創(chuàng)設(shè)情境活動(dòng) 發(fā)展學(xué)生問題解決能力
——以“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”教學(xué)為例

張凌霞

（漳州第一中學(xué)，福建 漳州 363000）

“問題”是生活的核心要素，問題解決能力是學(xué)生的關(guān)鍵能力之一。［1］問題解決過程不僅需要已有知識(shí)，還涉及新知識(shí)的獲取以及運(yùn)用。因此，問題解決能較好地發(fā)展學(xué)生推理、判斷等科學(xué)思維能力及創(chuàng)新能力。課堂是學(xué)校育人的重要載體，在課堂教學(xué)過程中如何培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，這是值得教師關(guān)注與研究的問題。本文以“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”教學(xué)為例，探討如何設(shè)計(jì)情境活動(dòng)，以期提升學(xué)生的問題解決能力。

一、設(shè)計(jì)基于真實(shí)問題的情境活動(dòng)

問題具有情境性，真實(shí)情境中產(chǎn)生的劣構(gòu)問題初始信息復(fù)雜。學(xué)生的知識(shí)及能力水平有限，因此，課堂教學(xué)需要舍棄部分初始信息，呈現(xiàn)簡(jiǎn)化的真實(shí)問題情境，以便學(xué)生有效聚焦問題。為了驅(qū)動(dòng)學(xué)生分析問題的初始信息，逐步跨越問題障礙，最終達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)［2］，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)形式多樣、環(huán)環(huán)相扣的情境活動(dòng)。情境活動(dòng)是指在問題情境中，通過語言文字、符號(hào)等方式為問題解決所進(jìn)行的系列建構(gòu)活動(dòng)，其是發(fā)展學(xué)生問題解決能力的重要載體。［3］

（一）創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)問題的簡(jiǎn)化情境

在真實(shí)情境中產(chǎn)生的劣構(gòu)問題一般具有初始信息冗余等結(jié)構(gòu)不良的特征。［4］

為了降低問題解決難度，要在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)創(chuàng)設(shè)簡(jiǎn)化的、類真實(shí)的問題情境。為此，教師要分析課程標(biāo)準(zhǔn)及教科書內(nèi)容，厘清核心知識(shí)的結(jié)構(gòu)，了解學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)及可能存在的前科學(xué)概念，并選擇真實(shí)的、適切性的問題情境，提煉適于發(fā)展學(xué)生問題解決能力的簡(jiǎn)化情境。

“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”一節(jié)的事實(shí)性知識(shí)是藍(lán)細(xì)菌、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。概念性知識(shí)是：原核細(xì)胞與真核細(xì)胞最大的區(qū)別是原核細(xì)胞沒有核膜包被的細(xì)胞核，細(xì)胞具有多樣性。通過初中生物學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道綠藻含有葉綠體，能光合作用；細(xì)菌是原核細(xì)胞，進(jìn)化的總體趨勢(shì)是簡(jiǎn)單到復(fù)雜。不少學(xué)生具有前科學(xué)概念，錯(cuò)誤地認(rèn)為只有植物才能進(jìn)行光合作用，光合作用必須在葉綠體中完成?！八A”的問題情境與本節(jié)的核心知識(shí)關(guān)系密切。水華是由于水體富營(yíng)養(yǎng)化，在一定溫度、光照、降水、水流等條件下，由藍(lán)細(xì)菌、綠藻、硅藻等藻類，浮游動(dòng)物——腰鞭毛蟲等多種微生物異常繁殖所致。水華爆發(fā)的原因復(fù)雜，其中降水、水流等水文因素與本節(jié)的核心知識(shí)無關(guān)，且學(xué)生沒硅藻、腰鞭毛蟲等微生物的知識(shí)基礎(chǔ)。若在課堂上全盤呈現(xiàn)水華爆發(fā)因素，信息量過大，不利于學(xué)生有效聚焦問題、形成清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)，影響問題解決能力的提升。因此，將真實(shí)情境中水華爆發(fā)的影響因子及生物因素進(jìn)行簡(jiǎn)化處理（圖1），僅呈現(xiàn)與本節(jié)關(guān)聯(lián)度高的部分，如氮、磷等無機(jī)鹽含量高，藍(lán)細(xì)菌、綠藻大量繁殖等。

圖1 簡(jiǎn)化的“水華”問題情境

（二）創(chuàng)設(shè)富有邏輯關(guān)系的情境活動(dòng)

為驅(qū)動(dòng)學(xué)生逐步經(jīng)歷問題解決過程，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)具有邏輯關(guān)系的情境活動(dòng)。情境活動(dòng)的形式可以是分析、實(shí)驗(yàn)、課堂答辯、繪制概念圖及流程圖等。

綜合考慮“細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性”一節(jié)的知識(shí)邏輯、“治理水華”問題的初始信息及學(xué)生學(xué)習(xí)障礙等，創(chuàng)設(shè)情境活動(dòng)：①觀察“治理水華”問題情境，提出質(zhì)疑?；顒?dòng)形式為課堂答辯。②探究綠藻、藍(lán)細(xì)菌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析水體富營(yíng)養(yǎng)化與水華爆發(fā)的關(guān)系?；顒?dòng)形式為實(shí)驗(yàn)及分析。③歸納原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的關(guān)系?；顒?dòng)形式是繪制有關(guān)表格或概念圖。④提出治理水華的一系列方案?；顒?dòng)形式為課堂答辯。

層層遞進(jìn)的“任務(wù)鏈”式情境活動(dòng)貫穿于整個(gè)問題解決過程，同時(shí)發(fā)揮問題解決的“腳手架”作用。

二、引導(dǎo)學(xué)生解決生物學(xué)問題

問題解決能力是程序性知識(shí)，需要通過外顯的學(xué)習(xí)。PISA 綜合前人研究，提出問題解決一般程序是：①探索與理解，即分析問題情境，發(fā)現(xiàn)障礙。②表征與分析，即整合情境信息與已有信息，形成問題表征方式。③計(jì)劃與解決，即設(shè)計(jì)與實(shí)施問題解決方案。④監(jiān)測(cè)與反思，即監(jiān)測(cè)進(jìn)度，檢測(cè)錯(cuò)誤，批判性地評(píng)估不同策略。［5］通過探索與理解、表征與分析獲取解決問題所需的新知識(shí)，計(jì)劃與解決是運(yùn)用新知識(shí)解決問題，監(jiān)控與反思則貫穿于整個(gè)問題解決的各個(gè)環(huán)節(jié)。引導(dǎo)學(xué)生在問題解決的不同環(huán)節(jié)開展情境活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)知識(shí)，發(fā)展高階思維，提升問題解決能力。

（一）探索與理解

指導(dǎo)學(xué)生面臨問題情境時(shí)，提煉情境中有用信息，分析、梳理信息之間的關(guān)系，提出疑問。由于劣構(gòu)問題的信息多且隱含，需要學(xué)生在教師的引導(dǎo)下仔細(xì)觀察，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行重新組織，方能把握問題實(shí)質(zhì)。

在“治理水華”問題解決過程中，指導(dǎo)學(xué)生開展情境活動(dòng)1.觀察、分析有關(guān)水華問題，提出質(zhì)疑。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：發(fā)生水華的水體中氮、磷等無機(jī)鹽大量增加，綠藻和藍(lán)細(xì)菌大量繁殖，水體呈藍(lán)綠色。教師追問：這些信息之間有何關(guān)聯(lián)？學(xué)生思考、討論后提出：綠藻、藍(lán)細(xì)菌多導(dǎo)致水體呈藍(lán)綠色，水體富營(yíng)養(yǎng)化與綠藻、藍(lán)細(xì)菌繁殖密切相關(guān)。由此，學(xué)生提出疑問：為什么水體富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)引起藍(lán)細(xì)菌和綠藻大量繁殖？

（二）表征與分析

引導(dǎo)學(xué)生思考與討論：我已經(jīng)知道的事實(shí)有哪些？我學(xué)過哪些有關(guān)的知識(shí)或技能？我還需要探究或查閱什么資料？等等。學(xué)會(huì)整合情境信息與先前信息，將劣構(gòu)問題轉(zhuǎn)化為良構(gòu)問題，形成多個(gè)連貫的問題表征，習(xí)得新知識(shí)，建構(gòu)知識(shí)體系。

在“治理水華”問題解決過程中，指導(dǎo)學(xué)生完成情境活動(dòng)2、3（表1、表2），嘗試從結(jié)構(gòu)與功能觀角度分析：藍(lán)細(xì)菌和綠藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝特點(diǎn)與水體富營(yíng)養(yǎng)化引起藍(lán)細(xì)菌和綠藻大量繁殖之間的關(guān)系。幫助學(xué)生將上一環(huán)節(jié)的疑問轉(zhuǎn)化為：綠藻和藍(lán)細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝有何特點(diǎn)？教師進(jìn)一步追問：解決此問題的方法是什么？幫助學(xué)生回顧初中所學(xué)知識(shí)，提出：可以通過顯微鏡觀察、查閱及分析資料等方法解決問題。接著，指導(dǎo)學(xué)生使用顯微鏡觀察綠藻、藍(lán)細(xì)菌，觀察藍(lán)細(xì)菌的電鏡照片，探究藍(lán)細(xì)菌與綠藻在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，歸納原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的關(guān)系，繪制“細(xì)胞”概念圖。促進(jìn)學(xué)生有理有據(jù)地解決問題，為進(jìn)一步解決問題提供知識(shí)支持。

（三）計(jì)劃與解決

指導(dǎo)學(xué)生從問題的條件及原因出發(fā)，比較和選擇解決問題的策略，并正確表達(dá)解決問題的過程。

“治理水華”問題解決過程中，指導(dǎo)學(xué)生從引起水華的原因出發(fā)，開展情境活動(dòng)4：提出治理水華的方案。學(xué)生預(yù)設(shè)解決“治理水華”問題思路：降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度及水體中綠藻、藍(lán)細(xì)菌等數(shù)量，提出治理方案：①建議使用無磷洗滌劑、強(qiáng)化水域的綜合整治、改進(jìn)施肥方式，控制向湖泊輸入氮、磷等無機(jī)營(yíng)養(yǎng)。②種植沉水植物，吸收水體的氮、磷等無機(jī)營(yíng)養(yǎng)。③引水稀釋發(fā)生水華的湖泊，降低湖中氮、磷等無機(jī)鹽的濃度。④使用化學(xué)藥劑殺死藍(lán)細(xì)菌，并及時(shí)撈出。⑤向水體中投放魚類，攝食浮游藻類、藍(lán)細(xì)菌等。⑥通過檢測(cè)治理前后水樣中的綠藻、藍(lán)細(xì)菌等數(shù)量，調(diào)查治理效果。促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)及方法，盡可能多地設(shè)計(jì)多種解決方案，發(fā)展創(chuàng)新性思維。

（四）監(jiān)測(cè)與反思

全面回溯及再思考問題解決過程，包括反思對(duì)問題情境中信息的理解、知識(shí)的獲取過程等，衡量與比較問題解決方案，分析各種方案的局限性。

如反思“治理水華”問題的表征方式是否準(zhǔn)確、藍(lán)細(xì)菌和綠藻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和代謝特點(diǎn)等信息獲取方式是否合理及其正確性，嘗試解釋不同方案可能得到的結(jié)果，評(píng)價(jià)不同方案的有效性等。通過反思，促進(jìn)學(xué)生提高獨(dú)立思考能力，理解評(píng)價(jià)和質(zhì)疑應(yīng)基于充分的證據(jù)，認(rèn)同知識(shí)與技能是解決問題的思維素材。

三、提供表達(dá)思想觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)

問題解決過程是內(nèi)隱思維轉(zhuǎn)化為外顯行為的過程。開展情境活動(dòng)時(shí)，要盡量鼓勵(lì)學(xué)生“說出、寫出想法”，同時(shí)，教師要及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

開展“治理水華”問題的情境活動(dòng)1 時(shí)，要求學(xué)生口頭表達(dá)觀察到的信息、信息的相互關(guān)系及疑問，評(píng)價(jià)學(xué)生是否覺察到隱含的信息。情境活動(dòng)2 要求學(xué)生書面表達(dá)綠藻、藍(lán)細(xì)菌的結(jié)構(gòu)、代謝與富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系，繪制藍(lán)細(xì)菌的模式圖。及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生問題表征是否合理、是否能全面回顧初中學(xué)過的顯微鏡實(shí)驗(yàn)及綠藻、細(xì)菌等知識(shí)、藍(lán)細(xì)菌模式圖繪制是否規(guī)范等。情境活動(dòng)3 要求學(xué)生應(yīng)用概念圖或表格等形式表達(dá)原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別與聯(lián)系，重點(diǎn)評(píng)價(jià)歸納原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較表或概念圖是否全面、表述是否科學(xué)等。情境活動(dòng)4 要求學(xué)生寫出治理水華的具體措施，重點(diǎn)評(píng)價(jià)措施的依據(jù)及合理性。以此促進(jìn)學(xué)生富有邏輯地表達(dá)內(nèi)隱的思維過程，提高問題解決能力。

問題解決是一種實(shí)踐能力，其學(xué)習(xí)目標(biāo)不僅僅是記憶和理解知識(shí)，而是能在不同的問題情境中靈活應(yīng)用知識(shí)。［6］問題解決能力的提升具有艱巨性和長(zhǎng)期性，要求教師不“守成”于教材知識(shí)，不做教材知識(shí)的“搬運(yùn)工”，應(yīng)創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)問題解決的、層層遞進(jìn)的情境活動(dòng)“任務(wù)鏈”，引領(lǐng)學(xué)生實(shí)踐與體悟，方能有效提升學(xué)生的問題解決能力。