创设层级提问，提升科学思维

叶婉环

【摘要】本文以《质量守恒定律》为例，浅谈如何通过层级提问启发学生的科学思维，开展以问题为中心的实验探究教学，促进学生深度学习，推动学生思维的发展以及促进学生学科核心素养的提升。

【关键词】中学化学;人教版;层级提问;科学思维;核心素养

根据化学实验的直接目的可以将化学实验分为两大类：一是验证性实验;二是探究性实验。在现实教学中，有的教师轻视验证性实验，认为做实验只不过是验证一下已知的结论或规律，而学生对此已经掌握了，因此，验证性实验是可有可无的了。笔者认为，验证性实验是培养和发展学生核心素养的重要手段和途径，教师在教学过程中，利用层级提问，让学生亲历实验过程，通过对实验数据的收集、处理、分析“发现规律”，体验成功的喜悦，养成基于证据分析解决问题的必备品格和关键能力。因此，改变传统的验证性实验教学方式，更好地发挥验证实验在培养学生核心素养方面的作用，势在必行。

所谓层级提问，笔者认为是有效提问的其中一种表现形式，在教学中把学生引入学习情境，设置有层级、有梯度的问题，促进学生思维层次的发展，那么，如何在化学教学中通过设计层级问题来培养学生的科学思维呢？这就需要我们精心设计各个教学环节，有目的地优化教学设计来培养学生的科学探究思维能力。下面，笔者以人教版的九年级上册5.1《质量守恒定律》为例，谈谈如何设置层级提问，培养学生科学思维。

一、设计层级提问，启发科学思维

“科学思维”主要是指逻辑思维，包括分析、比较、归纳、演绎、抽象、概括和批判等方法。科学思维是核心素养发展的主要途径。层级提问要根据教学内容来设计，通过层级提问，由浅到深、由易到难，环环相扣，层层推进，启发学生思考，把学生的思维一步一个台阶推向求知的天地。

问题1：你觉得化学反应前物质总质量是否等于反应后物质的总质量呢？

设计意图：创设真实问题情境，引发学生认知冲突。好的课堂引入能够激发学生的学习兴趣和求知欲。课堂开始可先播放两个实验视频：第1个视频“蜡烛燃烧前后质量变化”;第2个视频“向澄清石灰水中通入二氧化碳气体前后的质量变化”。通过两个结果相反的实验，激发了矛盾，并提出了这一课的探究问题：“你觉得化学反应前物质总质量是否等于反应后物质的总质量呢？”学生经过思考、讨论、猜测，有的说是质量总和变大，有的说是质量总和变小，有的说质量总和相等。这时，教师指出实验是科学探究的有效途径，进入本节课的第二环节。

问题2：实验1铁钉与硫酸铜反应前后质量的测定（图1）和实验2盐酸与碳酸钠粉末反应前后的测定（图2），这两个实验均有什么实验现象？在化学反应前和化学反应后天平仍然平衡吗？

设计意图：通过问题2引导学生开展科学探究活動，发现不同的实验反应原理，化学反应前后天平不一定会平衡。再引导学生思考，这与什么有关？以实验操作和现象为证据，推理结论，培养学生的推理思维。

问题3：若天平平衡，请解释是什么原因？若天平不平衡，请解释又是什么原因？谁的实验结果更加科学严密？

设计意图：利用两个不同的学生实验，对比实验现象，分析总结实验探究的结论。通过产生不同的实验结果，引发思维冲突，培养学生反思及不断求证的科学精神。实验现象中出现的气泡、实验装置的开放性，引发学生思考并实施将开放装置改进成密闭装置。

问题4：（追问）那你能在这个实验的基础上，重新设计实验，让其化学反应前后的总质量相等吗？

设计意图：这个环节，实验的改进使学生对封闭体系和开放体系中的化学反应都能遵守质量守恒定律，有了更直观和深刻的理解，教学效果更好。经师生共同探讨的结果得到如下改进的实验图。之后由教师演示此实验，让学生进一步理解化学反应前后质量总和不变的内涵，实现对质量守恒定律的深层理解。

问题5：为什么物质的总质量在化学反应前后相等？请同学们观看视频动画模拟“水分子分解”的微观过程，能否从微观的角度来解释质量守恒定律？

设计意图：通过直观生动的动画，学生们深刻认识到化学反应是将分子分解成原子，再将原子重新组合成新分子的过程。学生不难突破这个难点，得到质量守恒的原因：化学反应中原子种类、数目和质量都保持不变，所以，化学反应都遵守质量守恒定律。问题的递进，让学生从微观的角度深入思考问题，重点从“知识层”深入到“思维层”，让学生大胆发言，解释、描述、交流、归纳，进而促进学生思维方式的发展。

问题6：某实验小组对燃烧反应进行了定量研究，在发现“木炭燃烧后质量减小，镁条燃烧后质量增加”后提出问题：为什么同样是燃烧，质量变化却不同呢？请根据质量守恒定律加以解释。

设计意图：通过反思和练习，拓展学生对质量守恒定律的理解，提升对所学知识的应用，促使学生在实际生活中去学习化学、研究化学，去解决实际问题。在解题过程中，培养学生变化观念、模型认知的核心素养。

二、层级提问活化验证性实验，提升科学思维

验证性实验的主要特点是强调依照具体实验步骤来收集实验数据，验证是否与预设实验结果一样，所以，它忽视了实验方案的设计过程和实验结果的分析。由于学生的思维得不到发展，所以学生的分析、综合和评价等高级的认知能力得不到提高和培养。对验证性实验的研究表明：学生在实验时并没有发生意义学习，主要原因是在实验过程中学生要花费大部分的时间来确定是否获得正确答案，而不是去考虑如何设计和组织实验。而意义学习是通过实验体现的过程中实现对知识的“提炼”和“升华”。在验证性实验过程中，运用“层级性问题”来引领学生实验，不单只要求学生收集数据证明规律的正确性，还要引领学生基于证据进行逻辑推理，培养科学论证和解释交流的能力。当验证的规律与实验结果不吻合时，需要探究其中的原因，提出改进的办法。在解决真实问题的过程中所经历的体验，可以促进学生对化学知识与其应用的理解和感悟，促进化学观念的形成和发展，也能培养学生的科学思维能力、科学探究能力，有助于学生科学态度和责任的养成。

下面列表的内容是从不同的问题类型体现不同的思维层次，更好地对核心素养进行实现。

设计本节课的教学时，教师要以培养化学学科核心素养为目标，让学生从验证性实验活动操作中，获取和处理信息，基于证据推理得出结论。通过设置不同层级的问题为引导，从问题到证据到解释，到交流等环节都对学生思维的发展起到很大的作用。

三、结束语

实施层级提问是有效提问的教学策略，能最大限度地抓住学生的注意力，能够唤醒学生的学习兴趣。有效的层级提问能够了解学生的思维方式和培养学生的科学思维，优化学生的认知结构，降低学生的学习难度和坡度。

《质量守恒定律》一课是基于科学探究的层级提问来启发学生的科学思维，同时，通过科学思维的引导落实活动的开展来培养学生科学的探究能力。在问题分析中，能认识质量守恒定律的实质，能用质量守恒定律来解决实际问题和解释现象，这便是化学观念的形成，从而使学科素养真正落地。

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责任编辑  陈红兵