基于问题的化学教学设计与教学过程契合性研究
文章编号：1005?C6629（2017）5?C0012?C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
高中化学课程标准指出，要培养学生具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思索，逐步形成独立思考的能力[1]。基于此，苏教版高中化学教材每一单元都设置了一系列的问题情境，例如“你知道吗”、“交流与讨论”、“活动与探究”、“观察与思考”、“整理与归纳”、“调查研究”、“问题解决”等栏目；鲁科版高中化学教材中每单元亦设置了“联想?质疑”、“交流?研讨”、“活动?探究”、“观察?思考”、“迁移?应用”等栏目；人教版高中化学教材中同样有“学与问”、“思考与交流”、“科学探究”、“实践活动”等。每一版本教材通过设置这些栏目，使学生通过对课程的学习来了解必要的科学技术知识、掌握基本的研究方法、树立科学思想、崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力[2]。
化学学科作为自然科学领域的重要基础课程，在培养学生方面的价值体现在科学知识、科学方法、科学精神与态度、科学应用等四个方面，为学生在今后生活和工作中面对未知问题时提供解决问题的思路和方法，使学生养成终身发展所需的必备品格与关键能力，形成学生的化学学科核心素养奠定基础。因此，化学课堂教学应该为学生创建真实的问题情境，鼓励并引导学生剖析问题、简化问题、建立化学模型，并运用适当的方法解释问题。由此可以看出基于问题教学在化学教学中的重要性。
1 基于PBL的教学设计与教学过程的契合性概述
1.1 PBL教学模式
教学模式是指在一定的教学理论和学习理论指导下，在一定环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式[3]。基于问题式学习（Problem-based learning，PBL）是一种与建构主义学习理论及其教学原则非常吻合的教学模式[4]。该教学模式以问题为起点，学生在教师引导下，通过小组合作和自主探究，提高解决实际问题的能力，实现知识的深层理解和建构教学策略及学习方式[5]。针对PBL教学模式的步骤及结合化学学科核心素养对教学的要求，该教学模式至少有两方面的优点：创设待解决的真实问题情境，提供应用科学方法研究问题的机会。
PBL教学模式符合核心素养导向对教学的要求。核心素养导向的教学，要求教师为学生创设面对未知的、“原始”的问题情境，这些原始问题可以是课堂生成的，也可以来自生产生活现象，让学生独立地尝试用各种方法研究问题，这有助于他们迅速投入到问题情境中。在主动学习与探究中养成行为习惯，发展关键能力。
PBL教学模式将帮助学生在不断的尝试中感悟化学家研究过程中所表现出来的情感态度和价值观，帮助学生把蕴含在科学探究过程中的情感、态度和价值观转化为自身解决实际问题的行为准则。不仅获得了知识，更重要的是体验到了科学探究的乐趣和科?W精神，养成良好的科学研究态度[6]。
1.2 契合性评价工具介绍
利用Achieve契合性（alignment）评价工具研究基于问题的化学课堂教学与国家课程标准之间的契合性。研究的一般思路是：观摩课堂教学视频；提炼与教学目标相关的典型问题；分析问题与教学目标、课程标准的关系；统计问题结果，得出教学设计与课程标准契合性的结论。Achieve契合性评价工具由向心性、挑战性、均衡性三个维度及一系列指标构成[7]。“向心性”主要反映测验试题与相应学习目标的匹配程度，也能反映对应的认知要求，分解为“内容向心性”及“表现向心性”两个指标。“挑战性”维度是为了表现试题中所考查的认知要求是否合理地反映了课程标准的需要，设立了“挑战的来源”以及“挑战的层次”两个指标。“均衡性”反映学习目标在测验中得到反映的比例[8]。
在“内容向心性”和“表现向心性”两个指标中，等级“2”表示问题所涉及的学科内容（或者认知要求）与相应的学习目标中的描述高度相关；等级“1”表示问题所涉及的学科内容（或者认知要求）与相应的学习目标中的描述大致相关；等级“0”表示问题所涉及的学科内容（或者认知要求）与相应的学习目标中的描述完全不相关。在“挑战的来源”指标中，等级“1”表示问题设计恰当（表述正确，无技术性错误）；等级“0”表示问题设计不恰当（表述错误或者有技术性错误）。在“挑战的层次”指标中，“知道”“了解”“理解”“应用”四个等级是依据高中化学课程标准中认知性学习目标的水平由低到高的层次确定的[9]。
1.3 典型个案
以西安市新城区某中学新手化学教师高一“物质的分类”课堂教学为对象，研究其中的“问题”。该教师的职称为中学二级教师，从教3年。首先对其教学设计中的教学目标、教学过程中生成问题与化学课程标准中内容标准的契合性进行分析，然后再对基于教学设计的化学课堂教学活动与课程内容标准的契合性进行分析，以确定其教学过程的有效性。见表1。
2 基于PBL的教学设计与教学过程的契合性分析
2.1 教学设计与课程标准的契合性
在前述“物质的分类”教学案例中，授课教师参照化学课程标准设计了三个维度教学目标，其中“知识与技能目标”设计了两条内容，分别是了解化学物质分类的方法，初步学会对化学物质进行分类。课程标准从内容角度来看，分别涉及根据物质的组成对物质进行分类，所以教学目标中的知识与技能的要求范围偏大。从认知性学习目标的水平来看，第二个教学目标所使用的行为动词是“初步学会”，而课程标准中对这条内容描述的行为动词是“尝试”，显然教师误将体验性目标设计成了技能性目标。因此，“物质的分类”教学案例中“知识与技能”“过程与方法”目标与课程标准有一定的偏离度，契合性中等。 通过对教学设计中教师预设问题的统计，教师一共预设了6个问题。统计结果如下：
在图1中，从“向心性”维度来看，6个预设问题在“内容向心性”中就有4个符合等级“2”，即问题所涉及的学科内容与相应的学习目标描述基本契合。但是“表现向心性”方面就显得参差不齐，一半问题的“表现向心性”小于等级“2”，即所问问题的认知要求与教学目标设定的认知要求不能进行明确的匹配，正如统计中显示的这6个问题所达到的“挑战的层次”中，“了解”和“理解”层次的问题占到4个，问题的认知层次明显高于教学目标设计的“知道”层次。综合而言，教学设计中预设问题与教学目标的契合性体现为良好的“内容向心性”和“挑战的来源”，不太好的“表现向心性”和“挑战的层次”。
分析该教学案例，得出以上结论的原因是教师对课程标准中认知目标外显的行为动词和体验性目标内隐性的感受性行为动词的认识不明确，使用含混不清的动词进行描述，也有的教师对动词所对应的认知层级不明确，从而目标制定得比较随意。
2.2 教学设计与教学过程的契合性
课堂生成的问题为教师提出问题之后，期待学生回答，或者是明确指出让学生回答的问题，这样的问题数量为18个。对这18个问题分别从“向心性”和“挑战性”两个维度进行分析，得到如下结果。
从图2来看，18个问题中有10个问题是等级“2”，即教师课堂上提出的10个问题涉及的内容是与教学目标描述契合的，6个问题是等级“1”，2个问题是等级“0”。从图3来看，18个问题中有7个问题认知层级与目标设计的认知层级完全契合，有11个问题的认知层级与目标设计的认知层级的契合度不高或者完全不契合。如在导入新课时的两个问题：“在2s内，你从图1中观察到了什么？”以及“在2s内，你从图2中观察到了什么？”这两个问题在内容向心性与表现向心性上都为等级“0”，挑战的来源也为“0”。说明这两个问题与教学的三维目标无关，对于仅有45min的课堂时间它们会影响到整体教学效率。
而像“对已学过的化学物质，根据成分分为哪几类？”以及“同学们，能否对以下物质进行分类：空气，O2，Cu，H2SO4，Ba（OH）2，KNO3，CO2？”这样的问题，在内容向心性和表现向心性都为等级“2”，挑战的来源为等级“1”，这充分说明了与教学目标的高度契合性。因此，化学教师应该更加关注课堂提问效率，对课堂提出的重点问题进行预设，建立问题之间的联系与层层递进，充分利用问题的反馈作用来衡量学生教学目标的达成情况。
认知性学习目标水平的4个层级按学生的学习结果由低到高的水平依次是“知道”“了解”“理解”“应用”。“知道”是指对事实或道理能准确表述；“了解”是指对学习材料有一定的认知；“理解”是指一种对事物本质的认识；“应用”是指在新情境中使用[10]。结合图4的数据统计发现，教师在课堂上提出问题的认知层级分布情况为：“知道”层级10个问题，“了解”层级5个问题，“理解”层级3个问题，“应用”层级0个问题。数量最多问题集中在“知道”和“了解”层级，而分析教师设计的教学目标时发现，教师设计的教学目标认知水平也在“知道”和“了解”层级。
2.3 小结
对以上数据分析可得图5：提出问题的内容向心性方面，教学设计（4/6）相比于教学过程（10/18），前者与课程标准的契合性更高；提出问题的表现向心性方面，教学设计（3/6）与课程标准的契合度也高于教学过程（7/18）的契合度；挑战的来源方面，二者都没有技术性错误；挑战的层级方面，教师在课堂上提出的问题认知水平“知道”层级问题过多（10/18），而“理解”层级问题过少（3/18）。预设问题的认知层级都比较高，集中体现为“理解”（3/6），而生成问题中主要集中在“知道”（10/18）和“了解”（5/18），教师对问题的认知层级有所调整。
3 ?Y论
在知识呈几何级数激增的时代，化学研究的事实和结论可能被学生忘记，但化学研究的思想方法、研究态度一定能够长久地支持学生的学习、生活和工作。这些被学生终身保持的，成为他们行为习惯的就是一个人的基本素养，学生的化学核心素养和关键能力是基本素养的组成部分，也是中学化学教育的终极价值所在。这也是PBL教学模式能有效促进学生科学素养，使师生在“提出问题-探究问题-解决问题-引发新问题”的紧张而热烈的氛围中进行交流和学习。
基于问题教学的优点不言而喻，但在实际课堂教学的应用中效果不佳。从以上的基于问题的教学设计与教学过程契合性的研究数据分析可以看出，教师虽然运用了基于问题式教学模式，但在问题的设计上少了一些对课程标准的参考，也对问题在课堂上引起的效应与所要达成的目标之间没有更深入的思考。首先表现在对问题数量的大幅度调整。其次，教学设计中认知层级高于教学过程，教学设计相比于真实课堂是相对比较理想的。再者，表现向心性方面，教学设计也优于教学过程。
基于这样的问题，建议对教学的设计更应该从提出问题入手，多从课程标准出发并思考一些能激发学生多角度思考的问题，也可以尝试一些不能形成统一结论的开放性问题，甚至是挑战权威性的问题。教师在教学设计时，要注重自己所提问题与所想达到效果的可行性分析，要模拟实际课堂，配合学生的心理特点，切实达到自己预设的认知层级。 教师在教学过程中，若对知识的传授过于迫切，对学生的探究实验仅做思维引导，这也会使许多学生失去了发现问题的机会。教师应该树立探究-发现-再探究问题的思想意识，形成发现一个新的问题比得到一个事实性结论重要的观念。知识不要给得太直接，让学生充分地探究，解决了一个又一个新问题之后再得到结论。甚至可以在实验探究之前给学生一个相反的结论，使学生对自己的实验结果产生怀疑，这样学生也就会更仔细的检查实验，相互讨论，发现各种问题，探究再探究，最终坚持己见，得到结论，培养关键能力。结论本身对于学生是重要的，但追求结论的过程是同样不可忽视的，结论是会忘却的，而留下来的东西就是追求结论的过程。
PBL教学模式的化学课堂教学从多方面给我们以启示，从教学目标的定位、学习的切入点、师生关系及课堂组织形式等方面发生了明显的改变，不仅转变了教师的教学模式，也提高了教学效果，同时对于学生学习方式的转变、创新意识的培养也有很大的作用。通过PBL教学模式培养学生的化学核心素养，让化学课堂成为培养学生科学素养的课堂，给学生留下对他们终身发展最有价值的东西。
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