基于学生认知的高中化学课堂问题设计

杨苇

摘要：《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出：关注学生的认知发展规律，根据学生认知的发展性和阶段性特点，组织和呈现化学知识。以学生已有知识和生活经验为基础呈现化学知识使教学内容体系更符合学生的认知发展规律，促进学生在不同水平上的发展。在實践教学中，教师要基于学生已有经验、创新能力、认知缺陷等，创设真实具体的问题情境，融合多学科知识设置问题，发挥问题的驱动力，实现认知结构的重组，逐步培养学生化学学科核心素养和能力。

关键词：学生认知;高中化学;课堂问题设计

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）指出：我们要“关注学生的认知发展规律，根据学生认知的发展性和阶段性特点，组织和呈现化学知识。以学生已有知识和生活经验为基础呈现化学知识使教学内容体系更符合学生的认知发展规律，促进学生在不同水平上的发展”。高中学生在认知上已有一定的成熟度，善于根据现象总结经验，但往往因观察程序不当或不全面导致认知偏差，在思维能力方面已具有一定的抽象概括、逻辑整理和反省能力，在思维品质上具有较大的独立性、深刻性和批判性，有时会产生片面性和过多的主观性。化学教学中，教师应根据学生的认知水平和特点，结合教学内容进行合适有效的问题设计，搭建知识转化和提升的平台，帮助学生在追求新知的过程中更快更好地越过认知的“能垒”、明确研究方向，激发学生学习内驱力，促进他们获得动力、提升能力，从而逐步发展化学学科核心素养。

一、根据学生已有经验，创设真实具体的问题情境

学生在学习中，如果能时刻感受到学科知识与自己的生活密不可分，必然在情感上会亲近该学科，在心理上愿意主动走进该学科世界探个究竟。化学就是这样一门与生活紧密联系的学科，化学知识源于生活用于生活，真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台。我们在教学中需有意识地关注并搜集有价值的情境素材、创设真实有价值的问题情境，为学生提供真实的感悟机会。

生产生活中产生的二氧化碳排放引起的环境问题，是学生们非常熟悉的内容，近几年“碳中和”“二氧化碳资源化利用”等概念也逐渐为学生熟知，而电解法又是实现二氧化碳资源化利用的有效方法之一，因此在讲到电解原理应用时，我就结合“碳中和”主题播放“二氧化碳排放配额”相关视频，首先让学生了解这是需要全球合作共同解决的大问题，是个系统工程，接着设计以下问题：①二氧化碳的资源化利用方法有哪些？②若要利用电解原理处理二氧化碳，从电解池装置要素看你觉得需要解决哪些问题？在问题的促使下，学生组成学习小组合作讨论：①提出碳资源化利用的多种方法：作保护气、植物光合作用、制CO、甲醇、尿素等等;②电解法处理时，要考虑将CO2转化成什么产物、选择什么材料作电极、选择什么物质作电解质以及交换膜的选择等等。从同学们的讨论结果来看，他们能在问题驱使下自主融合化学、物理、生物等学科知识，对电解法的基本要素有所掌握，随后我向学生介绍真实工业处理时，若选择电解法是如何根据产物要求不同来选择电极材料、电解质及交换膜的，引领学生建立电解法在环境治理中应用的认知模型，从而推动学生将该思维过程及方法应用于其他环境问题的分析。

当然，问题情境的创设可基于生产生活，也可基于实验或借助于自然现象、化学史等，让学生在感受情境的过程中不仅有效解决了化学问题，还最大限度地树立正确的情感态度价值观，提升生态文明意识。

二、捕捉学生疑惑点，找准问题设计的时间点

著名教育家苏霍姆林斯基说过：“教育的技巧并不在于预见课堂的所有细节，而是根据当时的具体情况巧妙地在学生不知不觉中做出相应的变化”。学科的特点、教材内容的教学顺序、学生知识结构、学生分析问题的能力、语言表达能力等都可能是学生在学习过程中出现情况的因素之一，其中学生已有知识结构是决定教学内容深度广度的基础，教师需根据学生已经掌握的学科知识为背景，将新问题置于背景之上，注意观察学生反应，善于捕捉学生的疑惑点，找准问题设计的时间点，帮学生搭好往上一层知识层面爬的梯子，引导学生抽丝剥茧，深入问题核心，挖掘本质内容，最终突破难点。

在2017年江苏高考题中有这样一问：右图是电解Na2CO3溶液的原理示意图。写出阳极的电极反应式。学生在分析时出现两种观点：一种认为阳极电极反应式为4OH-—4e-=== O2↑+2H2O，一种注意到阳极室溶质的变化，但不清楚为什么CO会转化为HCO。若此时教师能捕捉到学生的困惑点，巧妙地设计几个问题进行引导，必定事半功倍。我在教学中首先肯定了学生对电解池的基本原理掌握得不错，同时作以下引导：

以上引导让学生对该阳极的反应原理豁然开朗，不仅理解了此题，更重要的是明白在分析电极反应式时需关注真实体系环境如溶液酸碱性、温度、微粒浓度等因素对微粒放电真实情况的影响，从而让学生真实感受化学的学科特征——真实性。

三、融合学生多学科能力，增强问题设计的巧妙性

纵观历年化学高考考查要求和《课程标准》，我们发现，化学试题不仅仅是考查化学知识点，而是将化学知识置于新的信息情境中，学生需要发挥对新信息的捕集、筛选的能力，找到其中的关联性，然后与题中问题结合分析，让学生在解题时不经意地提升了学科融合的能力。但这种能力的培养不是一蹴而就的，是需要我们在平时教学中潜移默化、细水长流，在一个个问题的引导中逐步培养的。

如在化学反应速率和化学平衡教学中，我们要善于利用图像分析，充分发挥学生在数学方面对坐标、数据的处理能力，教会学生如何有效应用数学知识分析化学图像：明确横纵坐标含义（特别是双坐标时）——找出物理量之间的关联性（变化趋势与拐点等）——具体化学反应中的应用表现——推出结论。

再如以下问题：已知过量含磷物质的排放会致使水体富营养化，因此发展水体除磷技术非常重要。铁炭混合物在水溶液中可形成微电池，铁转化为Fe2+，Fe2+进一步被氧化为Fe3+，Fe3+与

结合成FePO4沉淀。铁炭总质量一定，反应时间相同，测得磷去除率随铁炭质量比的变化如图所示。请分析当m（Fe）：m（C）>1：1.5时，随着m（Fe）增加，磷去除率降低的原因。当学生面对这样的归因分析题时往往会不知所措，此时教师通过问题设置巧妙的引导显得尤其重要：

①请注意关键词“反应时间相同”，故磷去除率降低即说明什么？

②影响化学反应速率的因素有哪些？

③结合题中信息，你认为从哪个因素分析比较合理？

在此引导下，学生自然而然分析得出当m（Fe）：m（C）>1：1.5时，随着m（Fe）的增加，形成的微电池数目减少，溶液中的c（Fe2+）减小，故磷去除率降低。

问题的解决，使学生深切感受到了不同学科的相辅相成关系，因此化学教学并不是纯粹地寻求知识的传授，而是与其他学科进行知识和能力的融合。问题是激发和引领课堂的重要动力来源，教师在教学中要通过巧妙设置问题，创造“问题链”引领学生耐心审题、读题，通过阅读提升获取新信息能力、通过理清逻辑关系突破知识盲点，过程中又时常会产生意想不到的生成性资源，推动着学生不断融合多学科能力，提升问题的高度和广度，发挥各学科知识的相互促进作用，为素养的生成舔砖加瓦。

四、基于学生创新能力，发挥问题的驱动力

创新能力是支撑学生终身发展的关键能力之一。高中生在前期的学习中，已逐步学会发现和认识有意义的新知识、新思想、新事物和新方法，对简单化学问题的解决能提出可能的假设，他们丰富的想象能力有利于在追求新知的过程中获得动力，让知识体系延伸得更全面。教师要抓住这有利契机，通过问题的设立，充分发挥问题的驱动力，激发学生展望未来的学习动力，促进其深度学习，见微知著，举一反三，从而形成终身学习的意识。

高中化学有很多内容可以通过问题的驱动来激发学生创新能力的提高，如在学习电化学时，我开设了“化学电源”的专题教学，通过分析比亚迪、特斯拉等著名品牌现有电池的优缺点及在电池技术方面的开发应用等，让学生知道新能源汽车的发展关键在于电池技术的突破，这极大地点燃了学生心中对未来技术研究的火种，他们个个情绪高涨，表示要努力学习，共同寻找突破的关键点。

在讨论电解法处理二氧化碳过程中还有待进一步研究的问题时，同学们纷纷提出自己的见解：如何充分利用自然界中产生的二氧化碳、如何寻找高效催化剂以提高转化产率、电解材料的成本问题、反应条件的控制和设备的选择问题等。学生在课后带着这些问题查阅资料，搜集前沿信息，展开激烈的小组讨论，设计实验并探究，收集实验证据，交流探究结果，这些活动在达成学生主观需求的同时促进了学生自主构建知识、完善知识体系甚至带来认知结构的重组。

总之，在实践教学中，教师设置问题时不仅要遵循符合教材内容原则，更重要的是要符合学生学情。基于学生认知的化学课堂问题的设计极其重要，学生在接受新知识前的已有经验和知识结构、对知识的疑惑点、多学科的掌握能力等都是我们问题设计的出发点。教师要把握最佳教学时机原则，充分利用学生的认知冲突适时设计能唤醒学生认知需求的问题，从而带来认知结构的重组，必要时可组织学生开展体验式学习，力求发挥问题的内在驱动力，驅动学生以各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容、开展学习活动，实现把短时兴趣转化为持续稳定的学习动力，逐步培养学生具备能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）.北京.人民教育出版社，2020.