“促进学生问题解决思路形成”的递进式教学

摘要： 以促进学生形成解决问题的思路为目标，对“实验探究化学反应发生的证据”任务主题进行整体设计。從概念原理与方法程序两方面分析解决问题思路的关键；依据学生认知基础和发展需要，对学习目标及其进阶进行规划，通过具体的教学案例呈现基于目标进阶的教学活动设计与主要策略；通过促进学生形成解决特定问题的思路方法的递进式教学，让发展学生化学学科思维方式和解决问题能力的目标落实在具体的教学实践中。

关键词： 实验探究； 化学反应发生的证据； 解决问题的思路； 学习目标进阶； 递进式教学

文章编号： 10056629（2018）10005107中图分类号： G633.8文献标识码： B

通过实验认识物质的化学性质与反应是中学化学教学的重要组成部分。在某一条件下物质是否发生了化学反应，物质发生了怎样的化学反应，如何证明等，是学生学习时首先需要思考和解决的问题。如二氧化碳和水、二氧化碳和氢氧化钠溶液等无明显现象的反应，部分学生尽管学习了从反应物消耗、新物质生成两方面来分析和解决问题的步骤但却不了解使用这种方法的本质原因，在分析相关问题或设计实验方案时思路不清或缺乏思路与方法[1，2]。鉴于目前已有的相关文献大多针对的是某一具体课例、具体反应以及“无明显现象的反应”教学等，缺乏对学生解决特定问题的思路与能力发展培养的研究。为此，本文选择以“实验探究化学反应发生的证据”为例，围绕以促进学生形成解决这类问题的思路为目标的递进式教学展开探讨。

1目标导向的任务主题整体设计

以促进学生形成解决特定问题的思路为目标，是通过相应的探究任务来实现的，为此需要对探究任务主题进行整体设计。

“实验探究化学反应发生的证据”这一主题探究的具体问题（见图1）大致包括： 初中阶段，

主要研究某一或两种物质混合是否发生了反应，侧重通过实验从宏观、定性的角度验证发生了反应；高中阶段，伴随着离子反应、氧化还原反应、可逆反应、化学平衡等相关知识的学习，学生对物质是否发生了反应的探究进一步拓展到微观、动态和系统的认识层次，相关实验活动侧重研究物质发生了怎样的反应，即在验证反应发生的基础上，还要从宏观与微观、定性与定量相结合的角度进一步说明反应生成物是什么，揭示反应的微观实质，如揭示溶液中离子间发生了离子反应，或揭示反应中有电子转移，证明发生了氧化还原反应，或证明发生的是可逆反应等。

如图1所示，探究任务的主题具有一定的统摄性，通过对探究任务主题及其下属内容的整体设计，可以让学生的化学学习从“散点”变为“连贯”而结构化，便于学习目标的达成。

2解决问题的思路与方法

“实验探究化学反应发生的证据”涉及两方面： 怎么知道物质是否发生了化学反应、如何判定物质发生了怎样的化学反应。其中每一个问题的解决，都需要关注两类关键的知识： 概念原理和方法程序。

2.1解决问题的基本思路源自对概念本质的把握

针对所探究的问题，相关概念原理知识是解决问题的基础，也是解决问题的思路方法所依据的关键。下面以“探究是否发生了反应”为例加以说明。

物质在一定条件下发生化学反应生成新物质，伴随着能量的变化，这是化学反应的实质与基本特征，也是探究物质是否发生化学反应的根本依据，即可通过新物质的生成来证明化学反应的发生。那如何证明有新物质生成呢？

根据化学反应生成了与反应物化学性质不同的新物质（即生成物或产物）这一特征，有时可借助观察物质性质的变化（如出现颜色改变、气体产生、沉淀生成等现象）来说明可能发生了化学反应。但需要指出的是，仅凭这些表观的现象，还不能判断一定是发生了化学反应，因为某些物理变化也会产生类似的现象。因此，还需要回到化学反应发生的标志是产生新物质这一根本点上来考虑问题，即要证明确实发生了化学反应，就需要通过进一步的实验来证明有新物质生成，大致有两种思路： 一是检验有新物质生成，如木炭在氧气中燃烧，通过检验燃烧生成的气体使澄清的石灰水变浑浊，而反应前的氧气并不具有这一性质，可以证明木炭在氧气中燃烧发生化学反应生成了二氧化碳这一新物质；二是利用变化前后物质化学性质的差异证明有新物质生成，例如，利用指示剂显示混合前后溶液的酸碱性的变化来验证盐酸与氢氧化钠溶液发生了反应。

对于化学反应发生的探究，不仅要明确某一物质是否发生了化学反应，而且还需了解到底发生了怎样的化学反应，以便于增进对相关物质的化学性质与变化的理解。对此，需要根据某些反应（离子反应、氧化还原反应、可逆反应等）的微观本质和特点的不同而采取相应的方法。如借助数字化实验说明反应过程中某些离子浓度的变化来说明离子反应的发生；借助一定的装置显示反应过程中有电流的产生来说明氧化还原反应的发生。又如，借助反应能发生且存在限度、反应物和生成物共存、反应能双向进行、充分反应达到平衡状态、改变浓度等条件平衡发生移动等，可说明发生的是可逆反应。

可见，针对“实验探究化学反应发生的证据”所涉及的两方面问题，解决问题的思路是有层次结构的，其思考的方向有所不同。但是，无论是探究物质是否发生了化学反应，还是要回答如何判定物质发生了怎样的化学反应，都需要以化学反应的实质和典型特征为基本依据，由此形成的解决问题的思路具有方法论的意义和价值。因此，引导学生体验探究化学反应发生所蕴含的化学知识与思维方法，可以提升学生对化学反应的认识，有利于学生掌握解决这类问题的思路和方法。

2.2解决问题方法的关键在于实验设计

本文提及的“探究化学反应发生的证据”是借助化学实验来完成的，理论上依据概念原理所形成的解决问题的基本思路与实验中所采用的具体方法程序有很大的差别。相比较而言，实验方法程序往往较为复杂，需要从实验原理与药品试剂、实验仪器和装置、实验操作等多个方面[3，4]来考虑实验条件的调控问题。其中最为关键的是，为了保证实验结果的可靠性，根据实验目的和实验原理，必须对实验中的变量进行识别与控制，设计对照实验，并给出操作上的定义[5]，即需明确反应体系中有哪些因素会影响实验结果（变量），在实验中需要改变的因素是什么（自变量），在实验中需要保持不变的因素是什么（不变量），要得到实验结果需要观察或测量的因素是什么（因变量）等。例如，要探究二氧化碳与水是否发生了反应，其关键在于要证明有无新物质的生成。根据二氧化碳通入水中这个变化体系的特点，采取表1中所示的思路2利用变化后的物质与反应前的物质的化学性质差异作为研究和认识化学反应发生的证据，即在二氧化碳通入水中这个混合体系中，借助二氧化碳与水反应后的生成物（碳酸）能使石蕊变色（而水、二氧化碳各自不具有这一性质），通过对比实验排除干扰，进而判断二氧化碳和水发生了化学反应。

综上所述，解决问题的思路是指对要解决的问题进行思考的方向、路径或框架，即往哪儿想，怎么想，帮助学生架构界定问题与解决策略之间的“桥梁”[6]，是促进学生形成解决问题的思路的关键。要促进学生形成解决问题的思路，首先需要以概念原理为基础，让学生知道从哪儿想，想什么。其次围绕概念原理的实质，需采取可操作的实验方法程序。让学生知道怎么想和如何做，这样有助于帮助学生掌握解决这类问题的思维方式和方法。

3学习目标的规划及进阶设计

3.1两类学习目标的规划

如前所述，“实验探究化学反应发生的证据”涉及概念原理和方法程序两类关键知识。基于学生的认知基础与发展的考虑，本目标重在促进学生形成解决特定问题的思路方法，即通过学习，让学生知道或学会做彼此相关的事情，如在初中阶段，针对“探究是否发生了化学反应”的学习目标设计见表1。

按照表1所示的学习目标框架，在高中阶段，针对离子反应、氧化还原反应、可逆反应等的探究，其中目标1.1将深入到对这些反应微观实质的理解；目标2.1则拓展到基于这些反应的微观实质不同需采取的相应方法。

3.2学习目标进阶设计

对于刚刚学习化学的初三学生来说，积累相关物质的性质与反应的知识是促进学生形成解决问题的思路方法的基本前提，与“实验探究化学反应发生的证据”相关的内容不宜集中学习，可选取典型反应作为载体，通过恰当的方法逐渐积累物质性质与反应相关知识、拓展认识和解决问题的角度和思路以及解决问题的具体方法等。为此需要进一步对目标进阶进行设计。

针对“实验探究物质是否发生了化学反应”的学习，初中阶段的学习进程及主要发展目标（见表1、表2）大致如下：

一是基于实验现象的观察进行分析与推理，结合进一步的实验证明有新物质生成，初步形成解决问题的基本思路与方法。

二是讨论实验的内容与过程，思考如何控制变量等，体会解决问题方法的关键在于实验设计。

三是利用所学的解决问题的思路与方法，针对问题设计简单的实验方案，分析和解决相关问题。

在高中阶段，学生将陆续学习并接触到与离子反应、氧化还原反应、可逆反应等相关的实验探究活动。依据所探究反应的微观实质，拓展解决问题的角度和方法以及能设计简单实验解决相关问题是高中阶段所要发展的重要目标（见表2）。

4目标导向的递进式教学案例与策略

以促进学生形成解决问题的思路为目标导向，教学按照整体设计，分段推进的原则逐步实施。现选取初中“氧气的化学性质”、“二氧化碳与水的反应”教学案例简介如下。

4.1教学案例1——引导学生初步形成解决问题的思路

4.1.1目标进阶的确定

“氧气的性质”的学习是学生第一次较为系统地认识某一具体物质的性质，其认识思路与方法的学习尤为重要。通过实验可观察木炭、铁丝分别在氧气中燃烧产生了明显的现象，但是，木炭燃烧、铁丝在氧气中燃烧是否发生了化学反应？如何证明呢？考虑到学生在之前的学习中已经知道物质发生化学反应必定有新物质生成，因此，可以将氧气与木炭、铁丝是否发生了化学反应作为问题探究点，引导学生思考解决这一问题的关键在于要检验木炭燃烧、铁丝燃烧后是否有新物质生成，从而帮助学生初步厘清研究一个反应是否发生就需要证明有新物质生成的基本思路。

为此，以氧气的化学性质（木炭燃烧、铁丝在氧气中的燃烧）为载体，其目标进阶A1： 初步形成解决问题的基本思路。即： 在观察实验的基础上，通过实验检验有新物质生成，进而证明物质发生了化学反应。

4.1.2基于目标进阶的教学活动设计

以单元进阶A1为导向，探究木炭燃烧的教学活动[7]设计如下：

[情境素材]呈现生活中木炭燃烧的实例。

[演示实验1]木炭在空气、氧气中燃烧。

[问题1.1]你观察到哪些现象？

[问题1.2]木炭燃烧是否发生了化学反应？如何证明？

（提供小资料： 木炭燃烧生成了二氧化碳，二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，而氧气没有这个性质。）

从学生已有的知识经验出发，借助实验引导学生对木炭燃烧的现象进行观察、比较与分析，利用问题1.2促进学生思考证明其发生了化学反应，需要检验木炭燃烧后是否有新物质生成，培养学生基于实验证据做出判断的思维习惯。考虑到学生已有的认知基础，此问题的处理可借助小资料的提示，在教师的启发和引导下完成，其解决问题的思路见图2。

按照图2所示的思路，对于铁丝在氧气中燃烧的教学活动[8]设计如下：

[情境素材]出示烧红的电炉丝、汽车上烧红的点烟器等图片。

[演示实验2]铁丝在氧气中的燃烧。

[问题2.1]你观察到了什么现象？这说明了什么？

[问题2.2]如何证明铁丝在氧气中的燃烧是发生了化学变化？（提供小资料： 上述变化过程中落在瓶底的黑色固体为四氧化三铁。铁丝与稀盐酸反应有气泡生成，而四氧化三铁与稀盐酸混合没有气泡生成。）

利用生活素材激发学生好奇心，借助实验引导对实验现象的观察与比较，通过追问，再次促进学生进一步体会要证明发生了化学反应，需要检验其变化后是否有新物质生成，让学生养成用事實说话、基于实验证据做出判断的思维习惯。同样，考虑到学生已有的认知基础，此问题的处理需借助资料提示，在教师的启发和引导下完成。

4.2教学案例2——促进学生体会解决问题的实验设计方法

4.2.1目标进阶的确定

关于“二氧化碳的性质”，二氧化碳与水的反应是教学重点之一，由于其无明显现象，二氧化碳与水是否反应常常成为一个探究点。对于教材中呈现的“小花实验”[9]，学生初次接触时往往感觉不好理解，对这个实验要探究的核心问题以及解决这一问题的实验设计依据或策略认识不清晰。对此，以“探究二氧化碳与水是否反应”为载体，其教学目标不仅仅是通过实验了解二氧化碳与水能发生反应、反应生成的物质能使石蕊变色等；而更为重要的是认识和体会解决特定类型问题的基本思路与实验方法，体会化学反应中的条件控制以及对比实验对于化学学习的重要性等。

为此，以“二氧化碳与水反应”为载体，其目标进阶A2： 体会解决问题的实验设计方法，即要通过讨论实验的内容与过程，思考控制变量等，帮助学生了解其中的实验设计。

4.2.2基于目标进阶的教学策略

（1） 注重对学生思维方法的启迪

以目标单进阶为导向，本实验活动的教学思路与启发性问题设计见表3。教学中设计的这些连续性、启发性问题以知识实质为原点，关注思考问题的角度和线索，注重思维过程的外显。其中从问题1到问题5，重在引导学生回到“化学反应”概念本身，教学生从头到尾地想问题： 如何证明一个化学反应的发生、探究二氧化碳与水是否反应需要考虑什么、“小花实验”为什么这样做等。在经历这一过程中，学生通过分析、识别、关联、推测等思维活动，促进学生辨别探究的核心问题并形成对问题及其相关影响因素的理解，知道如何控制变量等。问题6是引导学生对探究过程的反思，其意图在于鼓励学生去分析、反思探究的过程，从中感悟探究化学反应发生的基本思路，促进学生能把今后遇到的类似问题与这个问题相联系，成为自我指导的学习者。

上述教学思路重在引导学生明晰探究的核心问题和实验设计的基本依据，为学生形成解决问题的思路与方法提供具体指导，如引导学生分析其实验目的、实验中要得到实验结果需要观察什么，哪些因素可能会干扰或影响实验结果，实验中是如何处理的等，以此帮助学生对实验内容与步骤原理的理解。

（2） 提供方法工具将解决问题的思路方法外显

为了帮助学生厘清这个实验的设计思路，在学生动手实验、现象观察与分析的同时，在教学中指导学生借助“列表法”来呈现对实验的分析和思考过程，将实验设计背后的思路方法抽提出来并将其显性化，使学生清晰地看到这一实验设计的关键在于识别变量和控制变量（见表4）。

4.3其他——注重具体方法的丰富与迁移应用

以“探究二氧化碳与水是否发生了化学反应”为载体，学生初步体会到解决这类问题的实验设计思路与方法，还需在后续相关内容如二氧化碳与氢氧化钠溶液、盐酸和氢氧化钠溶液的反应探究中得到强化和拓展，即针对所研究物质性质及反应体系的不同，帮助学生积累解决这类问题的具体方法和经验。

学生解决问题思路的形成能够指导学生分析和解决陌生情境下的相关问题，教师教学中需要促进学生在具体问题的解决活动中领悟“思路方法”的工具性和可迁移性。在二氧化碳与氢氧化钠溶液、盐酸和氢氧化钠溶液的反应探究中，可让学生的学习目标达到进阶A3（设计简单实验解决相关问题），还可针对实验室中氢氧化钠试剂是否变质、食品包装袋中生石灰干燥剂是否变质等问题，引导学生设计实验来分析和解决实际问题。此外，高中阶段还可以让学生迁移应用到二氧化硫通入水中、氯气溶于水等是否发生了化学反应等问题的探究中。

5结束语

以目标进阶为导向，分阶段递进式地促进学

生形成解决特定问题的思路与方法，让发展学生化学学科思维方式和解决问题能力的目标落实在具体的教学实践中。

解决问题的思路方法与特定的任务（或问题）紧密相关，学生解决问题的思路与方法的形成是一个持续进步的过程，教师的教学要为学生解决问题思路的形成创造机会和提供发展的空间。

参考文献：

[1]何彩霞.拓展学生“思路”建构的途径——对“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应探究”教学案例的反思[J].中学化学教学参考， 2012，（8）： 16～18.

[2][9]何彩霞.教给学生解决问题的思路与方法——对“探究二氧化碳与水是否反应”教学案例的分析[J].教育与装备研究， 2016，（6）： 49～53.

[3]宋心琦.化學实验教学改革之一[J].化学教学，2012，（4）： 3～5， 8.

[4]刘知新主编.化学教学论（第四版）[M].北京： 高等教育出版社， 2009： 178.

[5]（美）帕迪利亚主编.崔波，吴云琴，华曦译.科学探索者·科学探究（第3版）[M].杭州： 浙江教育出版社， 2013： 16～17（2016重印）.

[6]（美）考其克.伍新春等译.学习与教学策略[M].北京： 北京师范大学出版社， 2007： 240～243.