基于高階思維能力培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)探究問題串探析

黃威

摘要：高階思維能力是一種較高層次的認(rèn)知水平與心智能力，是綜合運(yùn)用分析、評價(jià)與創(chuàng)造思維的能力。在小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)中，教師應(yīng)以真探究問題串驅(qū)動(dòng)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在真情境、真問題、真學(xué)習(xí)與真思考中自我建構(gòu)小學(xué)科學(xué)概念。課堂實(shí)踐表明，并列式、探究式、遞進(jìn)式及延展式四種探究問題串對提升學(xué)生的思維力與探究力等科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展其高階思維能力具有較高價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高階思維；小學(xué)科學(xué)；探究問題串

中圖分類號：G623.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-5995（2018）02-0053-04

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，小學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)要以探究為核心。然而，時(shí)下許多小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)普遍存在以下問題：一是教師有意識地強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作技能與探究方式，缺乏對學(xué)生科學(xué)探究思維過程的引導(dǎo)與點(diǎn)撥；二是分組科學(xué)探究活動(dòng)多采用模式化、扁平化操作模式，停留在認(rèn)知、理解與運(yùn)用等低階思維層次，難以有效培養(yǎng)學(xué)生的分析、綜合與評價(jià)等高階科學(xué)思維能力。鑒于此，研究者嘗試在小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)中強(qiáng)化探究問題串教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生深入體驗(yàn)探究過程，促進(jìn)其高階思維能力發(fā)展。

一、探究問題串與高階思維

（一）探究問題串的內(nèi)涵與類型

王后雄教授認(rèn)為探究問題串是教師以科學(xué)探究為目標(biāo)，設(shè)計(jì)并組織以匯集科學(xué)探究活動(dòng)中內(nèi)在聯(lián)系、實(shí)施過程及學(xué)思結(jié)合的問題群，構(gòu)成一個(gè)目標(biāo)明確、概念清晰、容量龐大且組織嚴(yán)密的問題鏈。[1]王露萍等學(xué)者進(jìn)而提出了探究問題串教學(xué)法，并將其視為一種高效的教學(xué)方式加以推廣，同時(shí)探討了問題串的類型、教學(xué)功能以及設(shè)計(jì)原則。[2]時(shí)下越來越多的學(xué)者嘗試將探究問題串應(yīng)用于不同的教學(xué)內(nèi)容與課型，取得了較好的教學(xué)效果。筆者通過文獻(xiàn)檢索與分析，梳理出適合小學(xué)科學(xué)教學(xué)的四大探究問題串類型，分別是并列式問題串、探究式問題串、遞進(jìn)式問題串以及延展式問題串，如表1所示。表1科學(xué)探究問題串類型

探究問題串類型內(nèi)涵與特點(diǎn)并列式問題串探究問題無主次之分，探究問題之間呈并列的邏輯關(guān)系探究式問題串教師在探究問題情境中設(shè)計(jì)問題，學(xué)生在此情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題遞進(jìn)式問題串探究問題難度分層級，由易到難、層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣延展式問題串探究問題具有發(fā)散性，教師通過若干小問題的引導(dǎo)，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與系統(tǒng)化（二）高階思維與探究問題串的關(guān)系

高階思維集中表現(xiàn)為在問題解決中所表現(xiàn)出來的具有較高認(rèn)知水平層次的能力或心智活動(dòng)。布盧姆將認(rèn)知目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)與創(chuàng)造，前三者屬于低階思維，后三者則是高階思維。這三類高階思維包含了若干子類目，有其各自對應(yīng)的轉(zhuǎn)換說法與定義，如表2所示。

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，教師要將高階思維訓(xùn)練有機(jī)融入日常教學(xué)活動(dòng)之中，引導(dǎo)學(xué)生依托實(shí)驗(yàn)觀察進(jìn)行比較、歸納，建構(gòu)科學(xué)概念，有助于培育他們的高階思維能力。表2高階思維過程維度分類

分類轉(zhuǎn)換說法定義分析——將材料分成若干組成部分，并確認(rèn)這些部分的相關(guān)性1.區(qū)別識別、辨別、聚焦按照恰當(dāng)性或重要性辨析某一整體結(jié)構(gòu)中的各個(gè)組成部分2.組織尋求一致、整合、概括確定事物與情境的要求，識別形成一致結(jié)構(gòu)的方法3.歸因解構(gòu)判斷當(dāng)前材料背后潛在的觀點(diǎn)、偏見、價(jià)值或意圖評價(jià)——依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則做出判斷1.檢查協(xié)調(diào)、檢測、監(jiān)督、測試對某一操作或產(chǎn)品檢查其內(nèi)在的一致性2.評論判斷基于外部準(zhǔn)則或標(biāo)準(zhǔn)來判斷某一產(chǎn)品或操作的恰當(dāng)性創(chuàng)造——整合各要素以形成一個(gè)連貫的整體，重新組成一個(gè)新的模式或結(jié)構(gòu)1.生成假設(shè)表征問題和基于標(biāo)準(zhǔn)提出其他假設(shè)2.計(jì)劃設(shè)計(jì)形成一種解決的計(jì)劃3.貫徹建構(gòu)執(zhí)行計(jì)劃以解決既定的問題二、高階思維視闕下小學(xué)科學(xué)探究問題串的設(shè)計(jì)探究問題串作為具有一定邏輯關(guān)系的問題群，是教師滲透高階思維能力培養(yǎng)的有力抓手。因此，教師要重視小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，將符合學(xué)生心理特點(diǎn)的探究問題串有機(jī)融入學(xué)生自主、合作與探究活動(dòng)的過程中。

（一）構(gòu)建“探究問題串”學(xué)習(xí)共同體

教師在設(shè)計(jì)探究問題串時(shí)要關(guān)注問題與問題之間的關(guān)聯(lián)度與坡度，將問題串等靈活地應(yīng)用于教學(xué)環(huán)節(jié)，盡量讓各個(gè)問題之間形成并列、遞進(jìn)、因果與發(fā)散等邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生整體認(rèn)知、突破難點(diǎn)、激趣促學(xué)，培養(yǎng)其宏觀、全面與縝密的思維方式，體現(xiàn)探究問題串教學(xué)的有效性。

在實(shí)際操作過程中，教師要將促進(jìn)學(xué)生高階思維能力發(fā)展視為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)，充分研究學(xué)情，設(shè)計(jì)一系列與探究主題緊密相關(guān)的探究問題串，搭建螺旋上升的教學(xué)系統(tǒng)，營造多維、開放與和諧的學(xué)習(xí)共同體（如圖1），在教師、學(xué)生與學(xué)習(xí)環(huán)境的互動(dòng)中搭建探究式階梯，最終促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

教師在“探究問題串”學(xué)習(xí)共同體的建設(shè)中要注重以下幾點(diǎn)原則：

第一，以探究的真情境為抓手。學(xué)生在科學(xué)探究之前已積累了一定的科學(xué)前概念與背景知識。在探究教學(xué)中，倘若教學(xué)內(nèi)容不能以此為基礎(chǔ)就無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望與探究熱情。因此，教師要以探究的真情境為抓手，通過引入或創(chuàng)設(shè)真情境喚醒學(xué)生的科學(xué)前概念，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第二，以學(xué)生的真問題為核心。小學(xué)生好奇心強(qiáng)，這是他們熱衷科學(xué)探究活動(dòng)的動(dòng)力源泉。因此，教師以學(xué)生的真問題為核心組織教學(xué)，可以給學(xué)生帶來良好的探究體驗(yàn)，使其仿佛置身于真實(shí)的探究場景，激勵(lì)其進(jìn)行深入分析、評價(jià)與創(chuàng)造。第三，以學(xué)生的真思考為動(dòng)力。教師要以探究的真情境為抓手，圍繞真問題全方位設(shè)計(jì)探究問題串，引導(dǎo)學(xué)生圍繞一個(gè)中心問題，將問題串環(huán)環(huán)相扣，形成一個(gè)整體，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化意識，組織學(xué)生在與同伴交流互動(dòng)中萌生新問題與新見解，不斷質(zhì)疑問難，深入思考，最終指向問題解決。第四，以學(xué)生的真學(xué)習(xí)為目標(biāo)。教師在組織科學(xué)探究活動(dòng)時(shí)要深入研究學(xué)生的思維特征，設(shè)計(jì)具有層次性與開放性的探究問題，秉持由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，基于科學(xué)知識的邏輯順序，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維發(fā)散，強(qiáng)化對新知識的理解，并在此基礎(chǔ)上培育學(xué)生的高階思維能力。

（二）小學(xué)科學(xué)探究問題串的設(shè)計(jì)策略

教師應(yīng)將探究問題串融入科學(xué)探究教學(xué)之中，緊扣教學(xué)目標(biāo)，搭建一系列探究問題串的“認(rèn)知支架”，喚醒學(xué)生已有的科學(xué)前概念與探究熱情，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實(shí)驗(yàn)、分析等親歷探究學(xué)習(xí)過程，學(xué)會演繹、推理、解構(gòu)、歸納與反思。

1.并列式問題串策略

在并列式問題串中，教師所呈現(xiàn)的問題之間呈平行并列關(guān)系，問題之間無主次之分，適用于低年級的科學(xué)課。學(xué)生以探究對象的身份融入活動(dòng)，在模仿探究問題的基礎(chǔ)上批判性地分析自我角色，將主體情感投入探究活動(dòng)，讓自身的思維隨疑而動(dòng)、隨問而變，這是培育學(xué)生高階思維能力的有效途徑。

例如，教學(xué)《給蠶寶寶記日記》時(shí)，教師可以提問：如果你就是那條蠶寶寶，在你的生長過程中，你會選擇怎樣的環(huán)境和條件？并適時(shí)引出下列問題串：（1）你選擇22～28℃還是20℃以下或30℃以上的溫度？為什么？（2）你選擇吃自然狀態(tài)的桑葉還是用水洗過的桑葉？為什么？（3）你在蛻皮時(shí)是喜歡有人幫助還是喜歡自己完成蛻皮？為什么？

教師通過這些問題讓學(xué)生在問題串的引領(lǐng)下思考蠶寶寶的身體特征以及生長過程。學(xué)生從探究者變?yōu)樘骄繉ο?，以蠶寶寶的角色進(jìn)行思考并做出選擇：有的學(xué)生說：“我選擇22～28℃的溫度，這樣的溫度最舒服。”“我”是蠶寶寶，“水洗過的桑葉吃了會讓我拉肚子，要吃自然狀態(tài)的桑葉?！庇械膶W(xué)生認(rèn)為：“蛻皮時(shí)有人幫助會蛻得更快?！狈磳Φ膶W(xué)生認(rèn)為：“蛻皮時(shí)外界的作用反而會帶來干擾，不利于蛻皮?！?/p>

上述三個(gè)問題之間呈平行邏輯關(guān)系，簡單的探究問題串不但讓學(xué)生運(yùn)用了低階思維方式，而且引發(fā)了學(xué)生深層次的思考。這種強(qiáng)有力的思維驅(qū)動(dòng)效應(yīng)不僅有利于學(xué)生運(yùn)用記憶、理解等低階思維方式探究科學(xué)問題，并能提升學(xué)生的歸因、創(chuàng)造等高階思維能力。

2.探究式問題串

設(shè)計(jì)、提出探究式問題串的過程是學(xué)生自我建構(gòu)知識的過程，這一過程有助于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、正確的思維方法與務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。教師要引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)與提煉探究式問題，促進(jìn)自身知識的建構(gòu)。探究式問題串有多種解決方法，有時(shí)甚至要求學(xué)生整合不同領(lǐng)域的知識方能求解，有助于培育學(xué)生演繹推理、模型建構(gòu)、批判思維、歸納與創(chuàng)造等高階思維能力，建構(gòu)科學(xué)概念。

例如，教學(xué)《不同的聲音》時(shí)，教師用玩具鋼琴彈奏一段樂曲之后，學(xué)生對探究聲音音調(diào)有高有低的原因產(chǎn)生了興趣，學(xué)生會產(chǎn)生疑問：“為什么看起來一樣的琴鍵按下去產(chǎn)生的音調(diào)有高有低呢？造成音調(diào)高低的主要因素是什么？”針對學(xué)生的問題，教師設(shè)計(jì)了一系列驗(yàn)證性問題：（1）粗橡皮筋和細(xì)橡皮筋，哪個(gè)彈出的音調(diào)高？（2）長橡皮筋和短橡皮筋，哪個(gè)彈出的音調(diào)高？（3）松橡皮筋和緊橡皮筋，哪個(gè)彈出的音調(diào)高？（4）通過對以上探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析歸納，我們可以得出什么結(jié)論？

教師讓學(xué)生對這些驗(yàn)證性問題進(jìn)行探究，解決自己提出的問題，能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種思維類型的能力。例如，第三題需要學(xué)生排除各類干擾因素，實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)確無誤，方能得出正確結(jié)論；第四題為學(xué)生提供了批判性、反思性、推理性思維空間，有助于學(xué)生評價(jià)性、創(chuàng)造性思維的發(fā)展。學(xué)生直面新問題情境時(shí)要整合觀察與探究的發(fā)現(xiàn)結(jié)果，經(jīng)過分析、推理、歸納、反思等思維過程，最終發(fā)現(xiàn)橡皮筋與音調(diào)高低之間的關(guān)系：橡皮筋引起振動(dòng)頻率快慢導(dǎo)致音調(diào)高低不同，建構(gòu)起了“聲音音調(diào)高低取決于物體振動(dòng)頻率快慢”的科學(xué)概念。這種引發(fā)學(xué)生認(rèn)知變化的“做思結(jié)合”的學(xué)習(xí)活動(dòng)，是學(xué)生高階思維培育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.遞進(jìn)式問題串

教師在搭建問題支架時(shí)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)干預(yù)，對培育學(xué)生的高階思維能力至關(guān)重要。遞進(jìn)式問題串實(shí)際上為學(xué)生搭建了一個(gè)難度適中、思維分級、導(dǎo)學(xué)激趣的學(xué)習(xí)腳手架，使學(xué)生在由淺入深、環(huán)環(huán)相扣的精細(xì)化科學(xué)問題情境中不斷建構(gòu)知識，提升高階思維能力。

例如，教學(xué)《鐵釘生銹了》時(shí)，教師設(shè)置了一級問題“什么樣的環(huán)境，鐵釘會生銹呢？”統(tǒng)領(lǐng)后面三個(gè)二級問題：（1）無水無空氣的環(huán)境，鐵釘會生銹嗎？（2）水和空氣有其一的環(huán)境，鐵釘會生銹嗎？（3）有水有空氣的環(huán)境，鐵釘會生銹嗎？三個(gè)問題之間存在層層遞進(jìn)的邏輯關(guān)系。教師通過設(shè)計(jì)“兩者均不滿足”，“兩者只滿足其一”以及“兩者均滿足”三種條件呈遞進(jìn)關(guān)系的問題串，探究空氣和水與鐵釘生銹之間的關(guān)系。學(xué)生通過觀察、分析、歸納、整合與評價(jià)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出“鐵釘生銹源于空氣和水”的結(jié)論，使自身的思維方式逐漸從低階走向高階。

教師設(shè)計(jì)遞進(jìn)式問題串有助于搭建學(xué)生思考的有效支架，引導(dǎo)學(xué)生自覺對比與梳理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在各階段探究過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象蘊(yùn)涵的原理。學(xué)生運(yùn)用整合、解構(gòu)、歸納等高階思維能力，能發(fā)展思維的嚴(yán)謹(jǐn)性與邏輯性。

4.延展式問題串

教師設(shè)計(jì)延展式問題串有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，延展式問題串呈現(xiàn)于教學(xué)的鞏固與拓展環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生在鞏固所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，構(gòu)建系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化的知識，突破科學(xué)探究的難點(diǎn)。

例如，教學(xué)《變色花》時(shí)，教師設(shè)計(jì)了如下延展式問題串：（1）紫甘藍(lán)水與不同物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)呈紅色、紫色、綠色說明什么？（2）紫甘藍(lán)水分別與茶水、白醋反應(yīng)呈現(xiàn)不同紅色說明什么？（3）紫甘藍(lán)水分別與石灰水、小蘇打水反應(yīng)呈現(xiàn)不同綠色說明什么？（4）分析以上問題我們可以收獲什么？教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞上述問題串，制訂實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行操作，通過分析、歸納與反思實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生思維的立體化與縱深化發(fā)展。

上述問題之間呈現(xiàn)出延展關(guān)系：第二、三題是第一題的延展，第四題與前三個(gè)問題之間形成遞進(jìn)關(guān)系，是前三個(gè)問題的升華。教師在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，模擬經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)生活化延展實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)出延展式問題，有助于喚醒學(xué)生發(fā)散思維、類比推理思維，引導(dǎo)學(xué)生深度反思模擬實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生對酸堿指示劑、酸性、中性與堿性物質(zhì)概念的理解，同時(shí)學(xué)生也延伸出對定性實(shí)驗(yàn)多樣性與可研究性的認(rèn)知以及對酸堿物質(zhì)強(qiáng)弱比較的認(rèn)知。

延展式問題串重在喚醒與分析，即喚醒學(xué)生儲備的科學(xué)前概念并分析已有認(rèn)知情境的要求，幫助學(xué)生理解與內(nèi)化經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的共性特征。學(xué)生經(jīng)歷了對整體實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與本質(zhì)的思辨過程，加深了思維深度，掌握了多維鏈接技能，極大地促進(jìn)了自身的分析、評價(jià)、創(chuàng)造等高階思維能力向縱深方向發(fā)展。

三、反思與總結(jié)

這四種探究問題串各有優(yōu)點(diǎn)：并列式問題串的問題呈平行結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生理清知識脈絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從低階思維向高階思維轉(zhuǎn)換；探究性問題串的核心是“探究”，有助于引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看出本質(zhì)，進(jìn)而提出問題、分析問題與解決問題，實(shí)現(xiàn)培育學(xué)生科學(xué)探究意識的目的；遞進(jìn)式問題串有助于學(xué)生形成逐層遞進(jìn)思維方式，加深思維深度與拓寬思維廣度；延展式問題串有助于學(xué)生形成發(fā)散思維、類比推理思維，進(jìn)而將已學(xué)知識系統(tǒng)化與結(jié)構(gòu)化，形成系統(tǒng)性思維框架。當(dāng)然，教師在教學(xué)同一個(gè)知識點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)不同的學(xué)情選擇不同形式的問題串，也可將之整合使用。

哈佛大學(xué)心理學(xué)教授D.Perkins認(rèn)為，高階思維能力就像百米賽跑一樣需要訓(xùn)練才能掌握。[3]因此，教師以探究問題串為抓手設(shè)置貼切的問題情境，引發(fā)學(xué)生深層次思考，憑借探究來獨(dú)立分析解決問題，能培育學(xué)生的高階思維能力。這與日本數(shù)學(xué)家廣中平佑所倡導(dǎo)的“長期思考有助于思維發(fā)展，缺乏經(jīng)歷或充分體驗(yàn)長期思考訓(xùn)練，就無法深刻思考問題”[4]觀念不謀而合。因此，在實(shí)際教學(xué)中，科學(xué)教師要充分利用探究問題串，設(shè)計(jì)多樣的探究問題，推動(dòng)學(xué)生高階思維的發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：夏豪杰）