一、本课题研究背景
1、问题的提出
当今社会，在信息化、知识经济、全球化等高速发展所引发的一系列挑战和机遇面前，我们每个人在其一生中都会遇到可预见或不可预见的种种问题，“所以完全有理由把解决问题视作人生活中一个重要的、不可或缺的组成部分。”[1]一个人能否在社会生活领域（包括学习、工作、家庭等诸方面）恰当而巧妙地解决所面临的问题，则直接关系到其个人生活质量和个人效能感的高低以及对他人、社会的贡献额度。联合国教科文组织在《教育：财富蕴含其中》中提出教育应该使学生“学会学习、学会共处、学会生存、学会共同生活”,欲达此目的，一句话，必须善于解决问题。正因为此，问题解决是一个被多学科和领域广泛关注的话题，世界各国都将“问题解决”作为学生发展所必须掌握的目标。
课堂教学作为学校教育教学的主要形式，是培养和提高学生问题解决能力的基本途径和渠道，课堂教学不仅应该关注学生的知识掌握和落实情况，更应注重学生的认知发展规律和知识的主动建构过程以及将知识运用于自己所面临的具体问题的解决过程中，从而达到教育的真正目的。
化学作为一门基础自然科学，其知识体系和本身所蕴含的问题解决的科学研究方法，应当在课堂教学中充分挖掘和体现出来，体现其内在的教育价值。然而，长期以来的以升学和应试为导向的课堂教学更多的关注了学生的知识掌握结果，行为主义的课堂教学观占据了主导地位，即课堂上教师唱主角，“满堂灌”,视学生为容器，“注入式”教学长期占统治地位。因而便出现了“重知识，轻能力” 、“高分低能”、强化训练而导致学生负担的加重等现象。因此，迫切需要研究课堂教学的有效方式以及关注作为认知主体的学生的最终发展效果，而学生的“问题解决能力”的培养是一个很好的切入点。
2、新一轮课程改革的要求
当前，新一轮课程改革正处在国家推进、重点突破、全面展开的过程中，其核心在学校、在课程、在教学。
根据基础教育课程改革的总体进程和工作部署，教育部决定从2007年秋季开始，北京、湖南、黑龙江、吉林和陕西省将全面进行普通高中新课程实验，普通高中新课程实验省份由去年的5个增加到10个，2010年以前高中新课程将在全国全面推开。教育部同时要求“没进入高中新课程的省份做好高中新课程实施规划和各项前期准备工作，密切关注实验省（区、市）实验工作的进展情况和有关经验，为全面实施普通高中新课程创造有利条件。”[2]
重视学生问题解决能力的培养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。早在1999年，《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》就提出，“智育工作要转变教育观念，改革人才培养模式……要让学生感受、理解知识产生和发展的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生搜集处理信息的能力、获取知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力……”等。[3] 2001年5月颁发的《国务院关于基础教育改革与发展的决定》提出要“培养学生搜集、处理和利用信息的能力；……培养学生提出问题、研究问题、解决问题的能力”[4] 同年6月颁发的《基础教育课程改革纲要（试行）》同时提出“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”[5] 将“问题解决能力”的培养作为新课程倡导培养的四大能力之一，摆在重要的位置。2003年制订颁发的《普通高中化学课程标准（实验）》明确指出“高中化学课程应有助于学生主动建构自身发展所需的化学基础知识和基本技能，进一步了解化学学科的特点，加深对物质世界的认识；有利于学生体验科学探究过程，学习科学研究的基本方法。加深对科学本质的认识，增强创新精神和实践能力；有利于学生形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互联系，逐步树立可持续发展的思想。”[6]
可以看出，化学新的课程标准注重学生的“主动建构”、“探究过程”等。2006年11月温家宝总理在教育工作座谈会上谈到基础教育时指出，应该使学生“在实践中增强社会责任感和动脑动手能力”. 2006年12月24日，教育部部长周济在教育部2007年度工作会议上的讲话中，明确要求“大力倡导启发式教学，鼓励勤奋学习、独立思考、追求新知，着力培养学生的创造精神和实践能力。引导学生端正学习态度，激发学生发展的内在动力，养成良好的学习习惯。”[7] 这些无疑为问题解决教学的研究与实践提供了有力的政策支持和理论指导。
3、学生可持续发展的需要
问题解决能力是社会对公民的基本要求，是任何一个社会个体必须具备的能力。问题解决不应仅仅被理解为一种具体的技能，它是一项基本的人类行为。人的成长过程可以说是一个不断发现、解决问题的过程。
对学生来说，无论是今天身在学校，还是将来步入社会，都会面临各式各样的问题需要去解决。学生通过解决学科问题及与学科相关的生活实际问题，获得解决问题的一般知识和能力，并将其迁移到以后对生活、工作、社会中的问题解决之中，这是社会对未来公民的期望，更是社会对教育的要求。
中学阶段的学生正处于身心急剧发展的时期，已经具备了初步辨别真伪的能力，并且反抗和批判怀疑精神比较强烈。作为学习的主体，他们逐步建立其独特的学习风格和学习方式。他们主观世界的知识是如何建构和具有怎样的结构以及他们的知识结构是否合理，如何甄别他们知识结构的缺陷，如何促进他们的发展等问题，应是教师不可忽略的问题。
认知心理学认为，学生的学习过程不是简单的 “刺激-反应”的过程，而应在二者之间研究学习主体的认知操作过程，从格式塔心理学家的“完形说”,到皮亚杰的“图式”理论，无一不重视的主体的认知建构过程。
4、引出课题
问题解决是认知心理学的核心问题，以提高学生解决问题能力为目的的“问题解决”教学模式是以现代认知心理学为基础而进行设计的，它倡导在解决问题的过程中培养学生的创新精神和实践能力。新课程理念要求教师在教学过程中培养具有独立思考和创新意识的高素质人才，也就是说教学不仅是传授知识，更主要的是发展学生的科学素养。传统的教学模式主要是传递式或验证式教学，这种教学模式难以形成学生的探究空间，不利于发挥学生的主体作用。如何改变这种教学现状，既能充分体现教师的主导作用，又能在课堂教学中使学生成为真正的主动参与者。“问题解决”教学模式为解决这一问题提供了良好的契机。
基于以上认识，本论文力图通过“问题解决”教学模式，在化学课堂教学过程中，以学生为本，关注问题解决教学与学生认知图式的关系，本研究基于这样的假设：即通过以问题解决带动认知发展，以认知发展促进知识建构，以知识建构形成学生合理的和良好的认知图式，这样形成的认知图式应是包容的和开放的，灵活的和能够迁移而解决问题的，最终使学生能够获得以问题解决能力为核心的全面发展。
二、文献查阅
1、网上查阅
中文文献
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外文文献查阅
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2、专着查阅
心理学方面专着
系统阅读了与“问题解决”及“图式”相关的心理学专着：Sternberg,R.J着的《认知心理学》（P288-321）；梁宁建着的《当代认知心理学》（P182-306）；辛自强着的《问题解决与知识建构》等
教育学方面专着
系统阅读了科学教育类相关专着：孙可平、邓小丽编着的《理科教育展望》；高剑南、王祖浩主编的《化学教育展望》；吴俊明、杨承印主编的《化学教学论》；唐力主编的《化学教学论与案例研究》等。
三、国内外研究现状
1 有关“问题”的研究概述-问题的定义及问题的分类
格式塔心理学家唐克尔（Karl.dunker）认为：“当一个有机体有个目标，但又不知道如何达到目标时，就产生了问题。”美国学者纽厄尔和西蒙（Newell&Simom）认为：“问题是这样一种情境，个体想做某件事，但不能马上知道这件事所需采取的一系列行动。”
作为一个问题必须包含四种成分：（1）个体的意图或目的；（2）个体已有的知识；（3）个体所遇到的障碍；（4）个体所采取的方法或行动。[8]
一般认为，问题类型包括：（1）界定良好性问题和界定不良问题；（2）语义丰富问题和语义贫乏问题；（3）专门领域问题和非专门领域问题。
INTEL未来教育中提出的问题的分类：基本问题、单元问题、内容问题，这对于新的课程标准所倡导的模块学习无疑提供了一种很好的教学理念和实践方略。
2 有关“问题解决”的研究概述-什么是问题解决
问题解决一般是指形成一个新的答案，超越过去所学规则的简单应用而产生一个解决方案。当常规或自动化的反应不适应当前的情景时，问题解决就发生了。这就是说，它需要应用已习得的概念、命题和规则，进行一定组合，从而达到一定的目的。这意味着：（1）问题解决具有目的指向性；（2）问题解决是一系列操作；（3）这种操作必须是认知操作，也就是说问题解决本质是一种思维活动。[9]
问题解决理论流派：桑代克的“试误说”-苛勒的“顿悟说”-加涅的“信息加工说”-建构主义的“知识建构说”等。
“问题解决教学法”最初是美国数学教师协会于1980 年正式提出的，这种方法要求教学必须围绕问题解决来组织，应该创设一种问题情景，并把学生引进问题解决的氛围之中，这有利于学生创造性思维的发展。此后，各学科的一线教育工作者以及高校相关研究机构的研究者将此思想学科化方面做了许多细致的工作，提出了许多有效的教学模式或方法。（在此不再赘述）
3 有关“化学问题解决”的研究概述
根据上述查阅方法及查阅结果显示，在化学问题解决研究方面，我国的化学教育工作者做了大量的工作。大致情况是，在1989年以前，此类文章鲜少见到，在1989年3期的《化学教育》上，严成志撰文着重探讨了化学教学中培养学生分析问题和解决问题的做法和规律。[10]同年6期的《化学教育》上陈才锜发表文章，结合当时我国的化学教学实际，介绍了化学教学中的问题解决教学法。[11]从1990-1995年间，此类文章比较少。从1996至今，有关化学问题解决教学的文章屡见不鲜，说明“问题解决教学”受到一线化学教师和高校化学教育研究者的重视。特别需要指出的是，世纪之交，随着我国新一轮课程改革的启动，从2000年起，有关“化学问题解决教学”的博士、硕士论文 层出不穷，体现了人们对该领域研究的重视程度。
刘江田（1996）介绍了问题解决教学模式与化学教育的结合，他将该模式的步骤定为：复习（有关知识、技能，2-3分钟）――引入新问题（1-2分钟）――明确问题（1-2分钟）――引导学生分析解决问题（25-30分钟）――回顾（2-3分钟）――练习巩固（知识、技能，5-7分钟）――反馈、校正（2-3分钟），并且强调了师生交往系统的构成以及角色的安排。[12]
王祖浩（1996）探讨了类比思维与化学问题解决教学的相关问题，认为类比是一种极有价值的独特的思维方式，在化学科学的形成和发展中曾起过重要的作用；类比思维是化学问题解决的思维“捷径”;并且注意类比思维与求异思维的结合。[13]
于淑儿等人（2002）阐述了在化学教学中“问题解决教学法”的教学艺术，即建立和谐气氛、创设问题情景、分析问题要素、沟通新旧联系、优化教学策略等，以达到培养学生学会学习、学会创新之目的。[14]
方红，毕华林（2002）研究了化学问题解决中的元认知训练，认为：元认知在化学问题解决中具有重要的作用。在实际教学中，采取自我提问法、相互提问法、讨论法、知识传授法等进行元认知的训练，可有效地提高学生的元认知水平，促进学生问题解决能力的提高。[15]
李剑波（2005）提出问题解决过程的三个主要步骤为：问题意识的形成、内部思维的展开、问题信息的加工。[16]
苗容科、王祖浩（2005）探讨了“先行组织者”在化学问题解决中作用，认为不同的组织者对解决问题的作用是有差别的，因此，在中学化学教学过程中，既要积极利用“先行组织者”提高学生问题解决的能力，也要根据学生实际和学习内容对组织者进行合理选择，以充分发挥“先行组织者”的教学指导作用。[17]
王春（2006）探讨和阐述了新课程理念下“问题解决”教学模式的特点，并对实施该教学模式的方法进行了探索，结合课堂教学的实例，阐释了该教学模式在实际教学中的应用。[18]
李广洲等人研究了化学问题表征和解题策略之间关系，提出了学生在解决计算类化学问题时存在的不同表征层次， 依次为： 文字表征、具体表征、抽象表征、形象表征和数学表征，并且给出了每一种表征时间的界定方法； 同时把学生解决计算类化学问题时采取的策略具体划分为四种：盲目搜索法、情境推理法、原理统率法、数学模型法。[19]
一线教师撰写的此类论文多数是把问题解决作为一种教学模式，结合具体的一节课，将该模式的过程细化为课堂教学的流程，这与当今的教学现状（严格的时空限制）看似完美结合，但未免有委曲求全之嫌，与问题解决原本之意有较大的差异。高校的研究者多是借助心理学的某个理论（如“自我监控策略”、“类比思维”、“先行组织者”、“问题的表征”等，这些研究理论性强，求证严谨，步骤完备，资料翔实，但在实践中落实其研究效益却显的不够。但这些研究都为本研究奠定了良好的基础，将理论应用于实践层面，在实践中磨合理论，找到理论与实践的最佳结合方式，以及及时发现实践中存在的问题并提出对策，则是本研究的一个重点内容。
4 有关学生“认知图式”的研究概述
4.1 图式概念的渊源及发展过程
图式一词早在康德的哲学着作中就已出现，他认为图式是指以一般的方式来建构概念的规则，后来被英国的巴特莱特引入心理学中，在研究回忆中发生的错误时，他借用了图式这一概念，他将图式定义为“关于过去或以往经历的一种主动组织”.在近代心理学研究中， 最早对图式给以理论上高度重视的是格式塔心理学，瑞士着名的心理学家、教育家皮亚杰也十分重视图式概念， 他认为“图式是指动作的结构或组织”图式是通过“同化”和“顺应”达到平衡的。现代图式理论是在信息科学、计算机科学深入到心理学领域， 使心理学中关于人的认知的研究发生了深刻变化之后于本世纪70 年代后期发展起来的。
认知科学家鲁梅哈特将图式定义为表证刺激领域的某些方面的有组织的知识体系和心理结构；桑代克把图式定义为表证一类程序、物体、知觉、事件、事件序列或社会情境的一组知识，这组知识为一个可以示例化或者用被表征对象的特性加以填充的概念提供了框架结构。（转引自《问题解决与知识建构》）郑淑杰认为图式是“用来表示比意象、命题更高一极的、有组织的知识经验的一个概念”[20]每个人对图式的定义虽然都不尽相同，但都认为它是用以表征客观事物及其关系的某种知识或心理结构、组织、框架，它是对一类事物的抽象概括，可以用来组织零散的刺激、信息和数据，无论我们说的是图式、脚本、框架，还是网络，基本的内涵都是一致的。图式是个体的知识结构，它对输入的新信息进行选择、组织，并将其整合到一个有意义的框架中，以促进对信息的理解。
一般认为，图式是指围绕某一个主题组织起来的知识的表征和贮存方式，是围绕某一主题相互联系起来形成一定的知识单元， 这种单元就是图式。图式不仅表征了一类事物的命题表征（如房子是供人居住的）也表征了该类事物的知觉信息（如房子的大小）。所以，图式不是命题或表象的简单扩展，而是对同类事物的命题或知觉的共性的编码方式。
4.2 图式在问题解决过程中作用
东北师范大学的张向葵教授认为：“只有结构良好的知识才能成为创新的养料和土壤。图式作为一种结构良好的知识能够使问题清晰化、思维经济化、知识条件化和结构动态化。因此， 培养图式就是培养学生的创新能力。具体表现在： 图式的生成过程就是创新能力的培植过程， 生长过程就是创新能力的发展过程，运用过程就是创新能力的提升过程。”[21]
学生在发展过程中对未知世界的探索都属于人的认知活动，这种认知活动属于人类一般认识的特殊方面，从根本上讲，就是问题解决过程。在问题解决活动中，学生的认知图式都会对他们的问题解决的过程和效果有重要的影响。学生的问题解决能力也离不开一定的认知图式的影响。
辛自强认为，问题解决中图式的作用有以下几点：影响对问题情境的知觉；影响对问题的理解；影响问题解决方法的获得。同时注意它的消极作用：可能造成大量信息的丧失；图式常难以去除；可能使用错误的图式，误导问题的解决。[22]
四、研究的意义与价值
1 理论层面：
新课程的实施，打破了以往“知识中心，书本中心，教师中心”的现状，倡导“探究式学习，合作式学习，学生中心”,故本研究重在验证理论的可行性及可重复性，丰富和发展相关的化学教育教学理论，发现问题，解决问题，力图找到理论与实践的最佳结合点。
2 实践层面：
本研究关注中学化学的一线教学，在新课程逐步推进的形势下，如何适应形势的发展，如何贯彻课改精神，更好的推进课改；研究中同时注重教师的专业化成长的相关问题，在自身素质提高方面积累经验；关注学生发展，探究学习过程的相关心理要素，如何很好的实施教学，才能促进学生的知识建构及能力发展。
五、研究内容和研究方法
1 研究内容
从理论上梳理、分析不同学科对问题及问题解决的理解，说明问题和问题解决的本质含义及其在学科教育教学中的价值。阐述相关术语之间的异同， 并说明本研究中所涉及的重要术语或给出相关的操作性定义。
结合03版高中化学课程标准，选定必修模块的某个主题，借助INTEL未来教育中问题设置方法，精心设计课程教学，灵活把握课型；同时，不违背现行教育教学制度，采取措施保证教学质量。
依据社会学习理论，合理设置学习小组（组间同质、组内异质），发挥学生的不同特长，分配和选择不同学习任务，互相探讨，交流共享。
研究模式设想：
问题解决教学是一种模式，而学生是该模式中认知主体，在化学问题解决的每一环节中，学生如何发挥作用以及如何获得发展，则与他们的主观世界内部的认知图式有必然的联系。
理论的研究是为了推动教学实践。以问题解决认知层面研究成果为基础，以建构主义教学理论为指导，提出进行问题解决教学的意义、适用条件和教学原则等 ,并围绕专题设计若干问题解决教学案例，在进行初步实践的基础上予以分析和讨论。
研究案例：
化学问题解决与学生的认知图式发的关系研究案例：
1、查阅资料：化学能转化为热能、电能在生产、生活中应用。
2、实验：中和反应与中和热的测定。单元模块“化学反应与能量变化”
3、实验：用生活中的材料制作简易电池。
4、市场调查：不同种类电池的特点、性能与用途。
5、实验探究：温度、催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响。
6、设计实验：证明某些化学反应的可逆性。
2 研究方法
本研究采用问卷调查法、测验法（前测和后测）、口语报告法等研究方法。
3 数据分析（针对化学问题解决教学法的实施效果）
1、组间差异分析
2、组内差异分析
3、总体分布水平
利用SPSS统计软件进行有关分析：
4、个体差异分析
5、年龄差异分析
6、性别差异分析
7、图式的缺失分析
8、问题解决与认知图式的相关分析
六、研究的时间安排
第一阶段 2006、03――2006、12 理论学习、文献查阅
第二阶段 2006、12――2007、01 文献梳理、论文开题
第三阶段 2007、03――2007、12 问卷调查、实验实证
第四阶段 2008、01――2008、03 研究资料整理、统计与分析数据
第五阶段 2008、03――2008、04 撰写论文初稿、修订、定稿
七、论文框架
1、引言
1.1 问题的提出
1.2国内外研究现状与趋势
1.3研究的内容与意义
2、问题解决教学理论基础
3、问题解决教学的基本模式
4、认知图式的测量原理与技术
5、数据搜集与处理的方法
6、实证研究
6.1 实验基础
6.2实验对象
6.3试验方法
6.4实验程序
6.5结果的分析与解释
7、结论与反思
8、总结
参考文献
致谢
附：部分参考文献
[1] 高文。一般问题解决模式[J].外国教育资料，1999,6.
[2] 教育部办公厅关于2007年推进普通高中新课程实验工作的通知。 教基厅[2007]1号
[3]《中共中央、国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》（中发[1999]9号，1999年6月13日）
[4]《国务院关于基础教育改革与发展的决定》国发[2001]21号，2001.5.29
[5]《基础教育课程改革纲要（试行）》2001.6
[6] 普通高中化学课程标准（实验）。中华人民共和国教育部制订。北京：人民教育出版社，2003.
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[30]高剑南，王祖浩主编。化学教育展望[M].上海：华东师范大学出版社，2001.11
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