基于问题解决教学促进初中生化学深度学习

康永军，王荣华

培养具有创新精神、创造能力的人才已经成为当前学校教育关注的热点。培养学生深度学习能力和问题解决能力是培养学生创新精神、创造能力的前提。深度学习是教学观念，是教学改进的方向，更是教学改进的思想方法、宏观原则和策略。［1］如何将深度学习在课堂中落地，关键在教师。“教师若被视为一种专业，则首先需要教师具有专门的知识和能力：教师要学习应该教的知识和如何教授这些知识的专门知识。”［2］（P142）以深度学习为特征的教学也是如此，前提是教师理解深度学习是什么，明白通过什么样的教学途径实现教学中的深度学习。只有教师搞清楚这个基本问题，才有可能将学生引向深度学习，才有可能培养出具有创新精神、创造能力的学生。

一、为什么问题解决教学能够促进深度学习

学习始于问题，学习的过程就是解决问题的过程，同样，学习的最终目的是利用所学的知识解决实际应用中的问题。学习并不能解决所有问题，但真正的学习一定是在解决问题中进行的。

（一）深度学习

深度学习的研究最早由两位美国学者Ference Marton和Roger Säljö提出来的。1976年，他们研究认为学生在学习中有两种策略：一种策略是试图去理解整个文章的思想，领会学术内涵，这样的学习被认为是深度学习；另一种策略是记住文章中所提到的一些事实，他们所关注的是接下来的测验会问到文章中的哪些内容，这样的学习被认为是浅层学习。［3］

国内关于深度学习研究最早见于2005年何玲等《促进学生深度学习》一文，文中对深度学习的概念进行了定义，认为深度学习就是学习者在理解学习的基础上，批判性地学习新的思想和事实，将它们纳入原有的认知结构中，并且能够联系不同的思想将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。［4］综合分析国内外研究会发现，指向深度学习的教学应该具备以下特点：

第一，强调知识的主动建构。建构主义认为，学习不是由外到内机械地接受记忆新知识的过程，而是能够通过对已有的知识和经验进行分析利用，主动建构新知识的过程。学生能够多角度地表征化学概念，从宏观、微观、符号三个角度表征问题，是学生深层次理解概念的标志，而且三重表征是化学学科特有的思维方式，初中阶段是该思维方式形成的重要阶段。［5］学生对于新知识的学习，不能仅仅停留在“记住”的层面，而是对新知识有自己的认识和理解，批判性地接受新知识，突出深度思辨的高阶思维。

第二，重视知识的迁移应用。学生能够在不同时间、不同情境，甚至不同学科背景下，运用所学新知识，利用新知识与新情况间的联系，迁移新知识分析新情况，从而达到解决新问题的目的。例如对于初中化学物质多样性的学习，要引导学生根据物质的组成、结构、性质进行分类，运用分类、实验、模型、基于性构关系的推理等方法与手段，从变化的视角，学习物质转化的规律性。［6］

第三，立足于问题解决。学习的最终目的不是为了获得一堆事实性的知识，而是面对身处的社会环境，利用所学知识分析问题、解决问题。面对不可预测的环境中产生的实际问题的解决必须以深度学习为前提。“深度”不仅表现在学习的自主性和复杂性，更表现在解决问题的能力上。学生能够熟练地运用所学知识来解决现实问题，必然对知识有深刻的理解并应用。学生通过问题解决来学习，基于问题解决来建构知识，不仅能有效促进问题解决的成效，还有利于帮助学生建构知识，提升思维水平，发展问题解决能力。可见，问题解决是深度学习的一个重要立足点。

（二）问题解决

只有同时具备三种条件的活动才称得上是问题解决活动：一是具有目的指向性，二是具有操作系列，三是具有认知操作。与传统的传授式教学相比，问题解决教学具有以下特点：

第一，有情境。问题解决教学强调把学习设置到复杂有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，并形成自主学习的能力。［7］（P640-660）可见情境对学习的重要性。好的问题情境，可以加深对新知识的认识和理解；可以体会知识结构的获得过程；可以学会运用所学知识解决现实世界的问题。

第二，可操作。解决问题的过程是一个螺旋上升的过程，思维的可操作是指学生在解决问题的过程中通过对问题进行表征、分析、假设、验证、反思、评价等活动完成问题解决，另外可操作还要兼顾不同认识方式和认知水平的学生，让每个学生在面对问题时都可以“开始”，都可以体验和解决问题。

第三，有序列。问题解决过程是从问题的初始状态到目标状态的连续接近的过程。它复杂多变，需要一系列的思维操作序列来完成。这些思维序列直接影响问题解决的最终结果。思维序列通常包括对问题的理解、假设、验证、结论、评估和重新设想的过程。可见思维解决问题的过程中具有序列性和程序性，不同的问题应该具有不同的序列和程序。

第四，具认知。在问题解决过程中，提出的问题与学生已有认知方式有一定的联系，而问题适度的复杂性又能引发学生的认知冲突和思维障碍，从而激发学生分析并解决问题。这个过程必然需要学生认知的参与，没有学生认知参与的问题解决，就变成了一系列程序化任务的操作，就不能称之为问题解决。

（三）深度学习与问题解决的关系

培养问题解决能力需要依靠深度学习，问题解决教学的终极目标就是深度学习。同样，实现深度学习的主要途径就是问题解决教学，深度学习的重要载体是问题解决。可见，问题解决与深度学习是互相影响、互相促进的。基于问题解决的教学可以促进学生深度学习的发生。

二、什么样的问题解决教学才能促进深度学习

问题解决教学促进学生深度学习的发生是需要条件的，促进学生深度学习的问题解决教学一般都具有以下特征：

（一）知识问题化

传统教学中的学习，学生通常是通过死记硬背、机械模仿的方式“理解”新知识，这样“理解”的知识似乎印在了脑子里，但实际上遇到新的情境时，这些知识是很难被提取运用或迁移应用的。知识问题化，学习是由提出的问题开始，伴随解决问题的过程逐渐深入，学生的思维被激活，有了兴趣学生才会主动地去学习，而且在不断解决问题的过程中学生的求知欲始终维持在较高的水准，这样更能激发学生主动填补知识的空白、认知的缺陷。将知识转化为问题需要考虑学生因素和教学因素，例如，质量守恒定律知识的问题化。质量守恒定律是初中化学的重要知识之一，如何将这样重要的知识转化为问题呢？首先应该进行知识分析。本节课的知识包括探究化学反应前后质量是否相等的实验、质量守恒定律内容及质量守恒定律的微观解释。其次对学生已有的情况进行分析。对于九年级学生而言，处在化学学习启蒙阶段，这之前他们在生物课上学习了生态平衡，物理课上学习了能量守恒，通过学前问卷调查发现，80%以上的学生对化学反应前后物质质量不变有了初步的认识，并能举出相应实例，对一些简单现象作出初步的判断和解释。最后确定核心问题。根据教学内容和学生认知的分析确定本节课的核心问题为“化学反应一定有新物质生成，那么在化学反应前后物质间质量有着什么样的关系呢？”“怎么证明你的假设呢？”“为什么所有的化学反应都符合质量守恒定律呢？”

可见，要想通过问题解决教学促进学生深度学习的发生，知识问题化是前提，通过分析知识在课标、教材中的地位与作用，分析学生已有的知识经验和可能发展的思维能力，提炼出知识中蕴含的核心问题，以问题激发学生，分析问题、解决问题，学会运用知识解决问题。在教学中采取有效的策略揭示学生的已有认识，促进学生不断思考，形成新认识。恰到好处的问题的使用能够促使学生深入思考，在产生认知冲突和解决冲突的过程中，使认识得到发展。

（二）问题情境化

在问题解决教学中如何将问题进行情境化设计呢？可以从以下几个途径进行思考：一是知识必然是学习者自主建构的，而不是机械地接受外界的灌输。所以提出的问题不是简单的问题，而是贴近学生生活世界的问题。以往的学习中只有“冷冰冰的灌输”没有“求知若渴的眼睛”，学生只是被看做接受知识的“容器”，教学中只有“容器”没有“学生”。学生的认知在这样的课堂很难得到发展，也就不可能实现深度学习。二是要想让学生能够参与到知识建构的过程中，就需要为问题设计丰富而贴近学生实际的情境，只有在情境中的学习，学生才会主动参与，才会把学会的知识迁移应用到新的情境中去解决问题。这样才能把学习回归到学生身上，基于问题解决的教学让学生主动参与到建构知识的过程中。三是问题情境的设计必须要分析学生已有知识和经验，掌握学生已有的认知基础、认知方式。

当然，问题情境设计是有原则的，情境一定是符合学生最近发展区，而且与之相关的知识的问题解决教学过程与现实世界的解决问题过程相仿，这样才能便于学生自主探索。问题情境的来源可以是多方面的，教师可以从个人生活经验、学生经验、学科发展动态、学生学习过程等方面选择，如表1所示：

表1. 情境来源及示例表

可见，问题情境化是激发学生化学学习兴趣的需要。社会生产和人的需要是产生兴趣的源泉。在问题情境化过程中要注意从学生已有的经验出发，有的放矢地介绍日常生活和社会建设中所用到的知识，以此激发学生的愉悦心情，触发学生的情感和求知欲，使学生感到学有所得，学有所用。

（三）情境真实化

现代情境学习理论认为：学习与学习所关联的情境是密不可分的，学习的情境与学习关联度越高，学习的情境与学习者本身的经验、体验、感知越贴近，学习的效果也越好，也就越容易进入一种深度学习的状态。真实的情境会带给学生强烈的共鸣，使学生的注意力和学习的兴趣被激发起来。学习内容变得具体化、形象化，学生就会在问题解决的过程中体会到问题的意义和知识的价值，体会到解决问题的“成就感”。同时，真实的情境也可以促进学生在新的情境中迁移应用。

如在“燃烧和灭火”的教学中，选取祥云火炬作为情境题材，探究“祥云之谜”贯穿于讲课的整个过程，教师提出四个“祥云之谜”：火炬的燃料应该具有什么性质？火炬为何可聚焦点燃？火炬外壁为何有很多孔？闭幕式上祥云火炬如何熄灭？用基于祥云火炬情境的问题将最核心的教学内容——燃烧的条件和灭火的原理串联起来，形成围绕火炬这个学生身边的真实情境展开问题解决的核心线索，帮助学生在解决问题过程中完成新知识的学习且能够迁移，将学生带入深度学习状态。

可见基于真实情境的问题解决过程能将知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三维目标真正地融为一体，充分体现和发挥了化学问题的价值和解决问题的价值。为了使情境真实化，在选择情境素材时，要注意情境素材最好是既来源于学生生活又高于生活，并在学生的“最近发展区”之内，让学生在看似平常的情境中探索或开发不平常的问题，在熟悉的生活常识与艰深的学科知识之间建立起根本性的关系。

三、如何进行促进深度学习的问题解决教学

在基于问题解决促进学生深度学习的教学设计过程中，教师应当着眼于教学内容的问题化设计，创设问题情境，让学生在真实的问题情境下以问题为学习线索，通过自主解决一系列问题，学会知识应用，感受知识价值，体验成功喜悦。下面以人教版初中化学“实验活动6酸、碱的化学性质”为例进行分析。

（一）核心问题设计

第一，分析课程目标及教材中有关“酸、碱的化学性质”的内容。“酸、碱的化学性质”是课程标准在课程内容的“科学探究”部分中明确规定学生必须完成的基础实验，而且与之对应的“酸、碱的化学性质”的实验活动也安排在人教版教材（2011版）下册第十单元，主要实验活动是探究酸的化学性质和碱的化学性质，其中最为重要的就是中和反应的实验。由此可以看出该内容包含了酸和碱的性质以及酸碱中和反应这两个方面的内容，并且学习这两个方面内容的主要途径是通过实验。

第二，分析学生已有经验和学习需要。本节课是学生实验课，是在学生系统地学习完酸和碱的性质等理论知识之后进行的综合实验。学生在本节课之前已经能够熟练地进行试管实验的基本操作，对于酸和碱的性质也比较清楚了。因此，本节课不仅是对第十单元所学知识的复习，更是为了使学生的能力有所提升。如何让学生在熟练实验技能的基础上，学会运用酸和碱的化学性质设计并完成化学实验，增进学生对科学探究的体验，增强学生观察、讨论、表达的能力，成为本节课设计要考虑的重点。

第三，确定教学中的核心问题。首先，分析课程目标及教材中有关“酸、碱的化学性质”的内容。组织和选择教材中相关实验内容，理解课标中相关要求，根据学生的学习需要，明确问题的内容要素，归结为“酸和碱的中和反应、酸和碱的化学性质”。其次，选择问题依托的情境。采用新闻中蕴涵的化学知识为线索进行任务设计，如选用新闻中“造纸厂排放污水”事件为问题依托的情境，创设问题情境，激发学生学习的兴趣，然后从情境中产生具体的操作性强的总问题。最后，确定核心问题。结合情境设计母问题，并引导学生从母问题出发提出子问题。

（二）问题解决教学的实施过程

在经过核心问题设计之后，对教学过程进行设计，教学过程见图1。

在课堂上教师通过讲述，呈现真实的问题情境。真实问题情境引发了母问题“运用你所学的知识解决造纸厂的污染问题”。母问题以新闻报道为问题情境，情境来源于社会热点问题，通过情境与问题激发学生的学习动机与兴趣，促使学生调用已有的知识和经验，分析母问题，衍生出三个子问题：“如何利用实验室的废酸中和造纸厂的废碱”、“废酸有哪些性质”、“废碱有哪些性质”，围绕三个子问题，师生共同确定了解决问题的三个探究任务：“中和反应是否发生？”、“酸能与哪些物质发生反应？”、“碱能与哪些物质发生反应？”三个任务的基础是学生的理解、目标是解决问题，学习活动体现了体验性、探究性的特点，同时教师在学生探究过程中适时引导、帮助学生，通过设计实验、小组合作、分析现象、讨论交流、归纳总结、表达评价等，发现、经历、体验知识的形成过程，促进学生的认识向更高的水平迈进，呈现出深度学习的特点。教师创造性地改进了教材，在精心设计学习任务和完成实验探究的过程中，通过对实验现象的分析，学生不断总结归纳，逐步形成了对酸、碱的性质及中和反应的认识，最终通过解决生活中的实际问题使学生掌握的知识得以升华。可以说，这样围绕解决问题的系列探究，实现了以问题驱动引导学生的深度学习，使学生在深度参与中获得深刻的体验。在这个过程中，学生掌握了学科核心知识，理解了学习过程，把握了学科本质及思想方法，形成了积极的内在学习动机、正确的价值观。

要实现学生的深度学习，需要教师深刻理解问题，解决教学的内涵、特征，更新教学观念，改进教学行为，最为重要的是教师从教学观念到教学行为的转变。通过将化学知识的问题化设计、问题的情境化设计、情境的真实化设计，赋予化学核心知识以教学的价值，让学生在解决具有挑战性的核心问题过程中，学习真实的化学知识，给学生提供更全面的问题解决的机会和素养发展的空间，促进学生的持续性发展，使深度学习真正地发生。

图1 教学过程设计图