激发问题意识构建化学思维

激发问题意识构建化学思维作者：吴新田李长萍来源：《新课程教学》2014年第06期【摘要】基础教育教学改革要求促进学生积极主动地学习、培养学生的创新精神和实践能力，在教学中实现学生的高水平思维过程.问题意识是学生思维的动力，是创新精神的基石.在教学实践中，激发学生的问题意识，促使学生亲历知识产生与形成的过程，实现自主建构知识，追求“知识”发现、“方法”与“态度”形成有机结合与统一，激活思维的生长点，是实现教学中高水平思维活动核心策略，具体做法包括：联系生产、生活实际内容，激发问题意识，实现新知识的自我建构；细品教科书内容，激发问题意识，构建学科思想；从化学实验直观、生动的感受起步，激发问题意识，完成由感性到理性思维的升华；剖析解题思路的指导思想，激发问题意识，寻找学科知识的根本.【关键词】问题意识高水平思维教学实践教育的重要目标是要引导学生思维1 .什么是高水平思维？布鲁姆教育目标分类学将学习的认知领域划分为知识、领会、应用、分析、综合、评价六个层次.LW安德森和DR克拉茨沃尔对布鲁姆认知领域教育目标分类进行了修订（2001年），依据认知复杂程度，认知过程从低到高包括记忆、理解、应用、分析、评价、创造六个层次.由此可见，应用、分析、评价、创造是需要更高水平思维的认知任务.在教学活动中如何促进学生高水平思维？在哈佛大学流传着一句名言：教育的真正目的就是让人不断提出问题、思考问题.在教学实践中，我们也深刻体会到：学生的问题意识是学生思维的动力，是创新精神的基石.激发学生的问题意识，促使学生亲历知识产生与形成的过程，启动原有思维，自主建构知识，追求“知识”发现、“方法”与“态度”形成有机结合.激活学生思维的生长点，才更能促进学生在课堂教学中进行分析、综合和评价等高水平思维活动.基于上述理论观点，结合具体案例，深入教学实践，笔者进行了积极的探索，进一步概括、提炼了具体的措施.一、联系生产、生活实际内容，激发问题意识，实现新知识的自我建构“元素化合物”知识占据了中学化学教学内容的一半以上，这些内容贴近学生，与生产生活联系密切，是培养学生问题意识、建立和发展科学方法和态度情感的良好载体.但在常规教学中，大多数教师采用“照方抓药”的教学处理.例如，在引课环节呈现实际问题、现象或事实（一则关于氯气泄漏的新闻报道，新闻画面呈现了“弥漫着黄绿色气体的现场，消防人员戴着防化面具，用水枪向空中喷洒水，并将泄漏氯气的钢瓶浸泡在装有大量烧碱液的水池中”），其目的是引出教学内容（氯气），然后直接讲授分析具体知识内容（氯气的性质），在学生获得新知识后，应用新知识解释分析实际问题（学生知晓氯气的性质后再来分析新闻中每个处理活动依据了氯气的哪些性质，进而总结出氯气的用途）.这样的教学思路和教学方式，忽视了学生原有的认知，学生更多是知识的接受者和被动应用者.学生获得的有效知识比例小，问题意识、科学方法和思维能力的提升十分有限.更有效的做法是：将联系实际的内容和事实作为激活学生思维、产生问题、获得感性认识的载体（将新闻作为学习素材呈现给学生，组织学生畅谈看到这则新闻时的想法.该素材激发了学生很多的感性认识.例如：氯气是黄绿色的；氯气有剧毒；氯气溶于水；氯气能与水反应；氯气能与烧碱反应；生产时要注意安全；氯气不与铁反应；氯气有毒，最好停止生产等）.然后给学生空间和平台，进行多向交流.通过这样的活动和教学环节，学生的原有认知主动启动，在思维的过程中不断产生问题.在师生、生生交流过程中，他们不断获得新认识，自主开始了观点的争论，核心问题愈加聚焦，深入探讨和研究的动力被激活.（在倾听彼此的认识过程中，学生的问题意识越发地按捺不住，思维由感性不知不觉地进入了理性.在教师的引导下，学生将直观观察感知的认识按照学习经验进行初步理性分类和评价，按照研究物质的基本角度分为物理性质、化学性质和用途等方面.经过讨论、归纳出三个进一步探究的问题：氯气只是简单溶于水，还是与水反应？录像中用钢瓶装氯气，说明氯气不与铁反应，但是氯气是非金属单质，铁是金属单质，它们应该发生氧化还原反应的？氯气有剧毒是否还要生产？）为了解决产生的核心问题，给学生提供机会，进行实验探究或者其他形式的证据获取活动，在获得结论的基础上，继续产生问题，进行多轮次的深入探究，促使学生达到高水平思维.为了解决问题，学生设计实验计划和操作步骤：学生以检测氯气溶于水是否有新物质生成为指导思想展开第一个问题的探究，以改变氯气与铁接触的反应条件为指导思想展开第二个问题的探究，以寻找氯气的用途为指导思想展开了第三个问题的探究.探究过程中，学生的思维火花不断迸射，彼此启发，不断产生新的矛盾点，激起思维连锁反应.例如：探究氯气与水是否反应，学生猜想氯与水反应生成盐酸，如何检验盐酸的存在？学生经过讨论、交流、优化等过程选择如下可实施的方案.探究内容实验方案[探究1]氯水中有无氯离子方案：氯水与硝酸酸化的硝酸银溶液反应[探究2]氯水中有无H+，证明溶液呈酸性方案1：用pH试纸检验方案2：用紫色石蕊溶液检验方案3：用碳酸钠或碳酸氢钠固体检验方案4：用金属锌或镁检验实验过程：探究1实验现象与预测一致，说明氯水中含有氯离子，说明氯气与水肯定发生了化学反应.探究2实验方案1组观察到pH试纸先变红过一会儿试纸褪色，方案2有的组观察到预期现象，有的组观察到紫色石蕊溶液先变红后褪色，与预测现象不一致.学生一方面很兴奋自己设计的实验证明了氯气与水反应；另一方面面对意想不到的实验现象，学生产生了困惑：水和盐酸是没有漂白性的，什么物质使变色的试纸和石蕊溶液褪色？师生共同分析，再次提出假设. 假设1：氯气和水反应时，氯气有剩余（溶液黄绿色），氯气有漂白性使变红的pH 试纸褪色.假设2：氯气与水反应，生成的产物除盐酸外，还有漂白性的物质生成.学生进行下一轮的深入探究活动.设计方案：干燥的pH试纸放在干燥的氯气中.推测：如果pH试纸褪色，说明氯分子有漂白性，也不排除假设2成立；如果pH试纸不褪色，说明氯分子没有漂白性，假设2一定成立.实验活动：将pH试纸放入装有干燥氯气的集气瓶中.实验现象：布条不褪色.实验结论：氯气能和水反应，生成盐酸和有漂白性的物质，此物质叫次氯酸.化学反应方程式：Cl2 +H2OHCl+HClO.在这样的学习过程中，学生历经从生活中的素材开始思考，不断地深入推理假设—实验探究—分析推理—反思论证的过程，这一过程不仅清晰地获得核心知识，学生一直处于问题解决的高水平思维.问题意识、思维水平的发展不是凭空产生的，它在一定的程度上取决于学习主体的知识结构和经验背景.元素化合物的学习素材若来自生产、生活实际，学生的问题意识、思维水平就会植种在已有的知识结构的土壤上，而后不断地生长、发展.按照这种教学思路，笔者又尝试通过展示硫氧化物、氮氧化物的正、反两方面的资料，以它们的功与过为切入点，展开硫氧化物、氮氧化物的探究学习，在教学实践中形成了基本的元素化合物的教学模式，见图1.图1元素化合物教学模式按照这一模式学习元素化合物，学生在生成问题和解决问题的全过程中，学习到科学研究方法、获得丰富且多方面的体验、促进学生高水平思维.二、细品教科书内容，激发问题意识，构建学科思想教科书是化学知识和化学思想方法的载体，学习之本.课本的编写体现了新课程标准的理念和学科思维的形成过程，理应成为学生构建学科思想的源头.教师细致钻研课本内容的编写顺序、呈现的素材与教学目标的关系，引导学生用心阅读课本，并与课本产生对话，学生的问题意识被激发，学科思想的构建、理解会在高水平的思维过程中潜移默化形成.当学生学习到《有机化学基础》中《醛类》这一节时，已经在必修1、选修1中先后两次从定性角度学习了醛基的两个特征反应：醛类物质与新制氢氧化铜、银氨溶液反应的实验现象，但是对这两个特征反应的发生条件不够明晰.因此，将探究醛基的两个特征反应的发生条件作为教学重难点，并试图在此过程中培养学生严谨的科学态度.当学生凭记忆做完这两个实验，银镜实验几乎都成功了，但是乙醛与新制氢氧化铜的反应有一半都不成功，实验不成功的学生很懊恼，实验成功的学生也分析不出所以然.这时候，建议学生通过阅读课本实验操作，找找原因.起初，很多学生不能发现是新制氢氧化铜悬浊液配制有问题导致实验失败，进一步提示学生严格按课本做实验，学生都看到了预期的实验现象.此时，学生的思维活跃起来，反思实验成功与失败的原因，学生不仅思考这个实验，还进一步想到银氨溶液的配制，教师借用这朵思维火花，引燃其他学生的思维.学生确定探究主题：醛基的特征反应是否一定在碱性条件下发生.通过探究活动，学生明白了课本上银氨溶液、新制氢氧化铜悬浊液配制实验操作的必然性，同时发现在沸水浴条件下，不易形成银镜，而乙醛与新制氢氧化铜悬浊液的反应不局限于课本上所描述的加热条件下反应，在沸水浴条件下也可以发生.从实践中理解物质变化是有条件的.高考复习也应重视教材，但回归教材，不仅仅是“重复昨天的故事”，而应该在归纳课本上的思想方法的基础上“拔高”课本，使课本上的思想方法得到“升华”.如：学生初识图2，能从价态角度分析出①=1*GB3④=4*GB3⑤=5*GB3发生氧化还原反应，能从类别角度分析出②=2*GB3为类别转换，而对于③=3*GB3⑥=6*GB3转换有些束手无策.然而翻开化学必修1 58页图3，《化学反应原理》26页图4，细细品读教材，通过分析、对比、迁移等思维活动，拨开云雾推断出③的转化为物质的特性，⑥的转化体现了介质环境对微粒存在形式的影响.体会了物质变化是有条件的化学思想.图2图3图4通过对教材内容进行重现、延伸和重组，学生对高中阶段化学研究物质的角度扩充为价态、类别、特性、环境四个角度.学生在细品教材过程中，经常会有原来如此的感觉，经常出现：“这种说法我怎么不知道”的现象.随着与课本的交流，化学学科思想潜移默化地渗透到学生的思维习惯中，慢慢地，学生回答问题、思考问题就充满了化学的味道.三、从化学实验直观、生动的感受起步，激发问题意识，完成由感性到理性思维的升华化学家戴安邦说过：“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教学要求既传授化学知识和技术，更训练科学方法和思维，在教师指导下进行实验，训练由实验解决化学问题，使各项智力因素皆得以发展，故化学实验是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式.”在上述学生学习氯气的性质的活动过程中，由生活中化学实验现象开始思考、猜想、实验、取证、反思、重新构建自我的认知结构，化学实验的直观性起着其他教学方法不可替代的作用.在实验过程中，出乎意料的实验现象给学生造成强烈的情感效应，学生的好奇心就会激发问题意识，从而转化成稳定的探索意识，学生在探索问题、解决问题过程中就会不断地分析、评价、反思、推理.完成由感性的活动过渡到理性思维升华的过程.再如，高三《电解原理复习》一节，学生提出，课本上为什么说“电解是最强有力的氧化还原反应”？如何解答这一问题呢？教师从问题出发，通过设计系列实验，把握现象给学生造成的强烈情感效应，结合教学具体内容，巧设问题情境，使学生在探索问题、解决问题中豁然开朗，切身体会成功的喜悦.片段一：引发推理、猜想引入：学生分析戴维电解熔融氯化钠制备金属钠的过程、复苏电解池的构成和电解过程.问题引导：电解熔融的氯化钠反应过程如上，能够达到制备金属钠的目的.如果电解氯化钠溶液，会发生怎样的现象？你的理由是什么？学生猜想：阴极有无色气泡，滴加酚酞溶液变红；阳极有黄绿色刺激性气体生成，能使润湿的淀粉—碘化钾试纸变蓝.科学的猜想和假设是科学探究的重要组成部分，它是对研究的对象或问题进行观察、实验、分析、比较、联想、类比、归纳等，依据已有的材料和知识作出符合一定的经验与事实的推测性想象的思维形式.学生运用电解熔融氯化钠的过程获得的：阴离子在阳极放电，阳离子在阴极放电的学习经验类比联想、分析推理、猜想了电解饱和氯化钠溶液过程的实验现象.通过猜想电解氯化钠溶液的现象触动“忽视介质环境、阳极材料的暗礁”，成为探索解决电解问题一般思路的起步阶段，此阶段的猜想激活学生的思维，有利于架起已知与未知的桥梁.片段二：实验取证、交流智慧分组实验：用铜、铁、石墨作电极电解饱和食盐水.实验现象如下.阳极材料阳极实验现象阴极材料阴极实验现象铜铜铁铁碳碳碳生成白色沉淀，无气体，不使润湿的KI-淀粉变蓝溶液变淡绿（白色、灰绿淀），无气体，不使润湿的KI-淀粉变蓝有气泡，能使润湿的KI-淀粉变蓝铜碳铁碳碳铁铜有气泡，能使酚酞试剂变红实验取证是化学科学研究的重要思维方法，学生实验过程观察到的实验现象与预测现象强烈冲突，对实验现象记录分析，归纳发现阴极实验现象与预测一致而阳极的实验现象与阳极材料有关，金属电极和惰性电极现象不同.反思自己在预测实验现象时忽视了阳极电极材料对电解过程的影响.在此基础上重新建构解决电解问题的分析思路：确定电极材料，明确阴阳电极及阳极材料，确认阴阳两极附近离子种类判断放电顺序（主要）：阳极依据微粒还原性，阴极依据微粒氧化性.通过实验事实分析与比较、抽象与概括等活动，形成化学概念、得出化学规律，从而获得对实验事实和现象的本质属性或内在规律间接的、概括的认识的能力.学生学会从多角度通过实验来研究问题的思维方法并培养学生思维的严谨性品质以及掌握分析与综合等思维方法.实现知识启发思维，在思维中获取知识.四、剖析解题思路的指导思想，激发问题意识，寻找学科知识的根本倾听学生解答问题，发现学生只陈述解题步骤，缺少问题分析的过程，或者分析过程很混乱.一旦某个环节卡壳了，就束手无策，找不到突破的思维角度.为了解决问题，笔者不断体会自己在遇到思维障碍时如何思考过关的.慢慢地感受解决障碍的思维轨迹，意识到，当掌握的解题方法、技巧不能解决问题时，思维就会回到原理、概念的定义本身，顺着最原始的概念一步一步推导过来，问题也就解决了.问题的障碍源自相关的学科原始概念的不清晰.意识到这个玄妙之处，教师将原来的探究解题方法的学习活动改为探究解题方法和探究解题方法的指导思想两个阶段.学生过去的解题方法缺少概念、理论的支撑，就好比无本之木、无源之水.例如：学完《有机合成》，学生接触了逆合成方法，选了一组习题，其中之一是“写出以HOCH2CH2CH2 CH2CH2Br为原料制备CH2CH2CH2CH2OCO的各步反应的化学方程式（无机试剂自选）”.学生在巩固逆合成思维模式的过程中，渐渐领悟到指引着自己逆向思维的隐性指导思想居然是有机物之间的转化关系，题目推导不下去的地方，就是转化关系断节的地方.再如：已知：① C（s）+O2（g） 2CO2（g）ΔH=-3935 kJ/mol②CO（g）+1/2O2（g）CO2（g）ΔH=-283 kJ/mol求反应C（s）+1/2O2（g）CO （g）的焓变ΔH.学生可以通过画物质能量—反应过程的图示方法或方程式叠加的方法解答.深入探究方法背后的原理，学生发现依据是盖斯定律.寻找解题方法的指导思想的探究活动，使隐性思维外显，鲜活了学生掌握的方法、技巧.学生这样慢慢地成长起来，学生的创造力更强，为未来成为有创新意识的劳动者奠定基础.化学教学实践中，激发学生的问题意识，把获得知识当作促进学生高水平思维的暗示和推理的资料，这种学习的结果，学生获取的是智慧.在学习过程中学生通过智慧获得新的知识和技能，才是能成为由智慧随意支配的知识和技能.也就是说：只有在思维过程中获得的知识，而不是偶然得到的知识，才是有用的知识，而不会让学生成为所谓“无用知识的大百科全书”.2参考文献[1] 斯腾伯格.思维教学[M]. 北京：中国轻工业出版社，2001：10.[2] 杜威.我们怎样思维[M]. 北京：人民教育出版社， 20135：60.[3] 卢一卉著. 《化学实验教学研究》讲义 [C] 重庆西南大学出版社，2005.[4] 刘雅莉，门毅.浅谈北京高考化学试题的教育功能[J].化学教育，20118.。