长久以来,我国大力推行的化学课程改革,都十分注重实验的教育功能,肯定了实验在培养学生核心素养方面的重要作用。学生问题解决能力的培养不仅是化学新课程的要求,更是我国基础教育改革与发展的重要内容。因此,化学实验问题解决的研究一直受到化学学科研究学者与教育研究者的关注。论文以甲醛与氢氧化铜反应为例,旨在探究不同水平学生在不同层面及不同开放程度化学实验问题解决中的认知结构与思维水平是否存在差异。论文以信息加工理论和体验学习理论为基础,详细阐述了化学实验问题解决、思维过程等概念,系统搜集化学实验问题解决思维过程和甲醛与氢氧化铜反应实验等已有资料,在此基础上总结并反思国内关于该课题需要解决的问题。开展甲醛与氢氧化铜反应的实验本体研究,确定实验条件、分析实验产物并得出实验结论。以此为基础开发了用于团体测试的化学实验问题解决思维过程测评问卷,基于Rasch模型进行分析检测并进行工具修订;同时开发用于个案研究的化学实验核心问题任务和辅助问题任务;为进行定量研究,编制了用于口语报告分析的编码和实验操作评价量规。实证阶段分别从三个层面进行化学实验问题解决研究:选取117人进行纸笔测试,运用方差分析问卷测试结果;选取9人进行口语报告,分析问题解决方法与路径;选取6人进行设计操作,基于问题行为图进行定性分析和基于量规进行定量分析。研究结果表明:学生对不同类型知识掌握程度不同;设计操作层面实验问题解决有利于探察学生认知结构与思维水平;行事风格影响实验问题解决;开放性实验有利于培养学生思维能力。根据研究结果,为提高学生化学实验问题解决能力提出相应的建议。