巧設(shè)科學(xué)劣構(gòu)問(wèn)題 培養(yǎng)學(xué)生高階思維

李洪鋒|浙江省舟山市普陀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校

美國(guó)教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜掖骶S·喬納森將問(wèn)題分成良構(gòu)問(wèn)題和劣構(gòu)問(wèn)題兩大類(lèi)。良構(gòu)問(wèn)題，一般指問(wèn)題有明確的初始狀態(tài)、目標(biāo)、受限制的邏輯因素，可以根據(jù)限定的條件，運(yùn)用認(rèn)知原理獲得唯一解。劣構(gòu)問(wèn)題的構(gòu)成存在著不可知部分，目標(biāo)界定含糊不清或缺少限定，具有多種解決方法和途徑，或根本不存在公認(rèn)的問(wèn)題解決方法，可能具有多種答案，需要通過(guò)嘗試不同的解決方案去尋找最佳的解決辦法［1］。

當(dāng)前，初中科學(xué)教學(xué)中的教學(xué)案例和情境設(shè)計(jì)仍以良構(gòu)問(wèn)題為主，主要培養(yǎng)學(xué)生的低階思維。這就導(dǎo)致在解決新問(wèn)題時(shí)，學(xué)生往往會(huì)生搬硬套課本知識(shí)，缺乏創(chuàng)新。而劣構(gòu)問(wèn)題可以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生高階思維，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。以下，筆者從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，闡述劣構(gòu)問(wèn)題在培養(yǎng)學(xué)生高階思維方面的教學(xué)價(jià)值及其設(shè)計(jì)策略。

一、劣構(gòu)問(wèn)題在培養(yǎng)學(xué)生高階思維方面的教學(xué)價(jià)值

布盧姆將認(rèn)知目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造六級(jí)水平，其中前三者為低階思維，后三者為高階思維。高階思維指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。它是高階能力的核心，主要指問(wèn)題求解能力、決策能力、批判性思維能力和創(chuàng)新能力。高階思維能力集中體現(xiàn)了知識(shí)時(shí)代對(duì)人才素質(zhì)提出的新要求，是適應(yīng)知識(shí)時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵能力［2］。

發(fā)展學(xué)生的高階思維，必須培養(yǎng)學(xué)生的求解能力、決策能力、批判性思維能力和創(chuàng)新能力，而這并不是教科書(shū)上那些經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化、純化、有標(biāo)準(zhǔn)答案的良構(gòu)問(wèn)題所能勝任的，因此需要引入具有開(kāi)放系統(tǒng)、所受影響條件眾多、解決方法和途徑多樣的劣構(gòu)問(wèn)題。當(dāng)然，在引入劣構(gòu)問(wèn)題前，教師還要仔細(xì)分析其教學(xué)價(jià)值，使教學(xué)有效且高效。

（一）激發(fā)探究興趣，培養(yǎng)問(wèn)題求解能力和決策能力

教師若經(jīng)常用良構(gòu)問(wèn)題設(shè)問(wèn)，不少學(xué)生不需要怎么思考就能說(shuō)出答案，長(zhǎng)此以往，學(xué)生就會(huì)失去探究的欲望。而好的劣構(gòu)問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生探究的興趣，甚至能一石激起千層浪，使他們充滿(mǎn)探究問(wèn)題真相的強(qiáng)烈欲望，進(jìn)而層層剝繭地不斷分析問(wèn)題，提升問(wèn)題求解能力和決策能力。

如在浙教版義務(wù)教育教科書(shū)《科學(xué)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“浙教版《科學(xué)》”）八年級(jí)上冊(cè)第4 章第4節(jié)《變阻器》新課引入中，教師可以設(shè)計(jì)這樣的問(wèn)題：“你們會(huì)制作滑動(dòng)變阻器嗎？在制作滑動(dòng)變阻器的過(guò)程中，應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)？”這個(gè)問(wèn)題涉及滑動(dòng)變阻器的原理、材料選擇、工藝制作、美學(xué)等問(wèn)題，不是一兩句話(huà)就能回答的，學(xué)生需要一個(gè)接一個(gè)地去解決不同問(wèn)題，這能夠使他們始終保持探究的欲望。在具體教學(xué)中，學(xué)生直到成功制作出滑動(dòng)變阻器后，仍然意猶未盡。

這樣的劣構(gòu)問(wèn)題能始終針對(duì)真實(shí)情境中的問(wèn)題解決，具有一定的開(kāi)放性和發(fā)散性，因此可以激發(fā)學(xué)生的情感和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使其維持積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（二）強(qiáng)化評(píng)價(jià)意識(shí)，培養(yǎng)批判性思維能力

解決劣構(gòu)問(wèn)題所必需的概念、知識(shí)和原理具有不明確性，而不同的學(xué)生具有不同的知識(shí)背景和思維水平，因此在解決這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，不同的學(xué)生往往會(huì)使用不同的解決方案，甚至需要小組合作探討、發(fā)揮集體智慧，才能形成最優(yōu)方案。在此過(guò)程中，學(xué)生會(huì)不斷反思自己處理信息、解決問(wèn)題的能力，以及合作的意識(shí)與能力等，并逐漸厘清邏輯知識(shí)與邏輯思維能力之間的關(guān)系。在課堂教學(xué)中，教師要多設(shè)置劣構(gòu)問(wèn)題，以強(qiáng)化學(xué)生的評(píng)價(jià)意識(shí)，培養(yǎng)其批判性思維能力。

在教學(xué)浙教版《科學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)第2 章第2 節(jié)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》時(shí)，筆者先演示實(shí)驗(yàn)：把大小相同的鐵片和鋁片同時(shí)放入稀硫酸中，鐵片表面有氣泡產(chǎn)生，而鋁片表面沒(méi)有任何現(xiàn)象。接著給出結(jié)論：金屬鐵比鋁活潑。學(xué)生紛紛點(diǎn)頭認(rèn)可，但筆者話(huà)鋒一轉(zhuǎn)，反問(wèn)：“真的是這樣嗎？”在學(xué)生的一片疑惑中，筆者講解了金屬的發(fā)現(xiàn)史。

鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素，但是金屬鋁的發(fā)現(xiàn)才幾百年，遠(yuǎn)比金銀銅鐵晚。拿破侖曾因有一頂鋁制王冠而驕傲，就是因?yàn)楫?dāng)時(shí)鋁的制取很困難。這說(shuō)明鋁元素在自然界中不是以單質(zhì)形式而是以化合物形式存在的，也就是說(shuō)化合態(tài)的鋁要變成單質(zhì)鋁非常困難，這是因?yàn)榻饘黉X的化學(xué)性質(zhì)比較活潑。

筆者有意制造認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生想一探問(wèn)題究竟的好奇心。學(xué)生查閱金屬活動(dòng)性順序知道，鋁的金屬活動(dòng)性確實(shí)比鐵強(qiáng)，隨即又產(chǎn)生了新的疑問(wèn)：“為什么當(dāng)今生活中的鋁應(yīng)用如此廣泛呢？”筆者引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)釋疑解惑。

實(shí)驗(yàn)1：取兩支裝有10%稀硫酸的試管，分別放入經(jīng)磨砂處理后的鋁片與鐵片，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)2：將經(jīng)磨砂處理后的鋁片放入硫酸亞鐵溶液，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)3：分別用酒精燈對(duì)生銹的鐵片和未經(jīng)磨砂處理的鋁片加熱，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)1中，鋁片與稀硫酸反應(yīng)明顯比鐵片快，產(chǎn)生氣泡更快且多；實(shí)驗(yàn)2中，鋁片表面有白色物質(zhì)析出，溶液顏色變淺。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都能說(shuō)明鋁的化學(xué)性質(zhì)確實(shí)比鐵活潑。在做實(shí)驗(yàn)3時(shí)可發(fā)現(xiàn)鐵銹紛紛掉落，而鋁變?yōu)榧t熱的液體并可自由流動(dòng)，但有一層膜包住使其不會(huì)掉下來(lái)。這是因?yàn)殍F銹比較疏松，失水后易掉落，而鋁的熔點(diǎn)只有660℃，且易被空氣中的氧氣氧化生成一層致密的氧化鋁保護(hù)膜，氧化鋁的熔點(diǎn)在2054℃以上。

如此設(shè)置認(rèn)知沖突，引起學(xué)生追本求源的好奇心，激發(fā)探究欲，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。

（三）發(fā)展求異思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

溫故而知新，復(fù)習(xí)課不是簡(jiǎn)單地重復(fù)，而是通過(guò)歸納、概括的手段來(lái)羅列并梳理知識(shí)，讓學(xué)生在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。這要求教師能找到合適的切入口，既復(fù)習(xí)舊知又提煉方法，使學(xué)生提高理解的層次，掌握解決問(wèn)題的新方法，發(fā)展創(chuàng)新精神和求異思維。

如在復(fù)習(xí)浙教版《科學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)第3章第2 節(jié)中的“重力勢(shì)能”時(shí)，筆者這樣設(shè)問(wèn)：“你們有沒(méi)有辦法，不通過(guò)實(shí)驗(yàn)就得出重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān)，并能確立它們之間的定量關(guān)系？”學(xué)生頓時(shí)一臉茫然，提問(wèn)：“實(shí)驗(yàn)不是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)嗎？實(shí)驗(yàn)不是獲取經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)、理論的重要途徑嗎？”為幫助學(xué)生解惑，筆者從功與能的關(guān)系以及重力勢(shì)能的定義出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出重力勢(shì)能的計(jì)算公式：Ep=W=Gh=mgh。學(xué)生于是恍然大悟。筆者進(jìn)一步告訴學(xué)生：利用這個(gè)公式來(lái)理解課本實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)或解決實(shí)際問(wèn)題，可以大大降低問(wèn)題難度，突破知識(shí)瓶頸。

劣構(gòu)問(wèn)題是啟迪思維發(fā)展的誘因和動(dòng)力，可促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的提升，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。在日常教學(xué)中，我們也可利用一題多解、一題多變來(lái)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維。

二、劣構(gòu)問(wèn)題的設(shè)計(jì)策略

引入劣構(gòu)問(wèn)題可以?xún)?yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。那么，在課堂教學(xué)中應(yīng)如何設(shè)計(jì)劣構(gòu)問(wèn)題呢？

（一）優(yōu)化教材中的問(wèn)題設(shè)計(jì)

教材是最重要的課程資源，是教學(xué)活動(dòng)的核心媒介和載體，也是教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的主要依據(jù)。浙教版《科學(xué)》內(nèi)容豐富，里面有大量值得挖掘的素材。教師應(yīng)充分利用這一資源巧設(shè)劣構(gòu)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

如浙教版《科學(xué)》八年級(jí)上冊(cè)第1章第3節(jié)在“物體的沉浮條件的應(yīng)用”條中講到輪船的工作原理，并在教材第17頁(yè)安排了“橡皮泥的沉與浮”實(shí)驗(yàn)。很多教師講清原理后就草草結(jié)束，其實(shí)教師可以拓展實(shí)驗(yàn)，追問(wèn)學(xué)生：“橡皮泥捏成碗狀后浮在水面上，水面高度如何變化？”有的學(xué)生認(rèn)為橡皮泥原來(lái)是整塊浸沒(méi)在水中，后來(lái)是部分浸在水中，所以水面降低；有的學(xué)生認(rèn)為浮力增大，水面應(yīng)該升高。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)非常好的劣構(gòu)問(wèn)題：“液面的高度變化到底由什么因素決定？”教師可讓學(xué)生先組內(nèi)討論、組間辯論，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后教師延伸拓展：“冰川融化后海平面如何變化？池塘里的挖泥船挖滿(mǎn)泥后水面如何變化？洗碗池里的水舀到漂浮的碗中后水面又會(huì)如何變化？”這一系列問(wèn)題的解決正是課堂教學(xué)的生長(zhǎng)點(diǎn)。

對(duì)教材中的問(wèn)題設(shè)計(jì)進(jìn)行適度優(yōu)化，設(shè)置對(duì)應(yīng)情境創(chuàng)設(shè)劣構(gòu)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生剖析原因，進(jìn)行多角度分析、多層次綜合思維，可進(jìn)一步提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（二）創(chuàng)設(shè)生活情境

生活化的問(wèn)題情境是課堂教學(xué)的催化劑，能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，是點(diǎn)燃學(xué)生智慧的火花，能啟迪學(xué)生思維，增加課堂的靈動(dòng)性。

在復(fù)習(xí)浙教版《科學(xué)》八年級(jí)下冊(cè)第3 章第5～6 節(jié)中的“綠色植物的物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化”這一內(nèi)容時(shí)，筆者先讓學(xué)生觀看一段智慧農(nóng)業(yè)大棚蔬菜種植和管理的視頻（有條件的學(xué)?？梢詫?shí)地考察），再讓學(xué)生分小組討論問(wèn)題：“人們分別采用了哪些措施來(lái)提高蔬菜的產(chǎn)量？這些措施所依據(jù)的生物學(xué)原理是什么？”學(xué)生充分討論后由小組代表匯報(bào)討論結(jié)果，其他小組補(bǔ)充。學(xué)生躍躍欲試，討論后爭(zhēng)先恐后地匯報(bào)各自的成果。部分學(xué)生的成果如下。

（1）早春大棚可以提高棚內(nèi)環(huán)境溫度，有利于種子萌發(fā)，促進(jìn)蔬菜的光合作用。

（2）合理密植，可以提高光合作用的效率。

（3）大棚要經(jīng)常通風(fēng)或向大棚中補(bǔ)充二氧化碳，這可以為光合作用提供原料，從而促進(jìn)蔬菜的光合作用。

（4）幼苗帶土移栽，是為了保護(hù)幼根和根毛，提高移栽的成活率。

（5）中耕松土、及時(shí)排澇，可以促進(jìn)根的呼吸作用，防止?fàn)€根。

（6）合理的水肥管理，既能減少浪費(fèi)和污染，也能提高產(chǎn)量。

（7）晚上適當(dāng)延長(zhǎng)光照或降低溫度，可以促進(jìn)光合作用或減弱呼吸作用，有利于有機(jī)物的積累，從而提高蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量。

有價(jià)值的劣構(gòu)問(wèn)題能引導(dǎo)學(xué)生思考，使其暢所欲言。在相互提示和補(bǔ)充中，生生、師生之間的交流得以加強(qiáng)。教師要不斷鼓勵(lì)學(xué)生，及時(shí)對(duì)學(xué)生的作答情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生歸納知識(shí)、提煉方法，從而提升課堂教學(xué)的效率。

（三）利用錯(cuò)誤資源

教師和學(xué)生都會(huì)犯錯(cuò)誤，教師要敏銳地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤中隱藏的價(jià)值，將錯(cuò)就錯(cuò)，順勢(shì)引導(dǎo)，利用錯(cuò)誤資源巧設(shè)劣構(gòu)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在錯(cuò)中思考、感悟，并給學(xué)生充分的思考時(shí)間，使學(xué)生在識(shí)錯(cuò)、糾錯(cuò)、思錯(cuò)中提升思維品質(zhì)。

例題某純堿中含有少量氯化鈉雜質(zhì)，為測(cè)定純度，小周取出27g 樣品，平均分成5 份，依次加入盛有100g 稀鹽酸的錐形瓶中（錐形瓶的質(zhì)量為60g），每次充分反應(yīng)、待氣體完全逸出后，用天平稱(chēng)質(zhì)量，得到5組數(shù)據(jù)：163.2g，166.4g，169.6g，173.9g，179.3g。請(qǐng)計(jì)算所用稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

筆者在檢查學(xué)生的作答情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)了幾種典型的錯(cuò)誤，于是將其在課堂上呈現(xiàn)出來(lái)，讓錯(cuò)誤資源成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的探究點(diǎn)。這能引導(dǎo)學(xué)生在爭(zhēng)議中分析、反思、內(nèi)化知識(shí)，使學(xué)生在辨析中理解并歸納物質(zhì)過(guò)量計(jì)算中應(yīng)注意的事項(xiàng)，體會(huì)豁然開(kāi)朗的感覺(jué)。由此，課堂上不斷演繹質(zhì)疑的精彩，充分激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（四）捕捉課堂生成

良好的師生關(guān)系能營(yíng)造出和諧的課堂氛圍，在這樣的課堂上，學(xué)生就會(huì)積極思考、大膽質(zhì)疑，甚至?xí)岢鲆恍┢嫠济钕?。教師要善于捕捉課堂生成的瞬間設(shè)計(jì)劣構(gòu)問(wèn)題，這會(huì)收到意想不到的教學(xué)效果。

在一節(jié)“空間科學(xué)”（相關(guān)內(nèi)容位于浙教版《科學(xué)》七年級(jí)上冊(cè)第3章、七年級(jí)下冊(cè)第4章）課上，筆者復(fù)習(xí)了月相的相關(guān)知識(shí)后，引入新聞“我國(guó)長(zhǎng)征四號(hào)丙運(yùn)載火箭成功將‘鵲橋號(hào)’中繼星載入太空，嫦娥四號(hào)在月球背面著陸，‘鵲橋號(hào)’中繼星將承擔(dān)地球與嫦娥四號(hào)之間的通訊中繼任務(wù)”，讓學(xué)生展開(kāi)想象的翅膀，思考“若在某年中秋節(jié)你登上月球，將會(huì)看到什么樣的地相”這一問(wèn)題。當(dāng)大家正在聚精會(huì)神地思考問(wèn)題時(shí)，突然一個(gè)成績(jī)中等但性格外向的學(xué)生勇敢地站起來(lái)問(wèn)道：“老師，‘鵲橋號(hào)’中繼星安裝在太空什么位置呢？”筆者發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題很有價(jià)值，于是引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合以下幾點(diǎn)進(jìn)行思考并在小組內(nèi)部討論。

（1）嫦娥四號(hào)將在月球背面著陸。

（2）月球自轉(zhuǎn)周期與繞地球公轉(zhuǎn)周期相同。

（3）嫦娥四號(hào)通過(guò)電磁波通訊。

（4）畫(huà)草圖說(shuō)明。

經(jīng)過(guò)大家的共同努力，最后問(wèn)題迎刃而解。在這一過(guò)程中，不僅提問(wèn)題的學(xué)生收獲了自信，其他學(xué)生也在合作探究中提升了思維品質(zhì)。在實(shí)際教學(xué)中，像這種出人意料的問(wèn)題很多，它們看似與課堂內(nèi)容毫無(wú)關(guān)聯(lián)，但教師不能因此而忽略它們，而是要有一雙敏銳的眼睛，善于抓住時(shí)機(jī)巧加利用。這些問(wèn)題有可能是一堂課中不可多得的生成，也有可能是一堂課的精華，課堂會(huì)因?yàn)樗鼈兌佑腥び行?，由此?shí)現(xiàn)育分育能又育人的目的。

總之，課堂設(shè)計(jì)不能一成不變，教師有時(shí)要不按常規(guī)出牌，不斷變換教學(xué)方式，改變提問(wèn)方式，利用各種資源和契機(jī)巧設(shè)劣構(gòu)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情，讓學(xué)生享受思考的樂(lè)趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)，增加學(xué)生思維的深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。