趙立勝

【摘 要】面對(duì)化學(xué)問(wèn)題能夠靈活選擇并運(yùn)用相宜的策略，不僅能順利地實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決，而且可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)概念和認(rèn)知策略的內(nèi)化。所以，化學(xué)教學(xué)要重視問(wèn)題解決策略的教學(xué)，讓學(xué)生領(lǐng)悟類比遷移、整體思維、歸納演繹、數(shù)形結(jié)合等問(wèn)題解決策略的要義，促使他們?cè)讷@得化學(xué)問(wèn)題解決經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)和探索新知識(shí)的能力。

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué) 問(wèn)題解決 認(rèn)知策略

問(wèn)題解決是“個(gè)體從給定狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)之間所采取的一系列行動(dòng)的過(guò)程，是一種認(rèn)知途徑和思維探索步驟”[1]?，F(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)研究表明，問(wèn)題解決一般包括4個(gè)環(huán)節(jié)：（1）問(wèn)題表征。就是將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的心理表征，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)問(wèn)題的主動(dòng)建構(gòu)與理解。（2）策略選擇。就是選擇特定的問(wèn)題解決方法或程序。（3）策略運(yùn)用。就是執(zhí)行一個(gè)問(wèn)題解決方案，包括在策略選擇中所決定的各種操作和策略。（4）結(jié)果評(píng)價(jià)。就是運(yùn)用元認(rèn)知對(duì)解題過(guò)程、結(jié)果是否得當(dāng)做出評(píng)估[2]。“對(duì)于同一個(gè)化學(xué)問(wèn)題，有的學(xué)生采取簡(jiǎn)便的方法，能在較短時(shí)間內(nèi)正確解決，而有的學(xué)生卻按部就班去解決，過(guò)程復(fù)雜還可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，產(chǎn)生這樣的差別盡管其原因不一，但與思維策略的不當(dāng)有重要的關(guān)系”[3]。換言之，在問(wèn)題解決的過(guò)程中，策略的選擇是最重要的環(huán)節(jié)。所以，有關(guān)問(wèn)題解決的教學(xué)要特別重視問(wèn)題解決策略的教學(xué)。實(shí)踐表明，化學(xué)問(wèn)題解決主要有類比遷移、整體思維、歸納演繹、數(shù)形結(jié)合等策略。

一、類比遷移

問(wèn)題解決是以已有知識(shí)為基礎(chǔ)的，離開(kāi)了相關(guān)的已有知識(shí)，問(wèn)題解決則無(wú)法進(jìn)行。所謂類比是一種推理方法，它是指設(shè)法將新問(wèn)題轉(zhuǎn)化為與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中相似的某些特征，做出它們?cè)谄渌卣魃弦部赡芟嗨频慕Y(jié)論，從而將已有問(wèn)題的解決方法遷移到對(duì)新問(wèn)題解決的一種策略。新問(wèn)題與已有問(wèn)題之間的相似性，有問(wèn)題情境之間的相似性、表面關(guān)系之間的相似性和深層關(guān)系之間的相似性等幾種。其中問(wèn)題情境之間的相似性和表面關(guān)系之間的相似性直接影響著問(wèn)題解決者能否喚醒與新問(wèn)題相似的已有問(wèn)題，也就是它決定著能否在新舊問(wèn)題之間產(chǎn)生類比，最終從隱含著的深層結(jié)構(gòu)上的相似性出發(fā)來(lái)考慮問(wèn)題的解決。值得注意的是，有時(shí)被遷移的已有“知識(shí)”或“解決問(wèn)題的方法”是新的信息，需要在問(wèn)題解決的同時(shí)進(jìn)行感知和領(lǐng)悟。

例1 下列有關(guān)說(shuō)法正確的是：

A. 反應(yīng)NH3（g）+HCl（g）=NH4Cl（s）在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH<0。

B. 電解法精煉銅時(shí)，以粗銅作陰極，純銅作陽(yáng)極。

C. CH3COOH溶液加水稀釋后，溶液中■的值減小。

D. Na2CO3溶液中加入少量Ca（OH）2固體，CO32-水解程度減小，溶液的pH減小。

例1的答案是AC。對(duì)于C選項(xiàng)來(lái)說(shuō)，原本CH3COOH溶液中存在著電離平衡CH3COOH？葑CH3COO-+H+。在加水稀釋時(shí)，CH3COOH的濃度減小，CH3COO-和H+的濃度也減小。從CH3COOH濃度減小的角度看，平衡逆向移動(dòng)；從CH3COO-和H+濃度減小的角度看，平衡正向移動(dòng)。這樣就難以判斷C選項(xiàng)的正誤。其實(shí)，這時(shí)可以將溶液中的平衡體系類比成氣態(tài)的平衡體系，加水稀釋導(dǎo)致溶液中各組分濃度同比下降，相當(dāng)于氣態(tài)平衡體系中的壓強(qiáng)減小，平衡向粒子數(shù)增大的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)。所以，體系中各組分在濃度同比下降的基礎(chǔ)上，c（CH3COOH）減小，c（CH3COO-）增大，即■的值減小。

二、整體思維

整體思維策略是指拋開(kāi)問(wèn)題的某些方面、部分或具體細(xì)節(jié)，抽象出問(wèn)題的本質(zhì)特征或變化實(shí)質(zhì)，從整體上理解問(wèn)題并尋求解決問(wèn)題的獨(dú)特方法。整體思維策略多用于對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜又存在著一定內(nèi)在關(guān)系的問(wèn)題的分析和解決過(guò)程中，如連續(xù)反應(yīng)、循環(huán)反應(yīng)以及晶胞組成等的計(jì)算。整體思維策略往往需要排除問(wèn)題表層現(xiàn)象的干擾，從整體的角度審視問(wèn)題，常常會(huì)涉及質(zhì)量守恒、物料守恒、電子守恒和電荷守恒等。另外，有機(jī)合成中逆合成分析法也是建立在整體思維基礎(chǔ)上的。

例2 鎂鋁合金（Mg17Al12）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護(hù)下，將一定化學(xué)計(jì)量比的Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得。該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為Mg17Al12+17H2=17MgH2+12Al。得到的混合物X（17MgH2+12Al）在6.0 mol/L HCl溶液中能完全釋放出H2。則1 mol Mg17Al12完全吸氫后得到的混合物X與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H2的物質(zhì)的量為 。

由題中所給的反應(yīng)方程式可知，1 mol Mg17Al12完全吸氫得到混合物X是17 mol MgH2和12 mol Al。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的守恒關(guān)系，混合物X的原料是1mol Mg17Al12和17mol H2，同時(shí)又相當(dāng)于17mol Mg、12mol Al和17mol H2，它們分別與鹽酸作用所能得到H2的總物質(zhì)的量為17+12×1.5+17=52mol，這也是對(duì)應(yīng)混合物X與鹽酸完全反應(yīng)所能釋放出H2的物質(zhì)的量。

例3 某市對(duì)大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該市首要污染物為可吸入顆粒物PM2.5（直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物），其主要來(lái)源為燃煤、機(jī)動(dòng)車尾氣等。因此，對(duì)PM2.5、SO2、NOx等進(jìn)行研究具有重要意義?，F(xiàn)將某PM2.5樣本用蒸餾水處理成待測(cè)試樣，若測(cè)得該試樣所含水溶性無(wú)機(jī)離子的化學(xué)組分及其平均濃度如下表：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷PM2.5的酸堿性為 ，試樣的pH= 。

對(duì)于溶液這個(gè)整體，一定存在離子電荷守恒的關(guān)系。因此試樣溶液中應(yīng)該有c（K+）+c（Na+）+c（NH4+）+c（H+）=2c（SO42-）+c（NO3-）+c（Cl-）+c（OH-），將表中相關(guān)離子濃度代入可得c（H+）=c（OH-）+10-4。又因?yàn)槌貢r(shí)有c（H+）c（OH-）=10-14，所以c（H+）=10-4，c（OH-）=10-10。即PM2.5呈酸性，試樣的pH=10-4。

三、歸納演繹

從個(gè)別事物中概括出一般規(guī)律的思維方法叫歸納；從一般規(guī)律出發(fā)得出個(gè)別結(jié)論的思維方法叫演繹?！皻w納與演繹是必然相互聯(lián)系的，其中演繹以歸納為基礎(chǔ)，而歸納又需要通過(guò)演繹才能進(jìn)行驗(yàn)證”[4]。用演繹的方法解決問(wèn)題，特別在解論述性和證明性問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵應(yīng)抓住某個(gè)一般性的原理作前提，推出個(gè)別對(duì)象的結(jié)論。

例4 “碘鐘”實(shí)驗(yàn)中，3I-+S2O82-=I3-+2SO42-的反應(yīng)速率可以用I3-與加入的淀粉溶液顯藍(lán)色的時(shí)間t來(lái)度量，t越小，反應(yīng)速率越大。某探究性學(xué)習(xí)小組在20℃時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)如下表：

分析比較上表數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是_______；其中t2=_______s。

在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，題中實(shí)驗(yàn)是通過(guò)調(diào)節(jié)c（I-）或c（S2O82-）來(lái)“研究反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響”。從c（I-）和c（S2O82-）與對(duì)應(yīng)顯色時(shí)間看，可以歸納出顯色時(shí)間與c（I-）和c（S2O82-）的關(guān)系，即t=■，這樣可以得到“反應(yīng)速率與反應(yīng)物起始濃度乘積成正比（或顯色時(shí)間與反應(yīng)物起始濃度乘積成反比）”的結(jié)論。將①到④中任意一組數(shù)據(jù)代入關(guān)系式中，都可以求得k=0.1408。再將第⑤組數(shù)據(jù)代入關(guān)系式時(shí)，可以求得t2=■=29.3s。

四、數(shù)形結(jié)合

“數(shù)形原本是數(shù)學(xué)研究的基本對(duì)象，隨著化學(xué)科學(xué)數(shù)學(xué)化的不斷深入，物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化等信息都可以借助于相應(yīng)的數(shù)形進(jìn)行呈現(xiàn)”[5]。因此，數(shù)形結(jié)合受到了中學(xué)化學(xué)教學(xué)的廣泛關(guān)注。利用數(shù)形結(jié)合分析或求解的策略，主要是化學(xué)語(yǔ)言和直觀圖像的相互轉(zhuǎn)化，或?qū)⒊橄蟮奈淖置枋隼檬疽鈭D的形式具體化，或?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)信息利用表格、圖像等形式進(jìn)行整理和歸納，以獲取解決問(wèn)題的有用信息。解決問(wèn)題時(shí)，要抓住有關(guān)概念、反應(yīng)規(guī)律、物質(zhì)性質(zhì)特別是圖像特征，分析辨識(shí)圖中“原點(diǎn)”“交點(diǎn)”“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”等的意義，對(duì)“數(shù)”“形”“義”“性”進(jìn)行綜合思考，從中發(fā)掘隱含信息快速解題。

例5 磷的重要化合物NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4可通過(guò)H3PO4與NaOH溶液反應(yīng)獲得，含磷各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與pH的關(guān)系如圖所示。為獲得盡可能純的NaH2PO4，pH應(yīng)控制在 ；pH=8時(shí)，溶液中主要含磷物種濃度大小關(guān)系為 。

由圖中坐標(biāo)以及曲線的極點(diǎn)和交點(diǎn)可以看出，溶液中含磷各物種的總量為1.0，其中H2PO4-的分布分?jǐn)?shù)在pH=0.2或pH=9.2時(shí)為0，而pH在4～5.5時(shí)為1.0，所以，要獲得盡可能純的NaH2PO4應(yīng)控制pH在4～5.5。在pH=8時(shí)，HPO42-的分布分?jǐn)?shù)為0.85，H2PO4-的分布分?jǐn)?shù)為0.15，所以此時(shí)溶液中主要含磷物種濃度大小的關(guān)系為c（HPO42-）>c（H2PO4-）。

化學(xué)問(wèn)題解決的水平是學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的綜合體現(xiàn)，也是評(píng)價(jià)教學(xué)效果的重要標(biāo)志。面對(duì)化學(xué)問(wèn)題能夠靈活選擇并運(yùn)用相宜的策略，不僅能順利地實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決，而且可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)概念和認(rèn)知策略的內(nèi)化。所以，化學(xué)教學(xué)要注重學(xué)習(xí)策略，特別是問(wèn)題解決策略的教學(xué)，促使學(xué)生在獲得化學(xué)問(wèn)題解決經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)和探索新知識(shí)的能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]任紅艷，李廣洲.理科“問(wèn)題解決”教學(xué)的反思[J].課程·教材·教法，2003（12）.

[2]高文.一般的問(wèn)題解決模式[J].外國(guó)教育資料，1999（6）.

[3]夏本成.論化學(xué)問(wèn)題解決[J].安徽教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（3）.

[4]陸軍.高中化學(xué)必修教科書中的科學(xué)方法體系[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007（7）.

[5]陸軍.2012年高考化學(xué)試題中的數(shù)形呈現(xiàn)策略[J].化學(xué)教學(xué)，2012（10）.

（作者系江蘇省特級(jí)教師，現(xiàn)為江蘇省徐州市第三中學(xué)教師）