“結(jié)構(gòu)不良問題”：中學(xué)理科教材不應(yīng)忽視的問題構(gòu)造取向

楊承印，楊 寶，楊 帆

（1.陜西師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710062；2.德克薩斯A&M大學(xué) 化學(xué)系，美國 德克薩斯州 77840）

人類科學(xué)探究活動始于問題，科學(xué)探究的教與學(xué)同樣離不開對問題的追思。在理科教材中設(shè)置問題情境是建構(gòu)科學(xué)探究活動的肇始。而情境中的“問題”設(shè)置如果要適應(yīng)教材內(nèi)容的整體邏輯，則該“問題”必然會被改造，心理學(xué)上把這種“問題”稱作是結(jié)構(gòu)良好問題，如果“問題”沒有被改造，取自原生態(tài)，則把這種“問題”稱作是結(jié)構(gòu)不良問題。作為科學(xué)教材編制，不能劍走偏鋒，僅僅設(shè)置結(jié)構(gòu)良好問題，這樣必然會造成教育與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，但是如果純粹設(shè)置結(jié)構(gòu)不良問題，教學(xué)內(nèi)容的邏輯性必然缺失［1］。如果從便教利學(xué)角度來考慮，教材編制要遵從知識邏輯順序、學(xué)生認(rèn)知順序和心理發(fā)展順序，如何在這些關(guān)系中抉擇，既是課程編制者思考的問題，也是科學(xué)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時無法逾越的問題。

筆者認(rèn)為將結(jié)構(gòu)不良問題與理科教材編制進(jìn)行融合，來呈現(xiàn)高端要求的科學(xué)探究教材，以此實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃地通過解決結(jié)構(gòu)不良問題來培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而促使學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。

一、結(jié)構(gòu)不良問題的含義及特征

Reitman（1965）首次從認(rèn)知心理學(xué)的角度區(qū)分了結(jié)構(gòu)良好問題（well-structured problem）和結(jié)構(gòu)不良問題（ill-structured problem）。前者是初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和算子都很明確的問題，而后者則是這三者中至少有一個沒有明確界定的問題［2］。在這里結(jié)構(gòu)不良問題并不是指這個問題本身有什么錯誤或是不恰當(dāng)，而是指它沒有明確的結(jié)構(gòu)或解決途徑。例如，讓學(xué)生考察當(dāng)?shù)爻鞘械奈廴緺顩r并寫出一篇論文，其初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)甚至問題解決方案都不明確，是名副其實(shí)的結(jié)構(gòu)不良問題。

結(jié)構(gòu)不良問題的主要特征有：1）問題條件或數(shù)據(jù)部分呈現(xiàn)或冗余；2）問題目標(biāo)界定不明確；3）具有多種解決方法、途徑，有時甚至沒有解決辦法；4）具有多種評價解決方法的標(biāo)準(zhǔn)；5）所涉及的概念、規(guī)則和原理等不確定，或者不知道如何應(yīng)用他們解決問題；6）沒有一般性的規(guī)則或原理來描述或預(yù)言大多數(shù)案例；7）需要學(xué)習(xí)者表達(dá)個人對問題的觀點(diǎn)或信念；8）沒有確切的方法確定行為是否合適；9）與真實(shí)生活情境相關(guān)［3-4］。

需要指出，結(jié)構(gòu)不良問題并不需要在所有方面都具有結(jié)構(gòu)不良的特征。問題的結(jié)構(gòu)不良程度可以有所不同，既可以在某一方面具有結(jié)構(gòu)不良的特征，也可以在所有方面都具有結(jié)構(gòu)不良的特征。如果將結(jié)構(gòu)良好問題和在所有方面均結(jié)構(gòu)不良的問題之間視作一個連續(xù)體，很多結(jié)構(gòu)不良問題可能位于連續(xù)體的中間［5］?？梢园呀Y(jié)構(gòu)不良問題歸屬于科學(xué)探究中的高端探究，因?yàn)樗髮W(xué)生參與活動的過程要素更多，問題更加開放，需要教材、教師、教學(xué)條件以及學(xué)生的熱情，少了哪一條都無法很好地解決科學(xué)探究中的這些結(jié)構(gòu)不良問題。

二、結(jié)構(gòu)不良問題在理科教材中的呈現(xiàn)

要將結(jié)構(gòu)不良問題應(yīng)用于理科教材，就必須為結(jié)構(gòu)不良問題尋找一個載體，而教材是課程實(shí)施的藍(lán)本，是最基本的課程資源。因此，將教材作為結(jié)構(gòu)不良問題的承載者是最有效的融合途徑。那么對于在理科教材中為什么融入，能否融入，如何融入就成為一個焦點(diǎn)。

1.為什么要將結(jié)構(gòu)不良問題融入教材？

因長期受應(yīng)試教育影響，學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)結(jié)構(gòu)存在明顯缺陷，其表現(xiàn)之一就是解決實(shí)際生活和工作情境問題的能力薄弱?！疤焯炫W(xué)習(xí)，但面對實(shí)際問題時卻束手無措”已經(jīng)成為來自學(xué)生心靈深處難以隱去的嘆息。究其原因，是由于習(xí)得了太多的被教材改造成結(jié)構(gòu)良好的問題，這些問題可以很專業(yè)，可以很抽象，無需考慮具體的情境；這些問題可以由學(xué)生個體單獨(dú)解決，因?yàn)樗鼈冇写_定的答案，有“對”或“錯”之分。然而現(xiàn)實(shí)生活和職業(yè)生涯中的問題多是結(jié)構(gòu)不良型，解決結(jié)構(gòu)良好與不良這兩類問題所需要的技巧和能力是不同的，也就是說可以出色地解決課堂上的結(jié)構(gòu)良好問題并不能保證可以成功地完成現(xiàn)實(shí)生活中的結(jié)構(gòu)不良問題［6］。學(xué)生會熟練寫出乙醇被氧化生成乙酸的反應(yīng)方程式，但對于狗惡酒酸（語出自漢·韓嬰《韓詩外傳》卷七，注意那時蒸餾酒還沒有出現(xiàn)，是稠酒）這個問題會一籌莫展。要改變這種現(xiàn)狀，就必須從培養(yǎng)學(xué)生解決結(jié)構(gòu)不良問題的能力入手，這是擺在理科教材面前十分重要的課題。

如果說學(xué)校教育不給學(xué)生提供分析和解決結(jié)構(gòu)不良問題的機(jī)會，以致從根本上造成了學(xué)生所謂的“高分低能”現(xiàn)象［7］，倒不如說理科課程設(shè)計(jì)者很少或者沒有將結(jié)構(gòu)不良問題系統(tǒng)地融入教材，沒有給教師和學(xué)生提供認(rèn)識和學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)不良問題的機(jī)會，以致教師從來沒有真正意識到結(jié)構(gòu)不良問題對學(xué)生發(fā)展的作用，當(dāng)然更不明白如何利用這類問題來提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。當(dāng)通過結(jié)構(gòu)不良問題的解決來提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力的觀點(diǎn)已得到眾多研究者的認(rèn)可之時，當(dāng)學(xué)校教育因?yàn)閺奈唇o學(xué)生呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)不良問題而受到批判之時，更應(yīng)該考慮如何將結(jié)構(gòu)不良問題通過教材這個文化中介來與學(xué)校教育相融合，這才是問題的關(guān)鍵所在。

2.能否在教材中融入結(jié)構(gòu)不良問題？

要將結(jié)構(gòu)不良問題解決作為教材內(nèi)容的重要成分，與學(xué)科知識的教學(xué)相結(jié)合，與科學(xué)探究教學(xué)過程相結(jié)合，那么就不得不回答以下兩個問題。

（1）教學(xué)內(nèi)容能否以結(jié)構(gòu)不良問題呈現(xiàn)？ 結(jié)構(gòu)不良問題并不需要在所有方面都具有結(jié)構(gòu)不良的特征，問題的結(jié)構(gòu)不良程度可以有所不同，這就為其在中學(xué)教材中的融合奠定了基礎(chǔ)。

以香港麥克米倫《高中化學(xué)1A》為例，其“第二篇 常見金屬”共安排了6節(jié)內(nèi)容，分別從金屬的性質(zhì)、用途、結(jié)構(gòu)、存在、制備等方面展開，最后來一個學(xué)生活動總結(jié)：

試進(jìn)行角色扮演，假設(shè)你是下列人物，你對以下問題有什么意見?

“我們應(yīng)否停止用鋁制造飲料罐？”

（a）制鋁罐的工廠工人；（b）使用鋁罐的飲料公司所有者；（c）環(huán)境保護(hù)局的官員；（d）發(fā)展中國家的鋁礦開采工人。

考慮因素：

（1）鋁會污染環(huán)境；（2）開采鋁會對環(huán)境造成破壞；（3）可以用玻璃取代鋁制造飲料罐；（4）鋁的性質(zhì)適宜用來制造飲料罐；（5）我需要工作；（6）我們的國家需要這些錢來喂養(yǎng)人民和教育孩子；（7）我們可以循環(huán)使用鋁罐；（8）地球仍有大量鋁可以開采［8］。

這是一個典型的結(jié)構(gòu)不良問題的應(yīng)用實(shí)例。

新課程之后的中學(xué)化學(xué)教材在這方面有了很大的改進(jìn)，如人教版高中必修模塊《化學(xué)2》在“第二章化學(xué)反應(yīng)與能量”的“第二節(jié)化學(xué)能與電能”，基礎(chǔ)知識學(xué)完之后，設(shè)置了這樣一個實(shí)踐活動：利用水果如蘋果、柑橘、檸檬或番茄等制作原電池。這是一個只有親歷親為之后方能得知其中奧秘的動手操作與理性思維相結(jié)合的典型案例，是一個很好的結(jié)構(gòu)不良問題。我們建議，如果能對整個教材做這樣的總體設(shè)計(jì)，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高自不待言。

（2）教師的素質(zhì)以及學(xué)校的條件能否滿足解決結(jié)構(gòu)不良問題教學(xué)的要求？ 當(dāng)結(jié)構(gòu)不良問題系統(tǒng)地融入教材之后，教師及學(xué)校的條件就成為結(jié)構(gòu)不良問題教學(xué)能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。當(dāng)下的課程改革不僅使教師的教育理念得以轉(zhuǎn)變，也使教師的素質(zhì)得到了提升。講授抽象知識的觀念不再被教師作為唯一，以學(xué)生發(fā)展為本的新理念正在被越來越多的教師所接受，并逐漸內(nèi)化為教師自己的思想；“填鴨式”的教學(xué)模式不再被青睞，相反科學(xué)探究式教學(xué)正在被越來越多的教師所關(guān)注并實(shí)踐。探究教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生主動參與，樂于探究，強(qiáng)調(diào)教師的引導(dǎo)作用；在結(jié)構(gòu)不良問題解決的教學(xué)中教師的作用就是為學(xué)生提供支架，提供示范，將學(xué)生從被動的信息接受者變?yōu)橹鲃拥男畔⒓庸ふ呒皬?fù)雜情境下的問題解決者，這樣，科學(xué)探究與結(jié)構(gòu)不良問題設(shè)置這兩者在教材編制中就不謀而合，相互強(qiáng)化學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。比如實(shí)驗(yàn)室用乙醇和濃硫酸反應(yīng)制取乙烯，若作為結(jié)構(gòu)良好問題，當(dāng)溫度升高到170℃以上時教師只要把制得的氣體通入酸性高錳酸鉀溶液或溴水里即可。然而實(shí)際問題并不是這么簡單，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，被加熱的燒瓶里溶液的顏色為什么會變黑？所制得氣體的氣味為什么具有刺激性？這氣味是由哪些雜質(zhì)產(chǎn)生的？為什么會產(chǎn)生這些雜質(zhì)？又如何將其分離？這就將結(jié)構(gòu)良好問題轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)不良問題，有利于學(xué)生體驗(yàn)更為豐富的實(shí)驗(yàn)過程，全面地把握實(shí)驗(yàn)事實(shí)。

此外，國家及各級教育行政部門已加大對基礎(chǔ)教育教學(xué)設(shè)施的投入，為結(jié)構(gòu)不良問題解決的教學(xué)提供了條件支持。總而言之，此次課程改革為結(jié)構(gòu)不良問題的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

3.如何在教材中融入結(jié)構(gòu)不良問題

如何將結(jié)構(gòu)不良問題融入教材，才能使教師的教學(xué)有效展開？這可以從以下幾個方面來融合。

第一，基于課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行融合。課程標(biāo)準(zhǔn)是課程開發(fā)、教學(xué)實(shí)施、評價實(shí)施的依據(jù)與底線，也是保證教育質(zhì)量的重要政策性文件?；谡n程標(biāo)準(zhǔn)編寫有利于避免由個人主觀性及個人經(jīng)驗(yàn)所導(dǎo)致的質(zhì)量問題，從而確保教材質(zhì)量，提升教學(xué)質(zhì)量；而且有利于把握學(xué)生的知識基礎(chǔ)，提供與學(xué)生的知識基礎(chǔ)相適宜的結(jié)構(gòu)不良問題，從而提升教學(xué)效率。此外，有利于將知識學(xué)習(xí)融入結(jié)構(gòu)不良問題解決的學(xué)習(xí)過程中，實(shí)現(xiàn)掌握知識與提升結(jié)構(gòu)不良問題解決能力之雙重目的。比如高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)之選修模塊5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的主題4：“舉例說明新型高分子材料的優(yōu)異性能……討論有機(jī)合成在……提高生活質(zhì)量方面的貢獻(xiàn)。”人教版《化學(xué)》該模塊便有“科學(xué)探究”欄目：用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法測定尿不濕（聚丙烯酸鈉）、醫(yī)用脫脂棉或餐巾紙的吸水率，該實(shí)驗(yàn)位置安排合適，材料易得，實(shí)驗(yàn)手段簡單，瞄準(zhǔn)生活實(shí)際，很能體現(xiàn)三維課程目標(biāo)。

第二，基于學(xué)生的心理發(fā)展和認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行融合。解決結(jié)構(gòu)不良問題所需的成分有領(lǐng)域知識、元認(rèn)知、非認(rèn)知變量（包括情感、價值觀、動機(jī)、情緒和態(tài)度）、辯護(hù)能力等。毫無疑問，在學(xué)生的成長過程中這些成分都會逐漸具備，但是不同年齡段學(xué)生所具備的程度是有差異的。例如個體元認(rèn)知能力的發(fā)展會隨著年齡的增長和教育訓(xùn)練的增加逐漸發(fā)展，在同一項(xiàng)認(rèn)知任務(wù)中，較大兒童常常能比較小兒童更好地評估任務(wù)的復(fù)雜性和調(diào)控自己的表現(xiàn)［9］。因此應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)由易到難、逐級遞進(jìn)、螺旋上升的結(jié)構(gòu)不良問題。從對化學(xué)理論基礎(chǔ)——原子概念——的認(rèn)識，就能體現(xiàn)這種思想。

在啟蒙階段的9年級化學(xué)中，基于學(xué)生心理發(fā)展的特性，主要從宏觀的個人經(jīng)驗(yàn)角度簡要認(rèn)識原子的微粒性、組成及其性質(zhì)（《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，2011）。到了高中必修模塊化學(xué)2，在學(xué)生年齡進(jìn)入準(zhǔn)成人階段，進(jìn)一步認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)，核外電子分層排布，但仍然停留在宏觀層面。但是蘇教版的《化學(xué)2》在該書的最后，列出了原子結(jié)構(gòu)理論從1774年拉瓦錫質(zhì)量守恒定律到1981年掃描隧道顯微鏡的發(fā)明為止的18條相關(guān)事實(shí)，要求學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索式的科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程，既為前面初、高中分階段學(xué)習(xí)給出該概念一個整體認(rèn)識，又為后面的基于微觀模型的選修模塊學(xué)習(xí)給出發(fā)展性的認(rèn)識。到了選修模塊3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》時，教材完全摒棄宏觀低速物體運(yùn)動的個人生活經(jīng)驗(yàn)，通過建立物體微觀高速運(yùn)動模型、原子結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史，來認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)構(gòu)造，原子核外電子排布與能量關(guān)系，使得成人階段的高中生的關(guān)于原子的認(rèn)識直接提高到20世紀(jì)科學(xué)家的水平。教材編寫至此其認(rèn)識已經(jīng)從兒童到成人，完成一個循環(huán)。教材把著名科學(xué)哲學(xué)家Rom Harré所做的我們生存的世界的三類實(shí)體（宏觀物體、微觀物體、理論對象）劃分均作了巧妙的融合［10］。相反，如果一次性將原子概念從數(shù)理表達(dá)、微觀推論到宏觀表象一股腦呈現(xiàn)在9年級少年兒童面前，肯定會遭到無情的失敗。

第三，基于現(xiàn)實(shí)的教學(xué)條件進(jìn)行融合。結(jié)構(gòu)不良問題大多源自現(xiàn)實(shí)情境，其教學(xué)對教師及其他教學(xué)資源的要求相對較高，因此在編制時既要考慮地區(qū)特色，又要斟酌地區(qū)差異，確保其教學(xué)有效落實(shí)。魯科版高中選修教材《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》在編寫完羧酸性質(zhì)之后，設(shè)置了一個探究實(shí)驗(yàn)：肥皂的制備。首先從制備原理——皂化反應(yīng)出發(fā)，然后選取原料以后，按照3個步驟進(jìn)行操作，在操作過程中總結(jié)出最佳制作條件，最后再提出兩個問題，以提醒制備操作中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題。教材中這個結(jié)構(gòu)不良問題的選擇，由于材料的易得，使得不同地域的學(xué)生都能夠完成。

三、結(jié) 語

本文主張?jiān)诮滩闹袆?chuàng)設(shè)結(jié)構(gòu)不良問題，把它作為科學(xué)探究問題情境的基礎(chǔ)，進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，以此實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃地開展結(jié)構(gòu)不良問題解決的教學(xué)，但這樣做，并不否定知識學(xué)習(xí)的重要性。因?yàn)閷W(xué)科知識是結(jié)構(gòu)不良問題解決的基礎(chǔ)，而且結(jié)構(gòu)不良問題解決的過程有利于學(xué)生高效地建構(gòu)知識。因此我們相信通過有計(jì)劃地開展結(jié)構(gòu)不良問題解決的教學(xué)不但不影響知識學(xué)習(xí)，還能為學(xué)生日后解決錯綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］斯海霞.基于結(jié)構(gòu)不良問題解決的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)［J］.外國中小學(xué)教育，2012，（10）：46-53.

［2］李同吉，吳慶麟.論解決結(jié)構(gòu)不良問題的能力及其培養(yǎng)［J］.華東師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報，2006，（1）：63-68.

［3］Namsoo Shin，David H.Jonassen，Steven McGee.Predictors of Well-Structured and Ill-Structured Problem Solving in an Astronomy Simulation［J］.Journal of Research in Science Teaching，2003，（1）：6-33.

［4］David H.Jonassen.InstructionalDesign Models for Well-Structured and Ill-Structured Problem-Solving Learning Outcomes［J］.Educational Technology：Research and Development，1997，（1）：65-94.

［5］陳琦，劉儒德.教育心理學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］Ikseon Choi，Kyunghwa Lee.Designing and Implementing a Case-Based Learning Environment for Enhancing Ill-Structured Problem Solving：Classroom Management Problems for Prospective Teachers［J］.Educational Technology Research and Development，2009，（1）：99-129.

［7］魯志鯤，申繼亮.結(jié)構(gòu)不良問題解決及其教學(xué)涵義［J］.中國教育學(xué)刊，2004，（1）：44-47.

［8］夏偉富.化學(xué)1A教師用書［M］.上海：上海外語教育出版社，2003.

［9］邵志芳.認(rèn)知心理學(xué)——理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用［M］.上海：上海教育出版社，2006.

［10］Rom Harré.Varieties of Realism：A Rationale for the Natural Sciences［M］.Oxford：Blackwell Pub，1987.