化学问题情境创设和开发在PBL教学模式中的应用

高小爱

摘 要：在PBL化学教学模式中，恰当创设问题情境并进行有效的情境开发，有利于教师在教学中提高课堂效率，激发学生学习的内驱力，使学生进入问题探索者的“角色”，培养学生的创造性思维能力。

关键词：问题情境；情境创设和开发；思维；PBL教学

有意义的学习一直是教育界广泛研究的基础问题，从行为主义到认知主义，到现今的建构主义，都强调有意义学习的一种重要方式就是问题解决。PBL模式就是基于问题的学习（problem-based learning），以学生的主动学习为主，将学习与任务或问题挂钩，使学习者投入问题中，它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。PBL三大基本要素“问题情境、学生和教师”中的核心要素是问题情境。在教学中，创设有意义的、具有生成性特质的问题情境是提高学生问题解决能力的重要环节，也是促进知识迁移的有效方法。问题情境作为PBL学习的组织中心要具备三要素：

（1）核心要素：新的，未知的事物（目的）

（2）思维动机，即对未知事物的需要，学生借助已有的知识经验难以理解和认识这一矛盾冲突，激发探索欲望。

（3）学生的知识能力水平、学生的可能性，包括学生的创造能力和学生已达到的知识水平。问题情境所涉及的问题在学生认知的最近发展区内。且学生针对问题情境，可进一步提出更多明确的问题。

问题情境的创设要求教师是用教材而不是教教材，要挖掘而不是简单临摹教材，寻找具有一定思考价值的知识内容，辅以生产、生活、科学实验等实际问题，将其设计成有一定情境的化学问题，以诱发学生探究化学本质的欲望和动机，进而促进知识的升华。可惜在当前的课堂教学中，呈现给学生更多的依然是高度抽象、去情境化的问题，在学生被动接受过程中，课堂的空间到处弥漫着文字化的描述和符号化的公式表达。问题被提炼和典型化，解决时很少甚至无需考虑真实的情境因素会是怎样。笔者就如何进行问题情境创设和情境开发谈谈自己的策略。

一、激趣引疑，引发学生的想象思维

【案例1】甲烷的性质

【情境创设】《温州网讯》鹿城区黄龙街道双桥村上桥路一窨井“发火”，来自江西的小许与哥哥一前一后走在路上，突然间“嘭”的一声巨响，小许坠入窨井中，遂与路人一起将其救起。窨井边上的路面已被震得多处龟裂，几十公斤重的窨井盖飞出10多米远，且摔成两半。据消防队员们分析，是下水道中的某种可燃性气体的浓度过高导致爆炸。

【情境开发】（1）经科研人员研究发现：

此气体密度在标准状况下是0.717 g/L，含碳75%，含氢25%，请同学们利用这些数据推出该气体中的碳、氢元素的质量比，原子个数比和分子式。

（2）利用信息分析窨井爆炸的原因

信息提示：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（1）；△H=-890 kJ/mol CH4爆炸极限：5%～15.4%这样设置悬念式的问题情境，可以令学生由于心生疑窦，产生一时既猜不透、想不通，又丢不开、放不下的心理状态，引发学生求知的欲望，达到一石激起千层浪的效果，使教学内容产生巨大的诱惑力，使学生的思维不断迸发出智慧火花。

二、问题递进，拓展学生的深度思维

【案例2】特级教师张克龙的《化学反应方向、速率及平衡》高考复习。

【情境创设】钨灯丝通电发热时，钨会挥发凝结在灯泡壁上，导致钨丝不断变细而断裂。在灯泡中充入碘，由于灯泡壁温度保持在250 ℃至1200 ℃之间，导致挥发出来的钨在灯泡壁处与碘形成碘化钨气体分子（WI2）。因管内气体流动，WI2重新回到灯丝附近。在2000 ℃以上的灯丝附近，碘化钨会分解成碘与钨，钨回到灯丝上。

【情境开发】问题1：你认为上述过程中碘的作用是什么？已知钨（s）与碘（g）反应生成碘化钨（g）是熵减反应，则判断该反应焓变？

問题2：结合化学反应方向判断解释为什么高温下碘化钨会分解的原因？

问题3：碘是有颜色的，碘多了会影响灯的亮度，所以有人提议采用灯管中充入不稳定的碘化氢来代替碘？在实践中发现这种充入碘化氢的灯管很容易在常温下破碎，结合数据分析为什么？

问题4：解释”溴钨灯”比”碘钨灯”为什么具有更快的“搬钨”功能？

问题5：请从化学反应速率分析，在碘钨灯管内，碘加多了有何不好？从平衡移动来看，碘加多了有什么不好？还有其他不好吗？

问题6：已知，钨（s）与碘（g）反应生成碘化钨（g），下列哪一种说法说明可逆反应已达到平衡？

问题7：灯丝附近和玻璃壁附近碘化钨分解率哪一个高？为什么？

反应速率和平衡本身对学生而言就是有一定深度和难度的问题，张教师采用分层次由浅入深的提问方式。通过一环扣一环、一层进一层的提问，引导学生的思维向知识的深度和广度发展。教师通过构建以学生已有知识为新情境的问题或问题组，采用复习提问的方法，引导学生实现旧知向新知的转化与过渡，培养学生思维的广阔性、深刻性和逻辑推理能力。

三、比较辨析，发展学生的求异思维

“比较”是确定事物异同关系的思维过程和方法，是从“分析与综合”到“抽象与概括”的桥梁，是人们认识事物、发展智力的一条主渠道。比较不但能反映事物的共性，更能突出事物的个性特征。创设比较辨析的问题情境有助于引发学生的探究心理，发展学生的求异思维，提高学生的联想能力。

【案例3】二氧化硫的性质复习

【情境创设】结合SO2的自身性质特点，展示四种SO2、Cl2、CO2、乙烯气体的用途和制备制备装置实验图。

【情境开发】问题1：（1）制备SO2的发生装置与制Cl2有什么不同？为何有这种不同？尾气处理装置与Cl2的有什么不同？为什么？

（2）将SO2气体和Cl2分别通入紫色石蕊试液和品红溶液，各有什么现象？将等物质的量的Cl2与SO2混合后，分别通入紫色石蕊试液和品红溶液，又有什么现象？

问题2：（1）如何鉴别SO2和CO2这两种气体？如何除去CO2中SO2杂质？如何检验CO2中是否含有SO2杂质？

（2）已知炭与浓硫酸在加热条件下的反应：C+2H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2H2O请设计实验来验证反应中产生的这两种气体。

问题3：实验室用无水乙醇和浓硫酸加热制乙烯时，若温度高于180 ℃，除了生成乙烯和水以外，还会有副产物SO2生成。请设计实验验证实验中是否有这两种气体生成。

通过对SO2、CO2、乙烯这三者易混淆问题的辨析比较，采用一系列彼此相关且循序渐进的探索性的问题组，不仅帮助学生巩固了有关概念，让学会用辩证的观点看待问题，解决问题，使学生的求异思维步步深入。

四、以“误”引“悟”，提高学生的思辨能力

学生的学习不可能脱离过去的经验，他们往往会受原有的知识经验或思维定势的影响，也就是“一种学习对另一种学习的影响”。创设一些与学生认知结构不和谐或规律性变化中的某些特殊问题，使学生在思维的偏差中自我反省，产生顿悟。

【案例4】探究Cu-Zn-H2SO4原电池的工作原理

【情境创设】用导线把锌片和铜片连接起来，插入盛有稀硫酸溶液的烧杯中，会观察到什么现象？（学生不假思索回答：Zn片上有气泡，Cu片上无气泡。）

演示实验，实验事实：铜片上有气泡，而锌片上则没有气泡，但锌仍在溶解。

【情境开发】问题1：铜片上产生的是什么气体？

问题2：铜片上产生H2，是否说明铜失去电子给H+呢？如何解释铜没有失去电子呢？

问题3：H+从铜片上获得的电子从何而来？

问题4：电子从锌片传到铜片上，是沿导线传递，还是从溶液传递？

问题5：如何通过实验证明，电子沿导线传递？

出乎意料的实验现象与学生原先的回答产生了矛盾，这一矛盾的情境使学生感到无比惊讶，迫切希望找到问题答案，思维处于高度集中状态。由于在教学中教师根据所授内容和学生的认知水平，精心利用学生的思维定式，设计一种孕育着疑难问题而又引人入胜的情境，使学生进入“心求通而未得，口欲言而不能”的愤悱状态，从而激发学生学习兴趣，唤起求知欲，使思维处于活跃状态，然后因势利导地指导他们去追根寻源，进行探索。

五、矛盾揭示，培养学生的探究思维

教师利用隐含于教材中的矛盾因素或学生已有认知与新知识之间的矛盾和冲突设计似乎矛盾的问题情境，让学生通过积极思维来解决矛盾。

【案例5】铝及化合物的性质

【情境创设】未擦氧化膜的铝片置于CuSO4溶液无明显现象，而擦去表面氧化膜的铝片置于CuSO4溶液也仅在铝片缺口处看到有红色物质析出，现象很不明显。

【情境开发】问题1：根据初中学生已有知识铝和CuSO4溶液反应非常容易进行，现象很明显，而为什么实际过程中会这么不明显呢？

问题2：若改用外形均相同的铝片分别和浓度相同的CuCl2、CuSO4溶液反应会出现什么现象？

问题3：如果把一片在氯化铜溶液中反应后的铝片，除去表面的铜后，再放在硫酸铜溶液中，又会发生什么样的实验现象？

通过这类问题情境的创设，将学生置身于学习的矛盾氛围中，可大大激活思维的兴奋点，让学生学会扩充，学会延伸。对于很多学生来说化学的实验性让他们对化学既爱又恨，他们在学习的过程中既充满好奇又不敢擅自行动。面对这样的情况，教师就可以“推波助澜”一把，在课堂中提出延伸性的问题，让学生能够在问题中发现自己独到的见解。

六、联系生活，引导学生的實践思维

中学化学教材中有大量的与日常、生产、生活相联系的内容，教师可根据需要选择典型的、具有代表性的、学生可体验到的、有启发性的内容创设问题情境，这样有利于激发学生理论联系实际、学以致用的意识，在解决问题的过程中培养思维的全面性、深刻性和创造性。

【案例6】特级教师董君的《硫及其化合物的相互转化》

【情境创设】1.臭水沟里通常含有大量的具有臭鸡蛋气味的H2S，我们以下两种方法除去H2S：

（1）在臭水沟里加入生石灰。

（2）在臭水沟里加入H2O2。

2.软膏与香皂中含有一定量的硫黄

3.在实验室里常将硫黄撒在汞的表面，以除去不慎洒落的汞（水银）。

4.展示工业中用硫或FeS2生产硫酸的图片问题。

5.某次采集酸雨样品，每隔一段时间测定一次pH，得数据如下：

6.亚硫酸钠长期暴露在空气中会变质。

【情境开发】问题1：指出H2S在以上连个反应中体现什么化学性质？你是怎么理解以上性质的？

问题2：软膏与香皂中的硫黄有何作用？

问题3：（1）硫在以上反应中起什么作用？如何理解这一性质的？

（2）铁的还原性比汞强，为什么铁与硫反应要加热，而汞与硫反应常温就可进行？

问题4：写出用硫黄制硫酸，吸收塔尾气吸收的相关化学方程式，指出所有硫及其化合物在反应中的作用

问题5：放置时，雨水样品pH变化的主要原因。

问题6：变质后可能生成了什么物质？如何设计实验证明亚硫酸钠已经变质？

由于这些问题与生活实际紧密相连，学生一下就来了兴趣，纷纷发表自己的看法。利用化学与生产生活实际的联系创设问题情境，引导学生关心社会，了解化学在社会发展和人类生活中的作用，使学生认识到学习化学的现实意义，认识到化学知识的应用价值。

总之，问题情境是影响学生学习的重要因素，创设问题情境的方法非常灵活，根据学生的认知特点，结合教学内容可以多方位、多角度地创设合理、恰当的问题情境。良好的问题情境的创设应该遵循针对性强、层次性好、难易性适度等原则，灵活运用多种教学手段可以达到最佳教学效果。实验、假说、趣闻、习题等都可以作为创设的基本素材，但并不是任何问题都能使学生产生心理困境。过易或过难的问题都不能有效地激发学生思维，不能构成“问题情境”，只有那些难易适度，有助于学生形成“心求通而未得”的问题，才能构成“问题情境”的最佳素材，才能有效地引发学生的认知冲突，促进学生积极思维。问题情境必须是基于对学生已有知识经验和教材内容进行全面和科学分析的基础上，需要注意的是，即使有了恰当的问题情境，也并不一定就能引发学生的认知冲突，激发学生思维，关键还在于是否能够根据创设的问题情境进行有效的情境开发，设计出高质量的问题，设计出科学的、有层次、有梯度的问题链，引导学生深入思考，鼓励学生动脑、提问，从无疑到有疑。经过一番思索，疑问得到解决，于是从有疑到无疑，这个过程是学生思维能力得到提高的过程。

参考文献：

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[4]温泳.PBL模式教学中问题情境创设解析[J].中国现代教育装备，2012（4）.