CPS模型及其在化学问题解决中的应用

摘要：CPS是英文Creative Problem Solving的缩写，它的中文意思可译为“创造性问题解决”。重点探讨多维尔（Dorval）四成分八阶段CPS模型的内容及特点。CPS 模型强调发散思维与聚合思维的结合，强调创造力和实际问题解决能力的培养。结合具体的化学教学案例，对CPS模型在化学问题解决教学中的应用进行分析研究，以期为提高化学问题解决教学的质量提供有益参考。

关键词：CPS模型；化学问题；问题解决

文章编号： 1005–6629(2012)4–0013–04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

教育部颁布了《普通高中化学课程标准（实验稿）》（以下简称《标准》）,提出把化学“问题解决”作为化学教学目标的重要组成部分。《标准》的颁布, 不仅赋予了化学“问题解决”丰富的内涵, 而且促进了化学“问题解决”教学的实践研究。可以说化学“问题解决”能力的培养已经是化学新课程教学的重要目标之一。本文就CPS模型及其在化学“问题解决”中的应用作些探讨，以期为广大一线化学教师在进行化学“问题解决”教学时提供借鉴。

1 CPS模型的涵义、流程、适用范围

1.1CPS模型的涵义

CPS是英文Creative Problem Solving的缩写，可译为“创造性问题解决”。美国学者帕恩斯[1]（Parnes）最早提出这个概念，他强调在选择或执行解决问题方案之前，要尽可能多运用发散思维，提出各种问题解决方案，以培养创造力和实际问题解决的能力。Torrance的研究表明，CPS模型是培养创造力最有效的方法之一[2]。国外学者对CPS的研究已取得了大量的成果，我国这方面的研究相对较弱。

在帕恩斯提出CPS 模型以后的数年间，特芬格（Treffinger）和伊萨克森（Isaksen）[3]、斯坦尼什（Stanish）和法伯尔（Fberle）[4]，以及多维尔（Dorval）[5]等一大批知名学者持续对CPS 模型加以研究、改进，使得CPS模型不断完善。多维尔（Dorval）在特芬格（Treffinger）和伊萨克森（Isaksen）CPS模型（三成分六阶段模型）基础上提出四成分八阶段CPS模型，具体如表1所示。

1.2CPS模型的流程

CPS 模型强调发散思维与聚合思维的结合，强调在选择或实行符合现实环境、问题条件的解决方法前，需要先以发散性思维产生大量的变通办法，之后再以聚合性思维来选择最适合的解决方法， 最后加以执行或是作为进入下一阶段前的准备[6]。多维尔（Dorval）的四成分八阶段CPS模型是较为完备的，具有很强的可操作性。

安德森（Anderson） 把问题解决（problem solving）定义为受目标指引的认知性操作序列，即问题解决的程序就是应用一定的操作使问题从初始状态经过一步步的中间状态，最后达到目标状态的过程。凡是“问题解决”都具有一定的创造性。因为凡是“问题解决”一定是初次遇到的问题，多次重复解答同一个问题，并不是我们所说的问题解决。解决问题中，要把原先习得的知识、规则等作为思维的素材，重新组合，以适合当前的新问题。问题一旦解决，“问题解决”产生的“规则的组合”储存下来构成认知结构的组成部分，成为以后“问题解决”的可利用因素，人们的创新精神和创造能力就会得到大大的提高[7]。所以，从这个意义上说，《标准》中所说的“问题解决”和帕恩斯所提出的“创造性问题解决”的内涵是完全一致的，可以说是异曲同工。因此，CPS模型对于落实化学新课程改革的理念进行化学“问题解决”教学具有重要的借鉴价值。

1.3CPS模型所适用的问题解决范围

化学问题解决教学的复杂性，决定了化学问题解决能力的形成是一个长期的、系统的过程，化学问题解决教学应该是一个整体的、连续的体系。运用CPS模型进行化学问题解决教学时，首先要面临的问题就是什么样的化学问题适合用CPS模型来解决？中学化学问题具有“繁”、“多”、“杂”、“混”、“微”、“符”等特征。化学学科知识点多而又分散，化学学科相近、相似、相关联的知识诸多。如电离与电解，置换反应与取代反应，同位素、同素异形体、同系物、同分异构体等等。并不是每一个中学化学问题都适合用CPS模型来解决，因此有必要对中学化学问题作科学划分。

依据的标准不同, 划分的问题种类就会自然不同。以解决该问题所需的创造性水平为标准，也就是根据教师与学生两方面对问题本身、解决问题的方法、答案这三个维度的已知或未知状况，可把问题分为五个类型[8]。下面就用五类型分类法对中学化学问题作一个简单的划分：

第一种类型是教师与学生都知道的问题及其解法，教师知道问题的最佳方案。如化学方程式的书写、离子方程式的书写、举例说明较强的酸可与较弱酸的盐反应等。

第二种类型是问题师生共知，问题的解决方案只有教师知道，且方案唯一。如比较苯磺酸、亚硫酸、苯酚的酸性强弱顺序；往盛有0.01 mol/L CH3COONa溶液的小试管中滴加一滴酚酞溶液，将小试管放在酒精灯上微微加热，观察溶液的颜色变化。

第三种类型是问题师生共知，问题的解决方案只有教师知道，但方案不唯一。比如化学方程式Ca(ClO)2+ 2CO2+2H2O=Ca(HCO3)2+2HClO有何实用价值（意义）、晶体熔沸点高低判断的规律等。

第四种类型是问题师生共知，但问题的解决方案师生都未知。这是一种开放性的问题，有多种解决方案。例如设计实验，用化学的方法测定锌的相对原子质量，用日常用品设计一个实用的原电池装置。

第五种类型是问题和解决方案师生都是未知的。实际生活中的问题大都是这样的问题。比如环境污染问题、新能源开发问题、药物的副作用问题等等。

分析以上五类型问题不难看出，第一、二和三类的部分问题是一般性的问题，“结构良好型问题（wellstructured problems）”。这类问题的解决对创造性的层次要求不高，虽然可以帮助学生巩固基础知识，但对提高学生的创新精神和实践能力缺乏足够效能。第三类型问题的另一部分与第四、第五类型问题则都应归为“结构不良型问题（ill-structured problems）”。这类问题从问题到解决方案都具有很强的开放性，可以很好地发展创新精神和实践能力。因此，CPS模型主要用于解决这类问题。

2 CPS模型在化学问题解决教学中应用

根据化学学科问题解决教学的特点，结合多维尔的四成分八阶段CPS模型，从实际教学的可操作性原则出发，我们以实验室制取乙炔有关问题的解决为例制定了CPS模型在化学问题解决教学中的具体实施步骤，如表2所示。

3 CPS模型应用要注意的几个问题

3.1明了挑战——提出问题

化学问题既是化学教学研究的对象，又是一条贯穿问题解决教学的主线。能否提出有研究价值的、核心的化学问题，是问题解决教学能否取得成功的关键。而问题情境的创设是问题解决教学的开始，是我们提出有价值化学问题的前提条件。

前苏联伊利尼茨卡娅曾总结出一条问题情境创设的基本路径——让学生原有的知识结构与将要研究的新知发生剧烈冲撞，激化学生认知结构中的矛盾，从而创设问题情境。这一途径为化学问题情境的创设提供了有益的借鉴。化学问题解决教学常用的创设问题情境的方法主要有语言创设问题情法、化学实验创设问题情境法、生活事例创设问题情境法、课外活动创设问题情境法、化学史知识创设问题情境法、多媒体技术创设问题情境法等等。应当根据解决化学问题的不同，选择具体的创设问题情境的方法。

总之，通过问题情境的创设，启发诱导学生发现并提出一些有价值的化学问题是CPS模型在化学问题解决教学中应用的第一步。

3.2萌生构想——分析问题

在这个阶段主要是考虑问题解决的多种可能性，通常利用发散思维，采用头脑风暴等思维工具来分析问题，不受限制地提出各种问题解决的可能方案。由于所要解决问题的复杂性，问题分析通常要分几个步骤来进行：确定已有的知识储备；准确表征问题；分析解决问题所用到的知识技能；尽可能多地提出问题解决的参考方案。当然，在具体实施这一步骤的过程中，还要注意几个问题。

首先，CPS模型采用鼓励性评价增强学生分析问题的动机。奥苏贝尔的研究证明，成就动机是学生学习的主要动机、是学习动机的核心。学生的成就动机如果比较强烈，他就会有较强的学习劲头和毅力。因此，在分析问题的过程中，不论学生提出什么样的问题解决方案，即使是异想天开的，教师都应该多从积极的方面去评价，而不应有意制造尴尬，让学生下不了台。这样，学生就会以饱满的热情去分析问题，无所顾忌的、尽可能多的提出问题解决的参考方案。

其次，尽管中小学生思维都有所发展，但是由于受到了思维定式的影响，分析问题时还是不由自主地依靠自己已有的知识并且按照固定思路去考虑问题。当然，信息饱和也有可能堵塞了学生的自由思考和想像的途径，影响了创造性设想方案的产生[9]。CPS模型认为教师在分析问题时，不能包办代替，应尽量让学生自己去分析得出的方案，学生能独立完成的，教师不能暗示，只有当学生确实存在困难时，才给予适当的帮助或提示。

最后，使用CPS模型分析问题时，要努力营造一个宽松、互动、和谐、民主的学习氛围。艾曼贝尔(Amabile)研究认为，应当使学习氛围变得对学生、教师都很重要和有趣；使学生体会到价值感、被爱和被尊重； 使学生意识到他们是积极的学习者, 是学习的主人，并因此感到自豪而骄傲。此种氛围中，教师就像资料库、私人教师和顾问、导师一样工作，采用合作学习的形式多于竞争学习[10]。在分析问题时要多采用小组合作的形式，处理好师生关系和生生关系，在讨论过程中允许有不同的观点、意见，鼓励自由的创造和冒险，宽容失败，发言不能有攻击性。

3.3准备方案——归纳问题

此阶段，采用CPS模型认真地研究以上问题解决方案，重新审视问题解决方案，思考怎样将这些问题解决方案转化成实际行动。从现有的条件、资源出发，选择可行性较高的问题解决方案。这样可以成功地实施有独创性的解决方案。

例如，对上面提到的第四类问题——如何用生活日用品设计一个实用的原电池装置？可以利用CPS模型这样来分析。①确定已有的知识储备——原电池构成原理；②准确表征问题——用日常用品设计一个实用的原电池装置；③分析解决问题所用到的知识技能——原电池构成原理与原电池的电路装配；④尽可能多地提出问题解决的参考方案，分组进行，对各个小组表现进行评价，最后评出优胜者；⑤教师与学生一起归纳出最优的解决方案。

3.4落实方案——解决问题

此阶段CPS模型主要目的是将上述最佳解决方案转变为实际行动，培养学生动手解决问题的能力。

例如，针对“如何用生活日用品设计一个实用的原电池装置”的问题，在教师指导下学生归纳出最优实验方案，教师给出多种实验器材，让学生根据有关要求选择器材进行实验，以锻炼他们的实际动手能力。其中电极材料可以用铝钉/铝钉、铁钉/铝钉、铝钉/牙签、铅笔/铅笔、铅笔/牙签、牙签/牙签、铁钉/镁带、铝钉/铜钥匙、镁带/吸管、铜钥匙/铜钥匙、铜钥匙/吸管、吸管/吸管；电解液可用橘子、苹果、柠檬、梨子、桃子、菠萝、香蕉、可乐、芬达、雪碧等。

3.5反思结论——评价问题

最终可以发现，弗赖登塔尔曾经说过这样一段令人深思的话：“一个问题被解决后, 相应地发展为一种形式化技巧，最终人们把解决问题的过程抛在脑后，使得火热的发明变成冰冷的美丽。”运用CPS模型问题解决后，有必要从不同角度对CPS模型的应用做一个审视与反思，以期使其转化为智慧技能和新的认知图式。反思结论主要包括：评价结论的合理性、对问题答案进行拓展、问题结论隐含的知识、答案存在的问题及原因等。反思会促进师生的理性认识，使成功经验逐步向更高层次发展。

总之，CPS模型在化学问题解决教学中的应用，不仅给学生提供了充分从事化学活动的机会，而且对学生原有化学知识的深化与整合大有裨益；在使学生获得程序性知识的同时，强化了学生发散思维能力与聚合思维能力的训练；在提高学生实际动手能力的同时，培养了学生的创造力。

参考文献：

[1] Parnes，S.J..Creative Behavior Guidebook [M].State University of New York Colloege at Buffalo，Chales Scribner’s Sons，1967，78.

[2] Torrance, E.P..Can We Teach Children to Think Creatively?[J]. Journal of Creative Behavior，1972，（6）：114~143.

[3] Treffinger，D. J. , Isaksen，S.G..Creative Problem Solving-An Introduction [M]. Buffalo：Center for Creative Learning Inc.，1992，56.

[4] Stanish，B.,Fberle，B..Be A Problem-Solver：A Resource Book for Teaching Creative Problem-solving[M]. Waco，TX：Prufrock Press，1997，24.

[5] Isaksen，S. G.,Dorval，K.B.,& Treffinger，D. J.. Creative Approaches to Problem Solving[M]. Second Edition，2000，56.

[6]袁维新. 国外创造性问题解决模型研究[J]. 外国教育研究，2010，（7）：6~10.

[7] 陈爱芯.课堂教学中学生创新精神与问题解决能力的培养[J].山东教育科研，2001，（1）：30~32.

[8]Maker,C.J. Creativity, Intelligence, and Problem Solving: a Definition and Design for Cross-cultural Research and Measurement Related to Giftedness.Gifted Education International，1993，9（2）：67~78.

[9] 教育部科技司，共青团中央学校部，中国（科协）科普研究所.全国青少年创造能力培养系列社会调查和对策研究[M].广州：广东教育出版社，2000：23~26.

[10] Amabile,T.Growing up Creative: Nurturing a Lifetime of Creativity. Crown, New York. 1989.