xí)回顧過氧化鈉與水的反應(yīng)，學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)該反應(yīng)的產(chǎn)物——NaOH 和O2。學(xué)生根據(jù)NaOH 能使指示劑變色，O2能使帶火星的木條復(fù)燃等性質(zhì)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。教師通過學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：取1g Na2O2于試管中，滴加2.5 mL 的水，通過熱成像發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，用帶火星的木條深入試管，木條復(fù)燃證明有氧氣生成，滴加酚酞發(fā)現(xiàn)溶液先變紅后褪色。由此，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題：Na2O2與水反應(yīng)生成了NaOH，但為什么酚酞變紅后又褪色了？

【設(shè)計(jì)意圖】問題解決課的開端通過學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對過氧化鈉與水反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中酚酞先變紅后褪色的異?，F(xiàn)象，由此引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)有效的問題情境。

2. 環(huán)節(jié)二：提出假設(shè)，理解問題

為什么在實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生異常現(xiàn)象？教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合反應(yīng)的特點(diǎn)和學(xué)案上的資料（過氧化鈉與水的分步反應(yīng)）提出實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生異常現(xiàn)象的假設(shè)，并讓學(xué)生根據(jù)假設(shè)分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證假設(shè)，得出結(jié)論（見表1）。

表1 學(xué)生根據(jù)溶液褪色提出的不同假設(shè)、實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)論

針對這一結(jié)果需要進(jìn)一步探究，究竟是假設(shè)3 成立還是假設(shè)4 成立。教師提示學(xué)生閱讀學(xué)案中酚酞顯色的原理（見圖4），學(xué)生發(fā)現(xiàn)酚酞顯色的過程存在平衡移動(dòng)，由此提出設(shè)想：如果假設(shè)3 成立，那么向褪色后的溶液中滴入酸，可以使平衡逆向移動(dòng)，重新變?yōu)榧t色。

圖4 酚酞顯色的原理

為驗(yàn)證假設(shè)，學(xué)生取之前計(jì)算過的10 mol·L-1的NaOH 溶液并向其中滴加酚酞，酚酞褪色，向褪色后的溶液中逐滴加入稀鹽酸，溶液重新變?yōu)榧t色，驗(yàn)證酚酞顯色存在平衡移動(dòng)。再向過氧化鈉與水反應(yīng)后酚酞褪色的溶液中逐滴加入稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)溶液并沒有重新變?yōu)榧t色，說明NaOH 的濃度并非溶液褪色的主要原因，因此假設(shè)3 不成立。

為了驗(yàn)證假設(shè)4 的成立，教師通過DIS 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)過氧化鈉與水反應(yīng)有中間產(chǎn)物過氧化氫生成。如圖5 所示，將三頸燒瓶夾持在磁力攪拌儀上，并分別插入恒壓滴液漏斗、氧氣傳感器、裝有MnO2的氣球，向三頸燒瓶中加入過氧化鈉和磁子，打開恒壓滴液漏斗活塞，讓蒸餾水進(jìn)入三頸燒瓶中并開啟磁力攪拌儀，通過數(shù)據(jù)采集軟件發(fā)現(xiàn)有氧氣生成，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氧氣生成的速率逐漸降低，此時(shí)將氣球中的MnO2擠入三頸燒瓶中，氧氣生成的速率又迅速增大（見圖6），說明的確有中間產(chǎn)物過氧化氫生成。

圖5 驗(yàn)證過氧化氫產(chǎn)生的DIS 裝置圖

圖6 裝置中氧氣的含量變化

【設(shè)計(jì)意圖】為了使學(xué)生理解問題產(chǎn)生的原因，為后續(xù)問題解決作鋪墊，教師從多角度引導(dǎo)學(xué)生提出不同的假設(shè)，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證假設(shè)，最終找到異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因是過氧化鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生了中間產(chǎn)物過氧化氫，并通過實(shí)驗(yàn)對中間產(chǎn)物過氧化氫加以驗(yàn)證。學(xué)生在提出假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，需要將認(rèn)知體系中與之匹配的知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，在過程中發(fā)展高階思維。

3. 環(huán)節(jié)三：設(shè)計(jì)方案，解決問題

如何設(shè)計(jì)改進(jìn)方案減緩過氧化鈉與水反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞褪色的時(shí)間？由于過氧化鈉與水反應(yīng)后的溶液使酚酞褪色的原因較為復(fù)雜，學(xué)生綜合先前討論的結(jié)果，從控制氫氧化鈉濃度、減少過氧化氫殘留等角度進(jìn)行了方案的改進(jìn)：根據(jù)理論計(jì)算，確定Na2O2的用量，通過稱量1.56 g Na2O2并用20 mL 蒸餾水進(jìn)行溶解，最終能得到2 mol·L-1NaOH 溶液，減小NaOH 濃度對酚酞褪色的影響；當(dāng)Na2O2溶解完后向溶液中加入少量MnO2，加快溶液中殘留H2O2的分解，待溶液不產(chǎn)生氣泡后進(jìn)行過濾，得到清液后再滴加酚酞試液。

【設(shè)計(jì)意圖】在理解問題的基礎(chǔ)上，教師可以逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題解決。由于在該實(shí)驗(yàn)中酚酞褪色受到了NaOH 濃度、中間產(chǎn)物過氧化氫等因素的影響，學(xué)生需要尋找降低NaOH 濃度、減少中間產(chǎn)物過氧化氫殘留的方案，在問題解決中增長化學(xué)知識(shí)與技能，發(fā)展解決問題的能力。

4. 環(huán)節(jié)四：驗(yàn)證方案，評價(jià)反思

學(xué)生通過設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，對三組溶液滴加2 滴酚酞后褪色的時(shí)間進(jìn)行記錄（見表2），驗(yàn)證改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的效果。

表2 不同組別溶液中酚酞褪色的時(shí)間

由表2 可以看出，通過減少NaOH 濃度、減少H2O2殘留的改進(jìn)方案有效減緩了過氧化鈉與水反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞褪色的時(shí)間。最后教師進(jìn)行總結(jié)并布置衍生作業(yè)：進(jìn)一步設(shè)計(jì)方案，比一比哪個(gè)小組能讓過氧化鈉與水反應(yīng)中酚酞顯色的時(shí)間更持久。

【設(shè)計(jì)意圖】通過對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生設(shè)計(jì)的方案是否實(shí)現(xiàn)問題的解決。教師在最后進(jìn)行衍生作業(yè)的布置，通過構(gòu)建多元化的評價(jià)方式，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步思考和探索的積極性，從而促進(jìn)化學(xué)思維能力的發(fā)展。

五、問題解決課的教學(xué)設(shè)計(jì)反思

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)有效的問題情境，開拓學(xué)生思維

對于問題情境的創(chuàng)設(shè)，教師要遵循目的性、驅(qū)動(dòng)性、切實(shí)性等原則激發(fā)學(xué)生的求知欲、探索欲，從而助力問題的解決。

目的性原則即問題情境的創(chuàng)設(shè)是否有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。例如，教師在進(jìn)行“海帶提碘”的教學(xué)時(shí)，可以根據(jù)我國碘資源的分布作為情境，提出如何提取碘的問題，引導(dǎo)學(xué)生在情境中思考并解決問題，在思考和探究的過程中實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

驅(qū)動(dòng)性原則即問題的設(shè)計(jì)需要對學(xué)生的思考和探究具有啟發(fā)和誘導(dǎo)的作用，通過驅(qū)動(dòng)性的問題讓學(xué)生受到啟發(fā)并思考，為最終解決問題做好鋪墊。例如，教師在進(jìn)行“硫酸亞鐵溶液制備”的教學(xué)時(shí)，可以從自來水配制硫酸亞鐵溶液時(shí)加入亞鐵氰化鉀會(huì)產(chǎn)生普魯士藍(lán)的現(xiàn)象出發(fā)，提出自來水使亞鐵離子變成了什么、是否能夠除去水中的溶解氧、如何配制硫酸亞鐵溶液并延緩Fe2+氧化等一系列問題引導(dǎo)學(xué)生探究配制硫酸亞鐵溶液的方法。

切實(shí)性原則即問題的設(shè)計(jì)要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，既要使情境貼合實(shí)際生活，又要與學(xué)生已有的認(rèn)知進(jìn)行匹配，從而幫助學(xué)生基于已有的知識(shí)體系生成問題解決方案。例如，“海帶提碘”一課中需要學(xué)生結(jié)合氧化還原反應(yīng)的原理、化工產(chǎn)品的價(jià)格等因素分析比較使用氯氣、過氧化氫等不同氧化劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

（二）充分關(guān)注問題解決，引發(fā)高階思維碰撞

學(xué)習(xí)的最終目的不是為了獲得一堆事實(shí)性的知識(shí)，而是面對身處的社會(huì)環(huán)境，利用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題。［4］在問題解決課中，教師應(yīng)圍繞問題解決這一核心環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主思考，將已有的知識(shí)遷移到新情境的問題中，并達(dá)成問題解決的最終目的。在解決問題的過程中，通過問題分析、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，能有效培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的高階思維。

（三）構(gòu)建多元化的評價(jià)方式，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

在問題解決課中，教師應(yīng)積極構(gòu)建多元化的評價(jià)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與到問題解決課中的積極性和主動(dòng)性。針對學(xué)生提出的不同想法和思路，教師應(yīng)予以評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生不斷修訂、完善自己的思路和方案。教師在課后也可以布置相關(guān)的探究活動(dòng)，比如在“原電池”的教學(xué)后，可以給定相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材、藥品，讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同的原電池方案，比一比誰的小燈泡亮得更持久。通過對問題進(jìn)行拓展衍生，讓學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)在問題的探究中落地生根。