基于思维外显的化学问题解决教学的案例研究
摘要：文章在概述了问题解决和问题解决教学研究的现状后，针对存在的问题，提出了基于思维外显的问题解决教学模型。并通过具体案例阐述了基于思维外显的问题解决教学的操作过程，分析了它与传统问题解决教学的不同之处。
关键词：思维外显 问题解决教学 案例研究
问题解决与问题解决教学
问题解决自上世纪70年代诞生以来，一直是心理学和教育学两个领域中的研究热点。研究的范围越来越广泛，也取得成果也越来越丰硕。在心理学方面，涉及到问题本体的研究[1]，问题表征的研究[2]，问题解决心理机制的构建[3]和元认知监控的研究[4]。在教育学领域，研究主要集中在问题解决教学作为一种模式，其构成和实施[5]。
关于问题解决和问题解决教学的概念，不同的研究者从不同的角度给出了的解释也不尽相同。Brnasofdr(布朗斯福特)和Stein(斯特恩) 依据个体解决问题时的心理认知程序，提出了五步问题解决模式：问题识别、问题表征、策略选择、策略应用、结果评价。而问题解决教学模式就是上述问题解决模式在教学中的应用，如Dewye提出的问题解决教学模式：疑难的情境、确定问题、提出假设、推理、验证。
华中师范大学教育硕士孟祥通认为学生的学习过程是一个不断地发现问题、提出问题、表征问题、解决问题的过程，课堂教学应围绕问题而展开，教学过程也应当是以提出问题，分析并解决问题的方式来获取新知的过程。在其硕士论文中提出了问题解决教学的模型，结构图如下[6]。
孟祥通的问题解决教学的模型
问题解决教学按照内容来分，有偏重知识巩固应用的习题课教学，有以知识建构为主的新课教学。前者多是一些答案唯一、结构良好的封闭问题；后者则常常是结构不良的、开放性的问题。两种类型的问题解决教学虽然存在着差异，但其基本课堂结构相似。
二、问题的提出
问题解决教学的目的不仅仅是使学生获取知识，更重要的是培养他们解决问题的方法和策略，提高解决问题的能力。而在当前的中学教学中，普遍存在着同一类型的问题，屡做屡错，教学效率低下，学生问题解决能力没有得到真正提高的现象。究其原因，主要是因为在问题解决教学中，教师作为活动的主导者，始终处于问题解决过程的领导地位，学生作为问题解决的主体却被边缘化，被置于服从者、聆听者和执行者的地位。突出地表现为在问题解决教学中，教师替代学生分析问题、选择方法、设计方案，甚至替代学生进行总结反思。学生只是教师思路和方法的接受者和执行者。教师简单地把所谓正确的思路塞给学生，而不了解学生的思维状况，不修正学生的思路。他们对问题是如何分析的，思考的过程中有哪些错误？错误产生的原因是什么？因此，学生不可能将老师的解决问题的思路真正内化为自己的问题解决能力。其结果只能是教师分析问题、解决问题的能力提高了，学生问题解决能力并没有显著的提高，更多的是机械套用，一旦遇到陌生的问题，就会在问题中迷失方向、手足无措。
三、基于思维外显的问题解决教学模型
笔者认为，要真正提高学生的问题的解决能力。就必须关注学生在问题解决过程中的所思所想，加强对他们思维的诊断和修正，注重良好问题解决习惯的养成。由于学生的思维是隐蔽的，具有一定的黑箱性质。在教学过程中，就需要运用一定可视化的方法如出声思维、思维导图等，将其外显出来。基于以上考虑，笔者在借鉴已有的问题解决教学模型的基础上，构建了如下基于思维外显的问题解决教学模型。
该问题解决教学模型共由5个环节组成，从教师、学生、师生和生生三个方面设计活动，以问题为驱动，充分发挥教师的指导作用和学生的主体作用。
第一环节：提出问题。在这一阶段，教师通过认真分析教学内容和教学任务，创设问题情景，呈现给学生。学生则在教师的指导下从问题情景中提炼出问题，明确已知条件、求解目标，判断问题的类型。如果是习题课，则给定的是试题化了的问题。
待学生对问题进行认真解读后，教师引导学生将自己对题目的分析情况外显出来，如问题的已知条件、要求解的问题，还有哪些隐含的条件。确定问题的起始状态和目标状态，界定是结构良好的问题，还是结构不良的问题。然后进行师生或生生对话，通过交流讨论，达到明确问题的目的。
第二环节：分析问题。这一阶段的主要活动为学生表征所给问题、思考解决问题的策略。学生首先在已有的经验里搜索有无与问题相似的原型，如果没有需要对已有原型或原型碎片进行修改或加工。由于问题解决教学与一般的问题解决不同，它还涉及到课堂教学将要学习的新知识或新技能，是新知识或技能学习的方式，因此表征和策略的选择难度较大，需要教师加以指导。策略往往以探究居多。
学生完成表征和方案设计后，教师同样引导学生将其思维过程外显，外显可用语言描述或思维导图形式，然后师生、生生之间进行交流讨论，根据交流讨论情况，修改并完成方案设计。
第三环节：解决问题阶段。学生根据上一环节设计的解决方案，对所给问题进行探究，或进行理论分析验证，或进行实验探究，尝试解决问题。同时，这一环节可能需要用到新知识或技能，可以是学生自学，也可是教师讲授。教师在这一环节主要是指导学生进行探究，及时发现问题，指导学生自学。
学生完成探究活动后，教师应引导学生将自己的思维过程和在问题解决过程中发现的问题外显出来，然后进行交流讨论，解决尚存的疑惑和问题。
第四环节：评价与反思。这一阶段，教师主要引导学生对问题解决的整个过程进行评价和反思。通过评价和反思应该达到如下几个目的。一是完成对新知识结构的构建，新本节课所学的新知识纳入已有知识结构中，并对原来的知识结构进行修正。二是强化或丰富问题原型，在问题解决过程中，如果用到已有的问题原型，教师要引导学生加以强化，使其更加清晰；如果是经过修正或重组的新的原型，则引导学生进行剖析，进入记忆中。三是过程和方法性知识，引导学生归纳在问题解决过程中用到了哪些方法，这些方法的使用条件。
对于新内容的问题解决教学，评价和反思这一环节非常重要，通过思维外显，能够提高这一环节的效果。一般情况下，学生很容易只注意学科知识的学习，注意结论的对错。
第四环节：巩固应用。在这一环节中，教师呈现精心设计的问题，学生在教师的指导下，尝试用所学的知识和技能来解决给定问题。其目的是巩固所学的知识和技能，培养学生的迁移应用能力。教师则通过这一环节，检查学生的学习情况，通过学生对所给问题的解决情况和思维外显，诊断还存在的问题，进行及时修正。
四、基于思维外显的问题解决教学案例
现以新课程高中化学苏教版必修化学2专题二的化学反应限度一节为例，说明基于思维外显的问题解决教学的实施过程。本节课的目标是帮助学生建立化学反应在一定条件下能够达到最大限度的概念。教材在编写时以“活动与探究”的形式，让学生根据所给的实验方案进行实验，然后得出三氯化铁与碘化钾的的反应有一定限度。笔者以为这样的处理将真实的问题虚假化、将复杂的探究过程简单化了，不利于学生对化学反应限度概念的理解，不利于学生解决问题能力的提高。在教学设计时，笔者将其设计成“如何证明三氯化铁与碘化钾的的反应有一定限度”这样一个开放性的定性问题。学生首先要对问题进行转化，转化成一个具体的“当反应充分反应后，证明反应物和生成同时存在”。可以证明这一命题的方案很多，这就需要被试能够对各种方案进行评价，选择出最佳方案。同时，实验还涉及到变量的控制，需要学生有较好的思维严密性。
以下是基于思维外显的问题解决教学实录。
教学流程 教师活动 学生活动及思维外显过程 评价与说明
提出问题 请设计实验证明反应FeCl3与 KI的反应有一定限度。 1．已知FeCl3与 KI反应，目标是证明不能进行到底，要求是用实验方法。证明反应不能进行到底是不是就是检验反应后的溶液中还有反应物存在？
2．是吧，也就是证明FeCl3或 KI存在就行了，是两个都证明呢，还是只证明其中一个存在？
3．应该两个都证明吧，一个反应物存在不能说明问题，可能另一个量不足呢？
4．我认为可以通过测定FeCl3的浓度就行，如果FeCl3的浓度先减小，后来波动，一会小一会大，则证明是可逆反应，有限度。因为开始时FeCl3反应，后来生成物又反应回来，然后FeCl3再反应……（同学大笑，但做不出解释） 从外显出来的表征来看，被试对问题的理解不正确。
对可逆反应概念的理解也有错误。
可逆反应的定义是什么？是一会正反应进行，一会逆反应进行吗？ 1．不可能的，可逆反应是指同一条件同时进行的反应，不是前后反应的。
2．浓度后来也不会一时增大、一时减小的波动变化，应该持续减小，最后不变。 正确建构了对可逆反应的认识。
只证明反应物存在就行了吗？ 1．不行吧，如果根本没反应呢？要证明反应物、生成物同时存在。
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