中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的開(kāi)放性問(wèn)題：特征、類型及教學(xué)策略

侯帥+王后雄

摘要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題自然存在，具有問(wèn)題呈現(xiàn)情境化、問(wèn)題結(jié)論多樣化、問(wèn)題解決探究性、解決思維發(fā)散性等特征。根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性問(wèn)題的解決過(guò)程可以將化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的開(kāi)放性問(wèn)題劃分為：實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)放型、實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放型、開(kāi)放探究型等。以下策略能幫助化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性問(wèn)題在化學(xué)教學(xué)中有效實(shí)施：鼓勵(lì)可能方案的設(shè)想、促進(jìn)小組深入探討、實(shí)施客觀有效的評(píng)價(jià)、注重基于評(píng)價(jià)的優(yōu)化等。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；開(kāi)放性問(wèn)題；特征；類型；教學(xué)策略

文章編號(hào)：1005–6629（2015）9–0007–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的開(kāi)放性問(wèn)題為科學(xué)探究提供了豐富的素材。開(kāi)放性問(wèn)題的解決過(guò)程通常含有很大的探究成分，對(duì)學(xué)生假設(shè)能力和發(fā)散思維的培養(yǎng)具有獨(dú)特的作用。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重利用開(kāi)放性問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)有著重要的意義?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》指出，要注意增加開(kāi)放題的比例，鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，從不同角度、不同層次進(jìn)行思考，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題[1]。為此，本文擬對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題的特征、類型及教學(xué)策略進(jìn)行研究。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題的特征

目前對(duì)于開(kāi)放性問(wèn)題的界定尚未達(dá)成一致，梳理已有的研究成果，可將化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題描述為化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的那些結(jié)構(gòu)不良、允許學(xué)生個(gè)性解答的問(wèn)題。化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題有以下特征：

1.1 問(wèn)題呈現(xiàn)情境化

杜威的實(shí)用主義知識(shí)觀特別強(qiáng)調(diào)問(wèn)題情境的作用，認(rèn)為真誠(chéng)的困惑與真實(shí)的問(wèn)題情境是教學(xué)的根本?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的開(kāi)放性問(wèn)題往往源自學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)、社會(huì)生活實(shí)際情境，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以幫助學(xué)生更好地體會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和價(jià)值，讓學(xué)生在知道和理解化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠清楚所學(xué)的知識(shí)能用來(lái)做什么和怎么做。

1.2 問(wèn)題結(jié)論多樣化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的傳統(tǒng)問(wèn)題多是化學(xué)性質(zhì)的判斷、化學(xué)事實(shí)的驗(yàn)證、化學(xué)結(jié)論的應(yīng)用等形式，往往結(jié)構(gòu)單一，思路單一，結(jié)論單一。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題結(jié)構(gòu)則呈現(xiàn)多樣形式，問(wèn)題的初始條件、解決途徑、問(wèn)題結(jié)論等都具有不確定性，有的是追溯多種條件，有的需找尋多種操作，有的要探究多種結(jié)論等等，需要學(xué)生充分發(fā)揮其能動(dòng)性和創(chuàng)造性，尋求問(wèn)題的多種解答。

1.3 問(wèn)題解決探究性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題的解決過(guò)程通常呈現(xiàn)非線性狀態(tài)，在問(wèn)題解決過(guò)程中會(huì)遇到挫折、失敗或停頓等，需要不斷提出猜想，不斷驗(yàn)證，多層次多角度地尋找解決問(wèn)題的方法。其中元認(rèn)知成分和非認(rèn)知成分在開(kāi)放性問(wèn)題解決中發(fā)揮重要作用。格拉斯（Class，1984）的問(wèn)題解決過(guò)程模型很好地詮釋了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題解決的探究性[2]。

1.4 解決思維發(fā)散性

發(fā)散性思維是創(chuàng)造性思維的核心組成，也是開(kāi)放性問(wèn)題解決的必要條件和最終目的。發(fā)散思維要求學(xué)生能從已知條件中篩選有用信息，以個(gè)人相關(guān)經(jīng)驗(yàn)為基點(diǎn)，從不同角度出發(fā)，采用多種方法解決問(wèn)題?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中的開(kāi)放性問(wèn)題解決需要學(xué)生多角度探索問(wèn)題解決的方向，多層次推進(jìn)問(wèn)題深入，探究多種結(jié)果并選擇最佳途徑。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題的類型

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放性問(wèn)題的解決過(guò)程通常是圍繞研究問(wèn)題設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)體系，并在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中選擇正確的操作方法，不斷探究問(wèn)題的結(jié)果。根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解決過(guò)程中各要素開(kāi)放程度不同，可以將化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題劃分為開(kāi)放層次不同的問(wèn)題類型：驗(yàn)證型、實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)放型、實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)放型、實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)放型、實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)放型、開(kāi)放探究型，其中實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)放型、實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)放型和實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放型為同一層次，屬于實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放型問(wèn)題，具體情況見(jiàn)表1。

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)放型

實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)放型問(wèn)題屬于開(kāi)放型問(wèn)題的第一個(gè)層次，開(kāi)放性程度很低，具有給定的研究問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)體系，探究實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)論。

例1 有一包固體粉末可能由KCl、K2CO3、Na2SO4、FeCl3、Ba（NO3）2的一種或幾種組成，某同學(xué)做了有關(guān)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其成分。下表是他的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分，請(qǐng)你根據(jù)自己的分析和判斷將實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫(xiě)完整（假設(shè)各步恰好完全反應(yīng)），并寫(xiě)出固體粉末的可能組成。

該問(wèn)題是典型的實(shí)驗(yàn)結(jié)論開(kāi)放型問(wèn)題，在該情境中學(xué)生要思考解決問(wèn)題的步驟，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出不同的結(jié)論，問(wèn)題的最終答案也各不相同。固體粉末可能組成為：Ba（NO3）2、K2CO3；Ba（NO3）2、K2CO3、KCl；Ba（NO3）2、Na2SO4；Ba（NO3）2、Na2SO4、KCl；K2CO3、Na2SO4、Ba（NO3）2；KCl、K2CO3、Na2SO4、Ba（NO3）2。

2.2 實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放型

宋心琦教授曾對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系做了要素分析并指出：一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不論是演示實(shí)驗(yàn)還是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，都可以歸納為：作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的物質(zhì)體系（若目的在于探究化學(xué)變化過(guò)程，也可以稱作化學(xué)體系）；適當(dāng)?shù)膬x器裝置和必要的安全措施；合理的實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范的技術(shù)操作等三個(gè)方面[3]。實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放表現(xiàn)為根據(jù)一定實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)體系、合理的實(shí)驗(yàn)裝置等，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案；根據(jù)實(shí)驗(yàn)體系中各要素開(kāi)放性不同，又可對(duì)實(shí)驗(yàn)體系開(kāi)放進(jìn)一步分類：實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)放、實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)放和實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)放等類型。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)放型

實(shí)驗(yàn)操作是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行的程序性設(shè)計(jì)，合理的實(shí)驗(yàn)操作是實(shí)驗(yàn)順利實(shí)施并得到正確結(jié)論的保證。實(shí)驗(yàn)操作的開(kāi)放表現(xiàn)為對(duì)一個(gè)研究問(wèn)題，可以設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)完成實(shí)驗(yàn)要求。

例2 （2003年江蘇）（1）無(wú)水乙酸又稱冰醋酸（其熔點(diǎn)為16.6℃）。在室溫較低時(shí)，無(wú)水乙酸就會(huì)凝結(jié)成像冰一樣的晶體。

請(qǐng)簡(jiǎn)單說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)中若遇到這種情況時(shí)，你將如何從試劑瓶中取出無(wú)水乙酸。

欲使冰醋酸晶體熔化，其方法可以多種多樣，如：在實(shí)驗(yàn)室中用水浴加熱，水浴溫度容易控制，且可使試劑瓶受熱均勻；也可以先打開(kāi)試劑瓶蓋，在瓶下墊熱毛巾，待晶體熔化后，再傾倒出其中的乙酸。應(yīng)注意的是，不論使用什么方法，都要注意安全原則，如不能直接將試劑瓶放在酒精燈上加熱，也不可以用玻璃棒或其他硬物去硬戮等。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)放型

實(shí)驗(yàn)裝置是化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)生的場(chǎng)所，是不同實(shí)驗(yàn)儀器的合理連接，實(shí)驗(yàn)裝置的開(kāi)放性往往體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)裝置的選取和改進(jìn)。對(duì)于特定目的的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，往往有多種實(shí)驗(yàn)裝置可以選擇，如何選擇最佳的實(shí)驗(yàn)裝置需要考慮實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)體系、反應(yīng)條件等對(duì)裝置的要求。

例3 Fe（OH）2是一種白色沉淀，在空氣中或在含有氧氣的水溶液中很容易被氧化而變色，難以觀察到它本來(lái)的顏色。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置才能制備純凈的Fe（OH）2？

在制備Fe（OH）2時(shí)需要保證反應(yīng)在無(wú)氧條件下進(jìn)行，對(duì)于同一物質(zhì)體系，可以設(shè)計(jì)多種裝置，下圖展示三種不同設(shè)計(jì)：

裝置（Ⅰ）：不能避免試管溶液中O2對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。

裝置（Ⅱ）：苯（或汽油）的作用是防止空氣中的O2進(jìn)入亞鐵鹽溶液中。

裝置（Ⅲ）：打開(kāi)止水夾使產(chǎn)生的H2充滿C管（趕去試管溶液中O2）中，再關(guān)閉止水夾，使FeSO4溶液壓入NaOH溶液中，再打開(kāi)止水夾。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)放型

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)是根據(jù)一定的研究問(wèn)題，選擇合適的物質(zhì)體系，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置和可行的實(shí)驗(yàn)步驟的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)放型是一種開(kāi)放程度較高的形式，包含多種實(shí)驗(yàn)要素的開(kāi)放。

例4 （2003年上海）實(shí)驗(yàn)室有CuO和Cu粉的混合物，請(qǐng)你利用給出的實(shí)驗(yàn)儀器及試劑來(lái)設(shè)計(jì)兩種測(cè)定該樣品（已稱得其質(zhì)量為m g）中CuO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法，并填寫(xiě)表格中的有關(guān)內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)中可能用到的主要儀器：①托盤(pán)天平②啟普發(fā)生器③硬質(zhì)玻璃管④泥三角⑤燒杯⑥坩堝⑦酒精燈⑧玻棒漏斗⑨干燥管

實(shí)驗(yàn)中可能用到的試劑：a.鋅粒b.稀硫酸c.氯化鈉溶液d.濃硫酸

該題要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)測(cè)定樣品中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要學(xué)生根據(jù)不同的化學(xué)體系，選擇儀器組成實(shí)驗(yàn)裝置并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)操作，開(kāi)放性很強(qiáng)。供選擇的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)如表2所示。

2.3 開(kāi)放探究型

開(kāi)放探究型問(wèn)題是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)放程度最高的問(wèn)題，從研究問(wèn)題到實(shí)驗(yàn)體系再到實(shí)驗(yàn)結(jié)論都是未知的。學(xué)生通過(guò)對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的觀察從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)提出假設(shè)和預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用各種手段來(lái)分析和解釋數(shù)據(jù)，最終提出答案和解釋，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要不斷修正實(shí)驗(yàn)方案，需要把研究結(jié)果與其他人交流。開(kāi)放探究型問(wèn)題最接近學(xué)生生活、學(xué)習(xí)實(shí)際，是一種多方面、多層次的活動(dòng)，不僅在內(nèi)容上開(kāi)放，更需要開(kāi)放的思維，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面有重要作用。

例5 學(xué)生在做乙醛的性質(zhì)分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，常會(huì)因?yàn)榧尤氲囊胰┑挠昧坎煌玫匠恋淼念伾謩e為黑、褐、紅三種。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

利用控制變量法，可設(shè)計(jì)兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究異常現(xiàn)象的原因，如表3、表4所示。

（注：等量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的新制氫氧化銅溶液6滴）

這是一個(gè)典型的開(kāi)放探究型問(wèn)題，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)研究問(wèn)題，提出假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而找到問(wèn)題的答案。

3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性問(wèn)題的教學(xué)策略

開(kāi)放性問(wèn)題的解決是非線性的，不僅需要學(xué)生綜合其先前經(jīng)驗(yàn)和外部環(huán)境來(lái)共同建構(gòu)開(kāi)放性問(wèn)題解決的圖式，還需要個(gè)體情感、意志的參與，這就決定了開(kāi)放性問(wèn)題教學(xué)的復(fù)雜性。以下策略可以有效幫助開(kāi)放性問(wèn)題在課堂中的實(shí)施：

3.1 鼓勵(lì)可能方案的設(shè)想

羅杰斯說(shuō)過(guò)：“創(chuàng)造活動(dòng)的一般條件是心理安全和心理自由，只有心理安全才能導(dǎo)致心理自由，也才能導(dǎo)致學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性?！遍_(kāi)放性問(wèn)題的教學(xué)需要師生之間不同聲音的碰撞，在課堂上去質(zhì)疑，去辯論，去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)生不同的思維有效催生創(chuàng)造性的想法；教師尊重和鼓勵(lì)學(xué)生的好奇心和想象，鼓勵(lì)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，創(chuàng)造性地提出多種問(wèn)題解決方案。

3.2 促進(jìn)小組深入的探討

開(kāi)放性問(wèn)題解決是一個(gè)不斷深入的過(guò)程，需要學(xué)生在問(wèn)題解決過(guò)程中進(jìn)行深層次的思考和互相交流。通過(guò)小組合作，學(xué)生之間相互啟發(fā)，整合問(wèn)題信息，進(jìn)行思維的碰撞，多層次多角度探究問(wèn)題解決路徑，不斷深化問(wèn)題解決；在小組合作中，教師要適當(dāng)進(jìn)行學(xué)習(xí)策略的指導(dǎo)，例如，問(wèn)題表征策略、小組合作策略、化學(xué)建模策略、認(rèn)知監(jiān)控策略等等。

3.3 實(shí)施客觀有效的評(píng)價(jià)

教師在開(kāi)放性問(wèn)題教學(xué)中不能簡(jiǎn)單對(duì)最終結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)要注重問(wèn)題解決過(guò)程的評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生具有創(chuàng)造性的嘗試應(yīng)給予鼓勵(lì)；另外，通過(guò)學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)等方式協(xié)同進(jìn)行評(píng)價(jià)，全面客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生在開(kāi)放性問(wèn)題解決中的表現(xiàn)。

3.4 注重基于評(píng)價(jià)的優(yōu)化

開(kāi)放性問(wèn)題的解決是一個(gè)不斷完善的過(guò)程，學(xué)生不能僅僅停留在得出答案，要通過(guò)評(píng)價(jià)反饋，對(duì)自己的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，反思自己的思維歷程，并逐步掌握監(jiān)控和調(diào)整問(wèn)題解決過(guò)程的元認(rèn)知方法，強(qiáng)化認(rèn)知監(jiān)控，促進(jìn)學(xué)生高品質(zhì)思維的發(fā)展。

開(kāi)放性問(wèn)題在整個(gè)化學(xué)教學(xué)中都有著重要意義，教師要加強(qiáng)對(duì)開(kāi)放性問(wèn)題的理論探索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在化學(xué)教學(xué)中合理設(shè)置開(kāi)放性問(wèn)題，使課堂成為思維碰撞的場(chǎng)所。

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