化学问题解决的策略研究

摘要：探讨了问题解决的机制，并结合实例提出了化学问题解决的类比策略、分解策略、逆推策略、探究策略、整体策略、模型策略、信息策略、反思策略。

关键词：问题解决；策略；缄默知识

文章编号：1005－6629(2008)01－0005－06中图分类号：G633.8 文献标识码：B

提高化学问题解决能力是化学新课程的要求，更是我国基础教育改革和发展的重要内容。化学知识的广泛应用和化学教育的功能要求学生学会解决化学问题。

1化学问题解决的机制

现代心理学的研究表明，一个问题(problem)包括3个基本成分：（1）给定：一组已知的关于问题条件的描述，即问题的起始状态。（2）目标： 关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案或目标状态。（3）障碍： 正确的解决方法不是显而易见的，必须间接通过一定的思维活动才能找到答案，达到目标状态。这样，问题就是给定信息和目标之间有某些障碍需要被克服的刺激情境，问题解决就可以理解为克服问题的起始状态和目标状态之间的障碍，填补其间的空隙，使问题状态转变为目标状态的过程。

解决任何问题，必需的信息（内容）和推导（过程）是非常重要的两个因素。阿什莫等人（Ashmore, Frazer & Casey）将化学问题解决过程分为4个阶段：明确问题，选择适当的信息，组合零散的信息，评价。成功地解决化学问题需要：（1）扎实的化学知识基础； （2）问题解决的有关策略； （3）自信心这三个方面的有机结合。本文试图结合案例研讨化学问题解决的诸种方法和策略，以此对化学教学予启迪。

2化学问题解决的策略

2.1类比策略

问题解决是以已有的知识经验为基础的，离开了相关的已有知识，问题解决则无法进行。即使我们通常所说的“新问题”，也不是完全与已有的知识经验无关，只是相关的知识经验存在于不同的图式中，头脑中没有可以直接利用的问题解决原型，所以感到陌生。类比策略是指设法将新问题转化为已有知识经验中相似的问题（原型），通过比较在二者之间建立联系，从而利用已有问题的解决方法来解决新问题的一种策略。它是一种常用的问题解决策略。利用类比策略的关键是找到新问题与原型之间的可类比点，也就是说二者要有一定的相似性，类比才可以发生。

［示例1］（浙江省竞赛题）已知液体SO2和纯水的导电性相近，实验测得两者的比电导分别为8×10-8 Ω -1・cm-1和6×10-8Ω-1・cm-1。试用简要的文字和化学方程式给出解释，为什么在液体SO2中，可用Cs2SO3去滴定SOCl2？

［案例分析］液体SO2的类比原型应是纯水，但是两者之间的联系若即若离。因此只能类比推理采用逐步逼近的方法：

至此类比的结果与类比原型几乎已脱胎换骨了，但是万变不离其宗。此“宗”就是离子电荷的自身传递。由液体SO2和纯水的自偶电离，我们就会很自然地联想到其逆过程酸碱中和滴定。

新问题与原型之间的相似性有3种情况：问题情景之间的相似性、表面关系之间的相似性和深层关系之间的相似性。其中问题情景之间的相似性和表面关系之间的相似性直接影响着问题解决者能否唤醒与新问题相似的原型，也就是它决定着能否在新旧问题之间产生类比。但是，它们只是进行类比的前提，如果仅以这种相似性为基础来进行类比，往往会得到错误的结果。因为只有两个问题在深层关系上具有相似性，才能保证类比的顺利进行。

因此，利用类推策略首先需要对问题进行转换，去粗取精，抓住其主要特征，忽略其无关或次要特征，以突破问题间表层关系，找出新旧问题在深层关系上的相似性，进行类比。研究表明，新手常以两个问题的表面特征为基础进行类比，而专家则能从隐含着的深层结构上的相似性出发来考虑问题的解决。可见，找到问题的深层关系的相似性是运用类比策略的关键。

2.2 分解策略

对于一些复杂的问题，往往难以直接找到问题解决的思路。分解策略是指按照一定的原则将问题分解为一系列相互联系、具有一定层次结构的具体问题，即将问题的目标状态分解为几个次一级的子目标，尽量不要一次处理太多的信息，通过子目标的实现使问题获得解决的一种策略。利用分解策略要注意的问题是，在分解之前，需要从问题的整体结构出发对问题进行分析，从全局上把握问题的起始状态与目标状态及其相互联系，做到对问题的整体理解，然后对其进行分解，避免把问题割裂成没有联系的部分。在各个子目标都完成之后，需要对其进行归纳总结，使之完整合为一个整体，使复杂的问题得到最后解决。也就是说，一个完整的分解策略实际上要经历一个综合―分解―综合的过程。

2.3 逆推策略

逆推策略，又称逆向推理策略，是化学问题解决中常用的一种策略。有些化学问题，如果从起始状态出发推至目标状态往往很繁琐，甚至难以解决。逆向推理就是逆向思维，反向思考，它是由于对问题不能进行整体表征，而采取的自下而上的推理活动。解题时从目标状态出发，逐步向后逆推，同时激活与问题有关的各种化学知识，逐个“去伪存真”，一步步地缩小目标状态与起始状态之间的距离。

［示例3］（2006年江苏高考题）……（4）请

（用反应流程图表示，并注明反应条件）。

［案例分析］要合成目标生成物，可由产物进行逆推，直至搜寻到起始物。

要注意的是，在分析问题的时候利用逆推策略，在解决问题的时候，通常需要将逆推的思路反过来，即从已知条件开始组织解题过程。另外，有些问题单纯的逆向推理也难以解决，这时将正向推理和逆向推理有机结合恰是一种不错的策略，它能够使问题解决更简便快捷。

2.4 探究策略

对于一些难以利用已有知识直接推理获得答案的问题，可以采用探究策略。探究策略是指通过对问题的分析，先提出对问题的假设，即对问题的一种推测性论断和假定性解释，然后设法收集能够证实假设的证据，通过对收集到的证据进行抽象概括确定问题的答案，从而达到问题目标状态的一种策略。在探究策略中收集证据的途径有多种，例如设计实验、查阅资料、实地调查等。以实验为基础是化学学科的重要特征，因此，设计并实施实验是常用的获取证据的方式。

［示例4］探究 Mg(OH)2 沉淀溶于NH4Cl溶液的原因

［探究结论］

溶解的原因是生成弱电解质（NH3・H2O）， 降低平衡体系中OH-浓度，促进平衡向沉淀方向移动。即假设合理。

利用探究策略相对需要较多的时间，但它能让问题解决者经历获得结论的过程，学会解决问题的科学方法。另外，探究策略注重以证据为基础，因此利用它所获得的结论正确程度是较高的。

2.5 程序策略

化学问题解决，需通过一步一步的操作。按什么样的步骤去操作，学习策略将指示出这种操作的步骤和顺序。当学习者掌握了这种顺序时，就可以减少许多因程序的不明或混乱而造成时间浪费和产生消极情绪。如果学习者已经具备一定数量的知识，但头脑中各个知识太分散，就不能形成一定的知识结构。面对各种各样大大小小的“信息孤岛”如何进行整合，形成知识的有序性和连续性才是问题解决的正确途径。

从同时性加工或继时性加工理论出发，可得到解决问题的两种基本形式：一是将问题中包含的多种信息（刺激）整合成特定的系列，把各种信息按一定方式组成线性顺序排列，即：

二是将问题中包含的多种信息按照共同的特性彼此整合成特定的系列，这种形式（非线性顺序）可表示成右图。至于按何种形式进行解决问题，则要根据问题的特征和解决问题的要求进行。

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在问题解决过程中，如何使这些知识内化为学习者有序的认知结构，再外化为解决问题的操作步骤和程序，这就需要学习者具备必备的程序策略。如果这些知识只是杂乱无章地堆积在头脑中，那么，在解决上述问题时就无法提取储存在头脑中的知识并对其进行加工。程序策略提供了解决从认知结构中提取知识去解决问题时遇到的困难或障碍的方法。

［示例5］将铜、铁、铝三种金属（按等质量混合）的混合物Wg加入三氯化铁和盐酸的混合液中，充分反应。若无固体剩余，则溶液中的阳离子一定有哪些离子？没有的是什么离子？

［案例分析］解决具体问题思维过程图解为：

在此问题解决的活动中，学生对知识的记忆不再是简单的内容呈现，在遇到实际问题时能够将内化的知识与问题的刺激相交融，对应用知识进行整理，使之在解决问题时提取更加有序，知识的呈现更加连续。思维由此而清晰明朗。

2.6 整体策略

对一个问题不急于从局部入手探求解题途径，而是从整体出发作综合分析，整体处理，可使思路明晰，计算简捷。例如运用守恒法解题，就是利用物质变化过程中，某一特定的量固定不变（如质量守恒，元素或原子团的物质的量守恒，氧化还原反应中得失电子守恒，溶液中阳、阴离子的正负电荷守恒等）而进行化学计算的解题方法。这种方法的优点是基于宏观的统揽全局的方式列式，不去探究某些细微末节，因而可简化步骤，方便计算，快而准地得出答案，是较为简捷的一种解题方法。

［示例6］已知NO2和NaOH溶液反应方程式为3NO2+2NaOH2NaNO2+NO+H2O；NO和NO2与NaOH溶液反应为NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O。在盛a mol NO、b mol NO2和c mol O2的密闭容器中，加入V L某浓度的烧碱溶液后，容器中压强几乎为零，试求NaOH溶液的物质的量浓度。

［案例分析］解题过程中若按方程式分步求解，过程繁琐且易出错。从整个反应过程分析，反应完毕压强为零，则NO、NO2和O2完全反应无剩余，最终产物为NaNO2，而NaNO2中氮元素来自NO2和NO共(a+b)mol，即NaNO2为(a+b)mol， 由Na元素守恒可得NaOH也为(a+b)mol， 则NaOH物质的量浓度为(a+b)/V mol/L。

化学计算中还有诸如关系式法、终态法、整体化学方程式法等都是整体思维方法的体现。

2.7 模型策略

以某种程度的类似再现另一个系统（原物）的系统，并且在认识过程中以它代替原物，以至对模型的研究能够得到关于原物的信息，这种方法称为模型策略。模型策略是为了探索未知的“原型”，依据其表现出来的某些特性，在思维中去设计一种在理论预料中能够产生相似特性的“模型”，再在实践的考验中区分真伪或修正其错误，使其逐步提高与现实“原型”的近似程度。这种方法中的“模型”是思维训练的“模型”。

［示例7］试写出Mg3N2、 NH2Cl、 PCl3、 SiCl4、IBr、 C2H5SNa、 NaNH2、 MgC2、 NH4H、 CH3COCl、CO(NH2)2、 (CH3CO)2O等物质与水反应的化学方程式。

［案例分析］根据教科书有关物质水解反应的方程式：

2.8 推理策略

推理策略是指在前后相随的一些现象中，通过某些现象的相变关系，诸如同时出现、同时不出现或同时成比例地发生变化等事实，归纳出现象间的因果关系。这种策略在化学问题解决中经常运用。

［示例8］下列两种方法，哪一种得到的悬浊液易于溶解成清液，为什么？

（1）在盛0.1mol・L-1 10 mL CuSO4溶液的试管中滴加0.2mol・L-1 10mL NaOH溶液，然后加入2 mol・L-1的氨水溶解之。

（2）在盛0.1mol・L-1 10 mL CuSO4溶液的试管中滴加0.2 mol・L-1 10mL NH3・H2O，然后加入2 mol・L-1氨水溶解之。

设计一个实验方案验证上述观点的可靠性。

［案例分析］假设某种现象在(a,b,x)之下出现，在（a,b）之下不出现，根据存异方法，我们可以归纳出结论：x是这种现象的原因。

2.9 信息策略

国际化学奥林匹克（IChO）培训大纲中将信息加工列为首项能力并定义信息为“对文字、图形、直接和间接获得的各种感性和理性认识”，而加工的涵义更广，包括信息的寻找、选择、整理、储存、重组、应用、预测、评价等。普通高校招生化学科考试（MCE）也注重考查学生对化学知识（特别是接受新信息）的自学能力和对化学问题分析综合、抽象概括、比较判断、迁移推理的思维能力。可见，信息加工与化学问题的解决已融合、交织于一体。

（1）信息简约策略

对某些信息密集的化学问题而言，文字叙述往往显得繁杂，特别是其中一些无关信息的干扰与设陷，学生难以准确把握问题之关键或误入歧途。因此，一种值得推荐的策略是：面对复杂问题，首先要大刀阔斧地削去可能屏蔽思维的一些枝节内容，从而在认知结构中清晰地呈现出问题的主干，使复杂的表述简明化，明确问题的始态（已知条件）、终点（待求结论）和节点（可能遇到的障碍）。

（2）信息引申策略

化学问题的难易并不取决于题述文字的多少，而在于隐意的深浅和思路的曲直。虽然，多次解决相类同的问题可以发展对该类问题的解决能力，但具体涉及某一问题，尤其是开放题，方法和规则并非万能，当指向解题目标的特征信息凝聚个别字词或题意之外，则需结合具体问题逐字挖掘有用信息，经多角度思考分析后作合理推想，力求上下兼顾，前后呼应，逐级引申、反复论证，直至问题的释获。信息引申是一项艰难的工作，没有固定的程式可循，因而是对学生知识和能力的综合考验。

［示例9］为什么镁带燃烧发出耀眼的白光，并有明显的火焰产生，而铁在氧气中燃烧是火星四射而不会有火焰？镁在空气中燃烧的最终产物为什么是MgO，而难见到有黄绿色的Mg3N2生成？

［案例分析］上述问题是对金属燃烧现象的本质的探究，是化学知识联系实际的一个典型实例，是教学中挖掘教学内容的思维性的一个典例。对题述事实，大多数学生熟悉与此有关的化学背景，然而从题意本身却无从寻找可直接类比的知识或方法作为支撑，因而问题的难度陡增。事实上，从“关键词”入手揭示隐含的信息，引申题意，即可迅速改变“疑无路”的局面。以下给出指向问题解决的一系列引申：

空气中存在着大量的氧气和氮气，而镁既能在氧气中燃烧，又能在氮气中燃烧。

Mg3N2是黄绿色粉末或块状固体，它在800℃时可分解成镁和氮气，镁燃烧的火焰温度高于800℃，那么即便有Mg3N2生成，生成的Mg3N2也会分解，即燃烧的最终产物是MgO。

火焰是气体燃烧的现象，由镁燃烧有火焰可知，镁在燃烧的过程中一定产生了镁蒸气,可见镁的沸点不会太高,经查镁的熔点为651℃，沸点为1107℃，铁在氧气中反应放出的热量不能达到铁的沸点，故铁在氧气中的反应现象是火星四射而不会有火焰。

（3）信息转换策略

化学现象千变万化，从中产生的问题也各式各样，许多截然不同的问题有时可用相同的形式表述，而同一问题时常又以不同的形式呈现。因此，当面临的化学问题信息生疏、概念模糊时，可尝试用自己熟悉的方式（语言、模型、图示、情境等）去描述，一次不行，再换一次，不断调整方向和层次，直至问题的轮廓和关键清晰为止，这就是将一个陌生问题变成一个熟悉的问题，将一个未知变量置换成较易认识的另一个变量，将一个复杂的实际问题简化成一个典型的化学模型。

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总之，信息转换策略是一种将待解的问题经过某种转化，归结到一类已经认识或较易解决的问题情境中，从而求得原问题之解的思想方法。

［示例10］工业上常用金属钠与氯化钾在熔融时反应制取金属钾：

Na+KClNaCl+K

请你根据下表分析，上述反应最适宜的温度(t)范围是_____。

［案例分析］解决上述问题，可由结果（目标）追溯原因的方式对信息作逆反置换。

适宜温度范围确定反应发生的条件为什么上述反应能制取金属钾

任何反应都有一定程度的可逆性怎样使上述平衡向右进行化学平衡向右移动条件

减小生成物浓度让钾以蒸气形式从熔融液中逸出什么温度下钾呈气态而钠不呈气态

温度为774℃

显然，经上述一系列转换，将一个复杂的化学问题演变成若干个相对简单的命题，最后一步又是轻易可得的推论，由此足见转换策略具有化繁为简、化难为易之特殊功效。

值得指出的是，没有化学原理、方法和模型的支持和活用，从未知向已知领域转化是难以实现的。同一问题可能有多种置换途径，何者最优，应从思路的复杂性、解题者的适应性和解题所需时间等多方面综合考虑。

2.10 反思策略

反思策略是指问题解决者适时对问题解决过程及其结果进行批判性思考和评价的策略。反思是实现自我监控的主要方式。反思策略是一个包容度较大的概念，它包含对问题所指的目标、题给信息的隐显和因果关系的合理性、解决问题过程的清晰性和可靠性、解题思路的简捷性和最优化、解决问题的方法、策略及适用范围等多方面的评价，其中尤以思路评价最为艰难。

［示例11］甲、乙两个电解池均以Pt为电极，且互相串联，甲池盛有AgNO3溶液，乙池盛有一定量的某盐溶液。通电一段时间后，测得甲池中负极质量增加2.16g，乙池中电极上析出0.24g金属，则乙池中溶质可能是（）。

A.CuSO4B.Mg(NO3)2

C.Al(NO3)3 D.Na2SO4

［案例分析］测试结果表明，有62.4%的学生按下述思路而错选答案B。

甲池阴极电极反应为：

反思：不少学生由于过分自信，加之形成思路的过程中“思维畅通”，上述推理、演算顺理成章，得到的答案恰好“吻合”，很少有学生对此答案有怀疑，因而不再深入评价答案的合理性和可靠性。对问题的隐含信息（选项的特点）的分析与评价是解题的突破口：在给定的B、C、D三个选项中，因溶液中离子得电子能力为H+＞Al3+＞Mg2+>Na+，故电解Al3+、Mg2+、Na+的水溶液时，不可能在阴极上析出金属单质。本题无需计算，答案应为A。

在反思之后，学生可以采用写反思日记的形式使反思结果内化到自己已有的认知结构中，即以日记的形式总结、记录自己在反思过程中的感受、收获和经验教训，使自己的反思过程具体化。经过一段时间以后，对自己的反思日记进行总结整理，概括提炼出解决某一类问题应注意或遵循的规律、方法，使反思结果转化成能够为以后学习所利用的资源。

参考文献：

［1］刘知新.化学教学论（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

［2］中国化学会.最新奥林匹克化学竞赛题及解答[M].北京：科学普及出版社，1993.

［3］王后雄.化学方法论[M].长沙：中南大学出版社，2003.

［4］程国强.浅论中学化学学习的有序性和连续性策略[M].中学化学教学参考，2005（3）：4-5.

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

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