提升學(xué)生問題表征能力的思考與實踐*

伯海英 （福建省廈門市教育科學(xué)研究院 福建廈門 361004）

問題解決能力是學(xué)生素養(yǎng)中的核心能力，必須在問題解決過程中形成和發(fā)展。有意義的學(xué)習(xí)離不開問題解決，學(xué)生理解問題情境中的關(guān)鍵信息，并應(yīng)用所學(xué)知識、技能進(jìn)行比較、分析、綜合、推理等解決問題，有利于發(fā)展其高階思維，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。然而，當(dāng)前初中生物學(xué)教學(xué)囿于低階認(rèn)知目標(biāo)的現(xiàn)象仍普遍存在，有些教師認(rèn)為，對于初中學(xué)生而言，真實的問題情境過于復(fù)雜，因此，對情境過度抽簡精煉，或由教師對情境進(jìn)行詳析，以一種“簡化”方式教給學(xué)生。實際上，少了“問題表征”環(huán)節(jié)，對發(fā)展學(xué)生的問題解決能力十分不利。問題表征不到位已然成為初中學(xué)生解決生物學(xué)問題的瓶頸，筆者通過課堂觀察和訪談對改善學(xué)生問題表征問題進(jìn)行了實踐探索。

1 對問題表征能力的基本認(rèn)識

美國心理學(xué)家西蒙認(rèn)為，在解決問題的過程中，當(dāng)需要解決的問題起始狀態(tài)是A，目標(biāo)狀態(tài)是B，且A→B 的路徑未知或不夠清晰時，產(chǎn)生的認(rèn)知沖突狀態(tài)就是“問題”；解決問題需運用知識、方法、策略等將已知信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，打通A 到B 的通路，問題表征是解決問題的第1 步[1]。問題表征是學(xué)生將情境信息與自身已有知識、經(jīng)驗、解決問題圖式等相結(jié)合，分析需解決的問題是什么（目標(biāo)狀態(tài)），有哪些條件或限制（起始狀態(tài)），需哪些相關(guān)知識和方法（路徑）等。即問題表征是學(xué)生對具體的問題信息進(jìn)行感知提取、理解內(nèi)化、轉(zhuǎn)換表達(dá)的認(rèn)知過程，直接影響解決問題的方向和效率。筆者在課堂觀察和學(xué)生訪談中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生無法解決問題不是因為知識缺失，而是因為看不懂題意、錯失關(guān)鍵信息或理解偏差。

觀察和訪談的研究表明，學(xué)生表征初中生物學(xué)相關(guān)問題時，主要受問題情境、知識理解和結(jié)構(gòu)化程度及思維能力和方式的影響。問題情境即呈現(xiàn)問題的方式。學(xué)生對問題情境的熟悉程度，以及在同類情境中解決問題的經(jīng)驗和技能，直接影響其問題表征。在同等問題難度下，呈現(xiàn)問題情境的方式越新穎，學(xué)生問題表征費時越多，不完整表征的可能性越大；在相同新情境下，知識豐富且結(jié)構(gòu)化程度較高的學(xué)生，更容易捕捉關(guān)鍵信息，準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)相關(guān)知識，快速形成對問題的正確表征。

2 初中生物學(xué)問題表征常用方法及應(yīng)用

為了方便討論，將學(xué)生需要解決的問題分為2 類，一類是課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，另一類是應(yīng)用知識解題。課堂學(xué)習(xí)任務(wù)具有一定的綜合性，需合作并展開解決問題的過程；應(yīng)用知識解題，更多傾向于學(xué)生獨立思考的過程。這2 類問題需要的問題表征方法既有共性，也有不同。

2.1 標(biāo)注關(guān)鍵信息 這是解題最常見的策略之一，主要指向?qū)W生的字面表征，要求學(xué)生捕捉并理解問題中的關(guān)鍵詞句。教師經(jīng)常強調(diào)在解題時應(yīng)標(biāo)注關(guān)鍵信息，但很少概括哪些是關(guān)鍵信息。實際上，學(xué)生真正困惑的是“哪些是關(guān)鍵信息？”關(guān)鍵信息是指題目情境中與答題有關(guān)的信息，選擇題往往涉及具體生物、約束條件、圖注信息、問題落點等；非選擇題中信息更豐富，以科學(xué)探究類試題為例，往往涉及研究目的、實驗原理、實驗變量、研究步驟、實驗結(jié)果圖表等。

例1，黃豆種子在萌發(fā)過程中，胚根發(fā)育成幼根需要的營養(yǎng)物質(zhì)主要來自（ ）。

A.胚芽 B.胚根 C.胚乳 D.子葉

例1 是一道簡單的選擇題，起始條件是“黃豆種子”“胚根發(fā)育成幼根需要營養(yǎng)物質(zhì)”；要解決的問題是“營養(yǎng)物質(zhì)來自哪里？”學(xué)生正確表征問題時需進(jìn)行如下轉(zhuǎn)換：①黃豆是雙子葉植物；②黃豆種子的營養(yǎng)主要儲存在子葉中；③胚根發(fā)育成幼根發(fā)生在種子萌發(fā)過程中。其中，關(guān)鍵信息是“黃豆是雙子葉植物”，一旦誤判就可能錯答。

不同水平學(xué)生的字面表征能力有顯著差異，教師指導(dǎo)策略應(yīng)有不同。尤其是文字量較大的非選擇題，對于優(yōu)秀學(xué)生來說，可在首次快速瀏覽題目時做一部分標(biāo)注，再結(jié)合設(shè)問補充、確定關(guān)鍵信息；對于學(xué)習(xí)水平中等或較低的學(xué)生，應(yīng)先通讀題干，了解概要，再從問題出發(fā)有針對性地閱讀和標(biāo)注，甚至還需多次閱讀才能有效定位。研究表明，學(xué)生的字面表征能力與其閱讀能力相輔相成[2]。教師應(yīng)通過有針對性的訓(xùn)練提升學(xué)生科學(xué)閱讀的能力，使其掌握標(biāo)注信息的方法，提升問題表征的速度和準(zhǔn)確性。

不同的試題呈現(xiàn)方式及標(biāo)注關(guān)鍵信息的策略不盡相同。例2 以圖解形式呈現(xiàn)資料，信息量較大。在快速通讀、大致了解內(nèi)容后，應(yīng)通過設(shè)問反向閱讀，才能有針對性地標(biāo)注有效關(guān)鍵詞。

例2（2020 年福建省生物學(xué)中考第29 題），人類社會的發(fā)展史也是人類與傳染病的斗爭史。閱讀資料（圖1）并回答（問題略）。

圖1 2020年福建省生物學(xué)中考第29題圖

2.2 運用圖解分析 學(xué)生用圖解理解問題的方式即圖解表征。在課堂學(xué)習(xí)和解題中均可運用圖解進(jìn)行問題表征。較常用的概念圖、思維導(dǎo)圖能幫助學(xué)生建立與解決問題有關(guān)的概念、方法之間的相互聯(lián)系，提高解決問題的水平。一般來說，學(xué)生繪制的圖解越豐富概念表征的水平越高。

例3 是在復(fù)習(xí)課中設(shè)計的一個學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生綜合所學(xué)知識為菜農(nóng)提高大棚番茄產(chǎn)量提出建議。學(xué)生在問題表征時，首先，要明確問題的起始狀態(tài)是在“溫室大棚”種植番茄，目標(biāo)狀態(tài)是“提高產(chǎn)量”；其次，在符合起始狀態(tài)條件下，圍繞提高產(chǎn)量這一目標(biāo)分析相關(guān)因素。多數(shù)學(xué)生能聯(lián)想到“提高光合作用強度”，部分學(xué)生能聯(lián)想到“降低呼吸作用強度”，其他因素則很容易被忽略。

例3，菜農(nóng)李伯伯在溫室大棚中種植番茄，如何提高番茄產(chǎn)量？請結(jié)合所學(xué)知識為李伯伯提幾點合理建議。

本例中，學(xué)生對于“提高產(chǎn)量”問題的認(rèn)識是籠統(tǒng)、模糊的，經(jīng)小組討論逐漸完善圖解（圖2），將該主問題分解為提高光合作用強度、降低呼吸作用強度、選擇優(yōu)良品種、合理施肥、防控病蟲害、松土及防澇等子問題，激活與子問題相關(guān)的知識經(jīng)驗，并針對每個子問題提出具體措施?？梢?，圖解表征有助于學(xué)生激發(fā)思維、拓展角度，問題表征越清晰、準(zhǔn)確，越有利于解決問題。

圖2 提高大棚番茄產(chǎn)量的分析圖解

在教學(xué)過程中，教師可通過示范指導(dǎo)學(xué)生運用不同的圖解將解決問題的過程可視化，幫助學(xué)生在不同情境下靈活運用，例如，在表征遺傳信息傳遞過程時運用簡易遺傳圖解；在表征不同類群生物特征時使用韋恩圖；在分析生物分類時采用二分法圖解等。教師還可通過分析學(xué)生所表征的圖解，掌握學(xué)生思維困難的節(jié)點，有針對性地提高學(xué)生的圖解表征能力。

例4，農(nóng)業(yè)部門在玉米產(chǎn)區(qū)推廣“糧改飼”，將全株青貯玉米制成飼料，解決糧食玉米供過于求和優(yōu)質(zhì)飼料不足的問題，并有效控制焚燒玉米秸稈造成的大氣污染。請從環(huán)境保護(hù)和物質(zhì)循環(huán)的角度分析，青貯玉米作為飼料提供給牛、羊的好處。

例4 中，題干從環(huán)保角度提供了直接信息，學(xué)生比較容易作答。物質(zhì)循環(huán)角度的問題表征如圖3 所示。

圖3 從物質(zhì)循環(huán)角度分析青貯玉米飼料

通過圖解可知，自然狀態(tài)下，玉米長久堆放可被細(xì)菌、真菌等微生物分解，實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)；如果被牛、羊取食、消化，可促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)；同時，玉米通過光合作用積累的物質(zhì)和能量，部分進(jìn)入牛、羊的體內(nèi)，物質(zhì)和能量被再次利用。這樣，從物質(zhì)循環(huán)的角度至少可分析得出2 個好處：①促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)；②提高能量利用率，使能量流向有利于人類的方向。上述圖解中，表征困難的學(xué)生往往容易缺失其中一條或數(shù)條，教師可根據(jù)學(xué)生的表征有針對性地指導(dǎo)。

2.3 使用數(shù)學(xué)符號 將情境信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)符號或公式以理解問題的方式，稱為數(shù)學(xué)表征，常用于實驗情境的題目。通過對數(shù)據(jù)的分析、轉(zhuǎn)化，學(xué)生理解問題初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。

例5（2018 年福建省生物學(xué)中考第25 題改編），將某植物分別置于溫度為20℃和25℃的密閉環(huán)境中，均先持續(xù)光照12 h 后，測得光照下密閉環(huán)境中二氧化碳（CO2）的減少量；然后黑暗處理12 h 后，測得黑暗時密閉環(huán)境中CO2的增加量，實驗結(jié)果如表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表

請回答：

1）光照12 h 后，植物光合作用消耗的CO2總量較大的是 組。

2）24 h 后，植物積累有機物較多的是 組。

本題的情境較為復(fù)雜，教師可指導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行問題表征：①將表格中“光照12 h CO2的減少量”設(shè)為M，“黑暗12 h CO2的增加量”設(shè)為N，根據(jù)題意，明確M、N都是實際測得的值。②假設(shè)光合作用12 h 消耗的CO2總量為X，呼吸作用12 h 產(chǎn)生的CO2總量為Y。默認(rèn)24 h 植物呼吸強度不變，則根據(jù)題意，Y=N，X=M+Y=M+N。

第1 小題問“光照12 h 后，植物光合作用消耗的CO2總量”，即X，所以應(yīng)比較“M+N”的值，答案為乙組。第2 小題問“24 h 有機物積累”，即“光合作用產(chǎn)生的有機物總量－呼吸作用消耗的有機物總量”，可轉(zhuǎn)化為CO2的變化分析，即“光合作用消耗的CO2總量－呼吸作用產(chǎn)生的CO2總量”，植物光合作用消耗的總量為M+N，24 h 呼吸作用產(chǎn)生的CO2總量為2 倍的N，因此，第2 小題應(yīng)比較“M+N-2N”，即“M-N”，答案為甲組。

將題目信息轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)符號，結(jié)合生物學(xué)概念原理，能較清晰地表征問題的已知條件及限制因素，例如，將本題的時間、光照等因素，建立已知和未知之間的正確邏輯關(guān)系，使問題得以解決。

初中生物學(xué)探究類題目往往涉及較復(fù)雜的信息，可結(jié)合圖解和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，圖解用于分析題干中原理、步驟等關(guān)鍵信息，數(shù)學(xué)符號用于分析實驗結(jié)果，除了以數(shù)學(xué)符號代表外，還可采用直方圖、曲線圖、餅圖等形式，使數(shù)據(jù)表征直觀化。

2.4 編制信息分析表 學(xué)生接觸到一個新問題情境時，首先要界定問題，分析已知和需要知道的信息，才能形成解決問題的方案。例6 是一項課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生設(shè)計實驗論證自己的觀點。為此，學(xué)生需要調(diào)動已有的知識、方法，通過繪制問題表征圖解形成思路（表2）。

表2 實驗設(shè)計思路分析

例6，二氧化碳是否為光合作用必需的原料？請設(shè)計實驗證明你的觀點。

教師可通過不完全示范、巡視指導(dǎo)等幫助學(xué)生深度、全面分析。所謂不完全示范，就是在分析表中提供部分分析角度和信息，說明其用意，以便學(xué)生模仿完成其他部分。此外，在巡視過程中，教師可采用啟發(fā)性、激勵性語言加以引導(dǎo)，例如，“我們已學(xué)習(xí)的……與此是否有相似之處？”“如果想要……應(yīng)該先知道什么？”“這個方法抓住了解決問題的關(guān)鍵”等，為正確表征問題予以必要的支持。

總之，教師應(yīng)重視通過具體方法引領(lǐng)，加強對學(xué)生問題表征能力的訓(xùn)練，并將這種訓(xùn)練持續(xù)融入學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。養(yǎng)成良好的問題表征習(xí)慣并非一朝一夕之事，只有在日常學(xué)習(xí)中經(jīng)常面臨解決問題的需求，不斷親歷問題表征過程，學(xué)生才能真正提升解決新問題的信心和能力。