劣構(gòu)問題培養(yǎng)高階思維能力的情境教學(xué)探索

楊建新

摘 要 以“植物生命活動的調(diào)節(jié)”為例，通過云南鮮花生產(chǎn)基地如何對鮮切花進(jìn)行保鮮的劣構(gòu)問題進(jìn)行情境教學(xué)，闡述如何把劣構(gòu)問題良構(gòu)化，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，使學(xué)生學(xué)會思考和解決問題，受益終身。

關(guān)鍵詞 劣構(gòu)問題 高階思維能力 情境教學(xué)

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

美國建構(gòu)主義教育心理學(xué)家戴維·H·喬納森（DavidH.Jonassen）認(rèn)為，所有的問題都可以分為良構(gòu)問題和劣構(gòu)問題兩大類型，前者也稱定義完整的問題，后者也稱定義不完整或結(jié)構(gòu)不良問題。良構(gòu)問題往往是人為設(shè)計的，問題條件清晰、原理清楚、解決方法和步驟明確、答案標(biāo)準(zhǔn)唯一，可培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知過程中的記憶、理解、運用等低階思維能力。劣構(gòu)問題是指在問題的起始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)、問題解決的路徑，或者問題解決所依據(jù)的原理和技術(shù)等一個方面或幾個方面缺乏明確的界定。真實情境的問題、復(fù)雜的問題幾乎都是劣構(gòu)問題，而解決劣構(gòu)問題的能力才是真正的能力，包含高階思維能力和實踐能力。

高階思維能力是指在解決復(fù)雜劣構(gòu)問題時，發(fā)生在較高認(rèn)知水平上的心智活動或認(rèn)知能力，包括問題解決能力、批判性思維能力和創(chuàng)造性思維能力等，主要表現(xiàn)在分析、評價和創(chuàng)造三個思維層次。在課堂教學(xué)中，教師易忽視劣構(gòu)問題對培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的重要意義，導(dǎo)致學(xué)生對于問題的解決能力往往停留在知識的機(jī)械應(yīng)用水平。高階思維能力可通過學(xué)習(xí)過程體驗、知識主動建構(gòu)和解決復(fù)雜問題等活動培養(yǎng)，教師采用情境教學(xué)模式可取得良好的效果。下文以“植物生命活動的調(diào)節(jié)”為例，闡述如何使真實的劣構(gòu)問題成為貫穿課堂教學(xué)的大情境以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

1 “植物生命活動的調(diào)節(jié)”教學(xué)分析

此內(nèi)容隸屬于新人教版高中生物學(xué)《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》， 《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》 （以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）要求落實的重要概念為“植物生命活動受到多種因素的調(diào)節(jié)，其中最重要的是植物激素調(diào)節(jié)”，學(xué)業(yè)要求為“基于植物激素在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的相關(guān)資料，結(jié)合植物激素和其他因素對植物生命活動的調(diào)節(jié)，分析并嘗試提出生產(chǎn)實踐方案”，因此， 《課程標(biāo)準(zhǔn)》的重點在于落實“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”兩大核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。“植物生命活動的調(diào)節(jié)”在生活中有很多實例，下文以云南鮮花生產(chǎn)基地如何對鮮切花進(jìn)行保鮮的真實劣構(gòu)問題為大情境，設(shè)計系列驅(qū)動型良構(gòu)問題，側(cè)重從思維認(rèn)知角度分析并歸納影響鮮切花保鮮的因素；接著，下文從生長素的角度運用假說演繹法進(jìn)行科學(xué)探究，提出對鮮切花保鮮的方案，側(cè)重訓(xùn)練學(xué)生的歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力與辯證思維能力等高階思維能力。

2 “植物生命活動的調(diào)節(jié)”教學(xué)過程

劣構(gòu)問題源于實際，問題的條件、原理、解決方法和步驟以及結(jié)果都是模糊不清的，因此，劣構(gòu)問題的解決過程會有較多障礙，教師需對劣構(gòu)問題進(jìn)行人為設(shè)計，使之成為常規(guī)性良構(gòu)問題和探究性良構(gòu)問題，通過良構(gòu)問題的解決，使學(xué)生獲得科學(xué)方法和思維能力的訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生解決劣構(gòu)問題的高階思維能力和外顯技能。

2.1 鮮切花保鮮大情境分析

真實情境：近年來，我國鮮切花生產(chǎn)和消費量迅速增加，但每年由于保鮮不佳所造成的經(jīng)濟(jì)損失也較為嚴(yán)重，這在一定程度上限制了我國鮮切花的外銷。云南鮮花生產(chǎn)基地很好地解決了這一問題，目前云南為亞洲最大的鮮切花出口基地。研究發(fā)現(xiàn)，鮮切花采收后，脫離母體植株，其生理代謝發(fā)生較大變化，衰老進(jìn)程比留在母體中快。常溫下，鮮切花一般只能維持3～5天的壽命。

這是一個典型的劣構(gòu)問題，其起始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)、問題解決的路徑、原理和技術(shù)等均不明確，但卻具有很強(qiáng)的趣味性，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此時，教師需要明確此劣構(gòu)問題的核心“目標(biāo)狀態(tài)”，提出良構(gòu)后的問題：鮮切花保鮮的本質(zhì)是什么？接著，教師引導(dǎo)學(xué)生分析保鮮的本質(zhì)是延緩衰老，并進(jìn)一步提問：衰老是植物生命活動的現(xiàn)象，受到植物激素的調(diào)節(jié)，植物激素是如何調(diào)節(jié)衰老的呢？

2.2 植物生命活動調(diào)節(jié)的內(nèi)因

雖然明確了“目標(biāo)狀態(tài)”是“如何延緩衰老”，但劣構(gòu)問題的條件并不清晰，教師需補(bǔ)充表1資料使劣構(gòu)問題良構(gòu)化，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析：導(dǎo)致鮮切花衰老的主要因素有哪些？

根據(jù)表1分析，學(xué)生較容易歸納出促進(jìn)切花衰老的激素是乙烯和脫落酸；延緩切花衰老的激素是赤霉素和細(xì)胞分裂素；生長素對切花的影響可能是既能促進(jìn)衰老也能延緩衰老；學(xué)生從而能夠理解影響切花衰老的主要因素是植物激素。

接著，教師從生長素角度設(shè)計探究性良構(gòu)問題，引導(dǎo)學(xué)生運用假說演繹法進(jìn)行科學(xué)探究，訓(xùn)練學(xué)科思維。教師提供資料：

學(xué)生甲閱讀了教材內(nèi)容： “研究發(fā)現(xiàn)，生長素所發(fā)揮的作用，因濃度、植物細(xì)胞的成熟情況和器官的種類不同而有較大的差異。一般情況下，生長素在濃度較低時促進(jìn)生長，在濃度過高時則會抑制生長?！庇纱?，他認(rèn)為生長素對鮮切花衰老（花瓣脫落）的影響具有兩重性，并設(shè)計了簡單的實驗進(jìn)行探究，請寫出實驗思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。材料：相同品種和品質(zhì)的A切花若干，瓶插液，蒸餾水，系列低濃度生長素溶液，系列高濃度生長素溶液。

學(xué)生通過對資料進(jìn)行分析作出假設(shè)：生長素對鮮切花衰老的影響具有兩重性，并運用假說演繹法寫出探究實驗的思路：將若干相同品種和品質(zhì)的A切花隨機(jī)均分成三組，分別插入含等量瓶插液的花瓶中，第一組噴灑適量的蒸餾水，第二組噴灑等量的系列低濃度生長素溶液，第三組噴灑等量的系列高濃度生長素溶液；在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，定期記錄花瓣脫落數(shù)。預(yù)期一段時間后，第三組的花瓣脫落數(shù)最多，第二組最少；從而得出生長素對鮮切花衰老的影響具有兩重性，高濃度促進(jìn)衰老，低濃度延緩衰老的結(jié)論。

教師向?qū)W生提問：以上結(jié)論是一定的嗎？并再設(shè)計反轉(zhuǎn)性問題：

學(xué)生乙認(rèn)為學(xué)生甲的觀點不合理，用B切花做了相同的實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果完全相反，由此推測生長素對鮮切花的作用可能是什么？

學(xué)生經(jīng)過演繹推理得出：外源生長素對切花衰老具有延緩和促進(jìn)的雙重作用，但不同種類切花或者同一種類切花經(jīng)不同濃度生長素處理后其表現(xiàn)均不一致。通過B切花對學(xué)生甲觀點的反轉(zhuǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行批判性思考，從而辯證看待科學(xué)探究過程中的假設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理能力、批判性思維能力與辯證思維能力，使教學(xué)落實“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”兩大核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.3 植物生命活動調(diào)節(jié)的外因

在上述劣構(gòu)問題良構(gòu)化的過程中，學(xué)生已經(jīng)明確鮮切花衰老主要受到植物激素的調(diào)節(jié)，但植物激素是如何調(diào)節(jié)鮮切花衰老的呢？還有哪些影響因素呢？此時，教師可展示一道高考題。

【例題】瓶插鮮花鮮重的變化與衰敗相關(guān)，鮮重累積增加率下降時插花衰敗。圖1為細(xì)胞分裂素和蔗糖對插花鮮重的影響，下列敘述錯誤的是（ ）

A. 蔗糖和細(xì)胞分裂素都有延緩衰敗的作用

B. 蔗糖可為花的呼吸作用提供更多的底物

C. 同時添加蔗糖和細(xì)胞分裂素更利于插花保鮮

D. 第5天花中脫落酸的含量應(yīng)該是清水組最低

此高考題的起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)均較為明確，是一道常規(guī)性良構(gòu)問題，有利于學(xué)生知識和技能的鞏固與應(yīng)用。通過本題，教師可加深學(xué)生對植物激素相互作用共同調(diào)節(jié)的認(rèn)識，并使學(xué)生認(rèn)識到除了植物激素外還有其他因素調(diào)節(jié)植物的生命活動，為下文進(jìn)一步推理環(huán)境因素做鋪墊；學(xué)生通過識圖、讀坐標(biāo)進(jìn)行推理判斷，發(fā)展了演繹推理能力。接著，教師再次補(bǔ)充資料進(jìn)行良構(gòu)化：

據(jù)觀察，切花采摘不久就會萎蔫，莖導(dǎo)管是切花吸水組織，營養(yǎng)物質(zhì)溶解在水中，而水中微生物繁殖會堵塞莖的基部導(dǎo)管，造成切花衰老。材料中影響切花衰老的因素有哪些？作用機(jī)理是什么？還有什么其他影響因素？

學(xué)生通過分析資料可以得出影響切花衰老的因素有水、營養(yǎng)物質(zhì)和微生物，起因是水中微生物繁殖導(dǎo)致莖導(dǎo)管堵塞，成因是切花不能吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，不能進(jìn)行正常的細(xì)胞代謝，結(jié)果是切花凋萎和衰老；進(jìn)而教師再引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散性思考還有什么其他的影響因素。教師通過教會學(xué)生進(jìn)行條件、起因、成因、結(jié)果的邏輯分析，訓(xùn)練了學(xué)生的邏輯推理能力和發(fā)散性思維能力。學(xué)生歸納出導(dǎo)致切花衰老的外因，理解植物生命活動受環(huán)境和植物激素的共同調(diào)節(jié)，且外部因子總是通過影響鮮切花內(nèi)在的生理生化變化來影響其生理過程，并形成思維導(dǎo)圖（圖2）。

2.4 多種因素共同調(diào)節(jié)

通過以上良構(gòu)化過程，學(xué)生對云南鮮花生產(chǎn)基地鮮切花保鮮的劣構(gòu)問題的解決已經(jīng)有了大概思路，但還不明晰，教師進(jìn)一步設(shè)計遞進(jìn)式探究性良構(gòu)問題引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用，提供以下資料，使學(xué)生真正學(xué)會解決此劣構(gòu)問題：

花茶集茶味與花香于一體，茶引花香，花增茶味，相得益彰?；ú璨粌H仍有茶的功效，而且花香也具有良好的藥理作用，裨益人體健康，廣受人們的喜愛。云南每年生產(chǎn)大量的鮮花用于制作花茶，鮮花采摘后要盡快制作才能保證品質(zhì)，使用保鮮劑能達(dá)到較好效果。為了探究不同保鮮劑對百合切花的保鮮效應(yīng)，科研人員做了以下實驗（圖3）：

（保鮮劑A：適宜濃度乙烯合成抑制劑；保鮮劑B：適宜濃度乙烯作用抑制劑；保鮮劑C：適宜濃度細(xì)胞分裂素6-BA；保鮮劑D：適宜濃度的乙烯合成抑制劑+乙烯作用抑制劑+細(xì)胞分裂素6-BA）

教師向?qū)W生提問：① 研究表明根系是細(xì)胞分裂素的主要合成器官，切花是由于缺失哪個器官導(dǎo)致衰老的，為什么？② 植物在缺水、病菌感染、細(xì)胞組織受傷的情況下會產(chǎn)生乙烯，以保證植物能更好地抗逆，請分析切花衰老的原因可能是什么？③ 由曲線可知，不同保鮮劑對百合花切花鮮重的影響均呈現(xiàn)什么趨勢？④ 不同保鮮劑處理后鮮重降為初始值均比對照組遲，這說明什么？⑤ 從保鮮劑的成分分析，保鮮劑的作用原理是什么？⑥ 請運用所學(xué)知識簡述鮮花如何處理才能使其在從大田運到工廠的過程中保持新鮮？以流行的花茶作為知識遷移的情境，教師設(shè)計系列遞進(jìn)式探究性良構(gòu)問題，使學(xué)生清楚認(rèn)識到可以通過調(diào)節(jié)激素的使用和調(diào)節(jié)外界環(huán)境因子來維持切花的激素穩(wěn)態(tài)，達(dá)到延緩衰老保持新鮮的目的。

3 結(jié)語

經(jīng)過兩輪基礎(chǔ)教育課程改革，探究性學(xué)習(xí)的理念已經(jīng)深入人心，接下來國內(nèi)應(yīng)該探討如何優(yōu)化問題設(shè)計從而提升探究質(zhì)量。但目前中學(xué)教育中，無論是學(xué)術(shù)研究還是課程實踐，對劣構(gòu)問題的研究明顯缺失。

上文以“植物生命活動的調(diào)節(jié)”為知識載體，以“鮮切花如何保鮮”的劣構(gòu)問題為大情境，使劣構(gòu)問題逐步良構(gòu)化，教師引導(dǎo)學(xué)生用思維認(rèn)知的方法（獲取信息→分析問題→歸納概括→演繹推理→批判辯證）分析解決良構(gòu)問題，最終培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］張冬財.現(xiàn)代學(xué)習(xí)心理研究［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2018：44－47．

［2］胡繼飛.中學(xué)生物學(xué)的劣構(gòu)問題及其教學(xué)建議［J］. 生物學(xué)教學(xué)，2021，46 （9）：34-36.

［3］中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020．

［4］劉俊. 植物激素在百合切花保鮮中的應(yīng)用及其機(jī)理研究［D］. 南京林業(yè)大學(xué)，2010.