创设情境活动 发展学生问题解决能力——以“细胞的多样性和统一性”教学为例

张凌霞

（漳州第一中学，福建 漳州 363000）

“问题”是生活的核心要素，问题解决能力是学生的关键能力之一。［1］问题解决过程不仅需要已有知识，还涉及新知识的获取以及运用。因此，问题解决能较好地发展学生推理、判断等科学思维能力及创新能力。课堂是学校育人的重要载体，在课堂教学过程中如何培养学生的问题解决能力，这是值得教师关注与研究的问题。本文以“细胞的多样性和统一性”教学为例，探讨如何设计情境活动，以期提升学生的问题解决能力。

一、设计基于真实问题的情境活动

问题具有情境性，真实情境中产生的劣构问题初始信息复杂。学生的知识及能力水平有限，因此，课堂教学需要舍弃部分初始信息，呈现简化的真实问题情境，以便学生有效聚焦问题。为了驱动学生分析问题的初始信息，逐步跨越问题障碍，最终达到目标状态［2］，教师要创设形式多样、环环相扣的情境活动。情境活动是指在问题情境中，通过语言文字、符号等方式为问题解决所进行的系列建构活动，其是发展学生问题解决能力的重要载体。［3］

（一）创设基于真实问题的简化情境

在真实情境中产生的劣构问题一般具有初始信息冗余等结构不良的特征。［4］

为了降低问题解决难度，要在学生的最近发展区创设简化的、类真实的问题情境。为此，教师要分析课程标准及教科书内容，厘清核心知识的结构，了解学生已有的知识基础及可能存在的前科学概念，并选择真实的、适切性的问题情境，提炼适于发展学生问题解决能力的简化情境。

“细胞的多样性和统一性”一节的事实性知识是蓝细菌、细菌的结构特点。概念性知识是：原核细胞与真核细胞最大的区别是原核细胞没有核膜包被的细胞核，细胞具有多样性。通过初中生物学的学习，学生知道绿藻含有叶绿体，能光合作用；细菌是原核细胞，进化的总体趋势是简单到复杂。不少学生具有前科学概念，错误地认为只有植物才能进行光合作用，光合作用必须在叶绿体中完成。“水华”的问题情境与本节的核心知识关系密切。水华是由于水体富营养化，在一定温度、光照、降水、水流等条件下，由蓝细菌、绿藻、硅藻等藻类，浮游动物——腰鞭毛虫等多种微生物异常繁殖所致。水华爆发的原因复杂，其中降水、水流等水文因素与本节的核心知识无关，且学生没硅藻、腰鞭毛虫等微生物的知识基础。若在课堂上全盘呈现水华爆发因素，信息量过大，不利于学生有效聚焦问题、形成清晰的知识结构，影响问题解决能力的提升。因此，将真实情境中水华爆发的影响因子及生物因素进行简化处理（图1），仅呈现与本节关联度高的部分，如氮、磷等无机盐含量高，蓝细菌、绿藻大量繁殖等。

图1 简化的“水华”问题情境

（二）创设富有逻辑关系的情境活动

为驱动学生逐步经历问题解决过程，教师需要创设具有逻辑关系的情境活动。情境活动的形式可以是分析、实验、课堂答辩、绘制概念图及流程图等。

综合考虑“细胞的多样性和统一性”一节的知识逻辑、“治理水华”问题的初始信息及学生学习障碍等，创设情境活动：①观察“治理水华”问题情境，提出质疑。活动形式为课堂答辩。②探究绿藻、蓝细菌的结构特点，分析水体富营养化与水华爆发的关系。活动形式为实验及分析。③归纳原核细胞与真核细胞的关系。活动形式是绘制有关表格或概念图。④提出治理水华的一系列方案。活动形式为课堂答辩。

层层递进的“任务链”式情境活动贯穿于整个问题解决过程，同时发挥问题解决的“脚手架”作用。

二、引导学生解决生物学问题

问题解决能力是程序性知识，需要通过外显的学习。PISA 综合前人研究，提出问题解决一般程序是：①探索与理解，即分析问题情境，发现障碍。②表征与分析，即整合情境信息与已有信息，形成问题表征方式。③计划与解决，即设计与实施问题解决方案。④监测与反思，即监测进度，检测错误，批判性地评估不同策略。［5］通过探索与理解、表征与分析获取解决问题所需的新知识，计划与解决是运用新知识解决问题，监控与反思则贯穿于整个问题解决的各个环节。引导学生在问题解决的不同环节开展情境活动，促进学生建构知识，发展高阶思维，提升问题解决能力。

（一）探索与理解

指导学生面临问题情境时，提炼情境中有用信息，分析、梳理信息之间的关系，提出疑问。由于劣构问题的信息多且隐含，需要学生在教师的引导下仔细观察，对相关信息进行重新组织，方能把握问题实质。

在“治理水华”问题解决过程中，指导学生开展情境活动1.观察、分析有关水华问题，提出质疑。学生发现：发生水华的水体中氮、磷等无机盐大量增加，绿藻和蓝细菌大量繁殖，水体呈蓝绿色。教师追问：这些信息之间有何关联？学生思考、讨论后提出：绿藻、蓝细菌多导致水体呈蓝绿色，水体富营养化与绿藻、蓝细菌繁殖密切相关。由此，学生提出疑问：为什么水体富营养化会引起蓝细菌和绿藻大量繁殖？

（二）表征与分析

引导学生思考与讨论：我已经知道的事实有哪些？我学过哪些有关的知识或技能？我还需要探究或查阅什么资料？等等。学会整合情境信息与先前信息，将劣构问题转化为良构问题，形成多个连贯的问题表征，习得新知识，建构知识体系。

在“治理水华”问题解决过程中，指导学生完成情境活动2、3（表1、表2），尝试从结构与功能观角度分析：蓝细菌和绿藻的细胞结构、代谢特点与水体富营养化引起蓝细菌和绿藻大量繁殖之间的关系。帮助学生将上一环节的疑问转化为：绿藻和蓝细菌的细胞结构、代谢有何特点？教师进一步追问：解决此问题的方法是什么？帮助学生回顾初中所学知识，提出：可以通过显微镜观察、查阅及分析资料等方法解决问题。接着，指导学生使用显微镜观察绿藻、蓝细菌，观察蓝细菌的电镜照片，探究蓝细菌与绿藻在结构上的区别，归纳原核细胞与真核细胞的关系，绘制“细胞”概念图。促进学生有理有据地解决问题，为进一步解决问题提供知识支持。

（三）计划与解决

指导学生从问题的条件及原因出发，比较和选择解决问题的策略，并正确表达解决问题的过程。

“治理水华”问题解决过程中，指导学生从引起水华的原因出发，开展情境活动4：提出治理水华的方案。学生预设解决“治理水华”问题思路：降低水体富营养化程度及水体中绿藻、蓝细菌等数量，提出治理方案：①建议使用无磷洗涤剂、强化水域的综合整治、改进施肥方式，控制向湖泊输入氮、磷等无机营养。②种植沉水植物，吸收水体的氮、磷等无机营养。③引水稀释发生水华的湖泊，降低湖中氮、磷等无机盐的浓度。④使用化学药剂杀死蓝细菌，并及时捞出。⑤向水体中投放鱼类，摄食浮游藻类、蓝细菌等。⑥通过检测治理前后水样中的绿藻、蓝细菌等数量，调查治理效果。促进学生运用所学的生物学知识及方法，尽可能多地设计多种解决方案，发展创新性思维。

（四）监测与反思

全面回溯及再思考问题解决过程，包括反思对问题情境中信息的理解、知识的获取过程等，衡量与比较问题解决方案，分析各种方案的局限性。

如反思“治理水华”问题的表征方式是否准确、蓝细菌和绿藻结构特点和代谢特点等信息获取方式是否合理及其正确性，尝试解释不同方案可能得到的结果，评价不同方案的有效性等。通过反思，促进学生提高独立思考能力，理解评价和质疑应基于充分的证据，认同知识与技能是解决问题的思维素材。

三、提供表达思想观点的机会

问题解决过程是内隐思维转化为外显行为的过程。开展情境活动时，要尽量鼓励学生“说出、写出想法”，同时，教师要及时进行评价。

开展“治理水华”问题的情境活动1 时，要求学生口头表达观察到的信息、信息的相互关系及疑问，评价学生是否觉察到隐含的信息。情境活动2 要求学生书面表达绿藻、蓝细菌的结构、代谢与富营养化的关系，绘制蓝细菌的模式图。及时评价学生问题表征是否合理、是否能全面回顾初中学过的显微镜实验及绿藻、细菌等知识、蓝细菌模式图绘制是否规范等。情境活动3 要求学生应用概念图或表格等形式表达原核细胞与真核细胞的区别与联系，重点评价归纳原核细胞与真核细胞的比较表或概念图是否全面、表述是否科学等。情境活动4 要求学生写出治理水华的具体措施，重点评价措施的依据及合理性。以此促进学生富有逻辑地表达内隐的思维过程，提高问题解决能力。

问题解决是一种实践能力，其学习目标不仅仅是记忆和理解知识，而是能在不同的问题情境中灵活应用知识。［6］问题解决能力的提升具有艰巨性和长期性，要求教师不“守成”于教材知识，不做教材知识的“搬运工”，应创设基于真实问题解决的、层层递进的情境活动“任务链”，引领学生实践与体悟，方能有效提升学生的问题解决能力。