基于高阶思维能力培养的小学科学探究问题串思考

福建省福安市逸夫小学 赵映辉

根据新课标要求，小学生以科学探究问题作为培养高阶思维能力的重点，然而现实中很多问题仍存在于小学生学习过程中。一方面，教师在教学过程中过于强调实验操作过程与探究方法，使得学生缺少逐步探索科学知识的快乐，从而导致思维过程引领的缺失；另一方面，模式化和扁平化模式已经不能很好地适应现代教学要求，它们会局限学生的思维，影响学生高阶思维的形成。

一、高阶问题及问题串的意义与关联

现阶段能够在小学科学教学中使用的问题串有以下四种类型：（1）探究问题串。这类问题串是教师采取情境化设计融入探究问题的教学中，使得学生能够在设置的情境中发掘科学问题，然后解决问题。（2）并列问题串。这类问题串是让学生在知识中寻找和发现其中包含的并列关系。（3）延展问题串。该问题串是教师通过向学生设置许多指引性的问题，从而帮助学生了解和更好地掌握所学的知识，并使其能够构建宏观知识框架与结构。（4）递进问题串。由教师设置许多小问题，这些问题在难易程度上构成递进关系，让学生的理解与认识逐层递进。

学生的认知能力与心智活动决定了其高阶思维能否快速成型，拥有高阶思维的学生可以快速处理各类复杂问题。高阶思维虽然建立在低阶思维之上，但二者培养路线互不影响，也就是说对于学生思维的培养可以跳过低阶思维直接进行高阶思维培养。小学科学教育的实质是使学生按照情境观察，再将对于科学的认知整合起来进行总结，若能善用问题串并以此为基点，可以高效快速地培养学生的高阶思维能力。

高阶思维是指在高认知水平上产生的心智活动及高层次的认知能力，是将创造、实践、分析的思维能力相结合运用。对学生高阶思维的培养应该融入实际教学过程中，让学生在日常学习中不断建立高阶思维。小学科学教学主要是通过各种实验，让学生进行实验观察之后对科学概念进行学习归纳，通过在科学概念的总结归纳中分析问题、综合问题以及开展创作等的过程对学生进行高阶思维的培养。高阶思维的培养离不开学生的思维活跃，学生在日常学习生活中难免会对部分问题产生疑问，而这些疑问既提升了学生的思维能力，又有助于问题串的产生。一个问题串是否有效，往往取决于问题提出者逻辑是否缜密。问题串对于提升学生高阶思维能力来说就像一块敲门砖，它会慢慢引导学生的思维走向预先设计好的路线，可以节省大量时间，提高教学效率，由此可见问题串的重要性。在十分看重探究过程的科学学科中，设置问题串能够激发学生主动探索问题的积极性，不仅促进了教师在教学中提升学生的高阶思维能力，而且与当前学科教学的发展趋势相吻合。

二、构建小学科学探究问题串学习共同体

小学科学教学中，教师在设计探究问题串的过程中，要注重问题之间的关联度与坡度，灵活地将问题串应用到实际教学中去，让问题与问题之间形成并列、递进、因果以及发散等逻辑关系。让学生在解决问题的过程中提升整体认知，引导学生突破难点，激发学生的学习兴趣，促进学生更加快乐有效地学习，在快乐学习的过程中对学生宏观、全面以及缜密的思维方式进行培养，实现探究问题串的教学效果。教师要在实际教学中以促进学生高阶思维能力的培养和发展为出发点和落脚点，结合学生的实际学情，围绕探究主题来进行问题串的设置，构建多维、开放以及和谐的学习共同体，加强教师与学生、学生与学生之间的互动，搭建探究式学习阶梯环境，有效促进学生高阶思维能力的培养。

在探究问题串学习共同体的建设中，教师要遵循以下原则。首先，以情境为抓手。学生在开展探究学习时，已经具备一定的科学概念及相关背景知识。教师在探究学习开展中要能充分激发学生的学习欲望及探究热情，才能保障探究学习的有效开展。因此，教师要以探究情境为抓手，在教学过程中创设情境，激发学生的学习积极性和好奇心，唤醒学生的科学概念，从而调动学生的学习兴趣。其次，以问题为核心。小学生由于其年龄特点，对任何事物都具有较强的好奇心理，这也是小学生热衷于科学探究活动的动力源泉。教师要善于抓住学生的心理，以学生的问题为核心开展探究教学，让学生在身临其境的探究过程中分析和解决问题，增强学生的探究体验，激励学生更加深入地探究、评价以及创造等。再次，以学生思考为动力。教师在探究问题串的设置中要围绕中心问题，以层层递进的问题设置方式，使问题串环环相扣，形成整体，让学生开展系统化的探究训练，激发学生在交流互动过程中发现新问题，发表新见解，敢于质疑，并能深入思考，从而有效解决问题。最后，以学生的学习为目标。教师在开展科学探究教学活动的过程中，要对学生的思维特征进行深入了解及研究，结合学生实际情况设置具有层次性、开放性的问题，让学生的探究学习由浅入深、循序渐进地进行。引导和培养学生的发散性思维，让学生能够在探究学习过程中更加深入地理解所学知识，提升学生学习效果的同时促进学生高阶思维能力的培养。

三、各类问题串的设计策略及思考

（一）并列式问题串

并列式问题串中，教师展示的问题内部包含并列关系，问题与问题内部无高低区分，适合在低年级科学教学中使用。学生以探索者的身份参与探究，以探究问题为基础批判地剖析自身身份，将主观情感融入探究活动，使自身的思维随着不同问题而发生变化，此为提升学生高阶思维能力的有效方式。比如，教学“观察一棵植物”时，教师可以设置以下问题：“假如你是那棵树，为了你能茁壮生长，你会长出哪些结构？你会如何选择生长环境和条件？”且在恰当的时机提出以下问题串：“（1）你选择大叶片还是小叶片？（2）你选择向深处扎根还是在浅层？（3）你选择在土壤肥力充足处发育还是贫瘠处发育？”教师通过设置问题，使学生在情境中受问题串的指引而思考植物生理结构与生长环境。学生从探索者转变成研究对象，以一棵植物的视角进行思考。部分学生选择大叶片，因为这样可以接收更多的阳光；部分学生选择土壤肥沃的浅层发育，因为养料充足且空气质量佳，能长得更快、更好。

以上三个问题属于并列关系，它们的逻辑性相对较弱，有利于小学阶段的低阶思维培养，并且能促使学生将问题向更深层次思考。当我们将学生的主观能动性充分调动起来，那么学生将会自主探究，主动发现并解决问题，甚至开创性地提出问题。这样一来，培养学生的高阶思维能力就变得相对简单了。

（二）探究式问题串

探究式问题串是学生在模拟情景下，通过学习与思考来构建自我知识框架的过程，此过程能够帮助学生形成正确的探索科学的理念与方式。教师要学会在日常生活中引领学生观察并发现问题，多问多想，有利于学生构建知识框架。探究式问题串往往有多个解，因此教师可以引导学生从多个角度对问题进行分析，帮助学生培养高阶思维。例如，在教学“声音的高与低”时，不同长度的尺子可以发出不同的音调，对于这类有趣的现象，学生会产生很多疑问，教师此时引导学生提出问题：“为什么同一把尺子弹起来产生的音调高低不同呢？导致音调不同的原因是什么？”为解答学生提出的问题，教师设置了问题串：“（1）伸在桌子外面部分长的音调高还是短的音调高？（2）弹尺子时力度大与力度小，哪个音调高？（3）在尺子伸出桌子长度一致且弹尺子的力度一致的条件下，长尺子音调高还是短尺子音调高？（4）进行上述探究实验并剖析总结，能够得到什么结论？”

教师引导学生对问题进行实验，分析问题并得出结论，回答前面提出的问题，提升学生综合运用多维思考的能力。例如，问题（3）需要学生严格控制变量，准确进行实验操作，才能得出正确结论。问题（4）引导学生进行批判性、推理性思维，推动学生创造性思维的发展。学生面对同一情境下不同结果时善于提出问题，经过实践、剖析、思考、总结等思维过程，最后得出尺子音调高低与尺子的震动频率即尺子伸出桌子外的长度的关系：尺子伸出桌外的长度不同引起振动频率的快慢，致使音调有高有低，构建起“声音音调的高低取决于物体振动频率快慢”的科学观点。引导学生在实践过程中认识与思考的学习活动，是提升学生高阶思维的核心方法。

（三）递进式问题串

教师在设置问题串时可以适当增加问题难度，尤其是递进式问题串，这类问题串可以循序渐进地引导学生思维的发展方向，对提升学生的高阶思维能力有显著效果。递进式问题串实质上是让学生在逐渐复杂化的问题中找到学习兴趣，并让学生在层层深入、逐渐深化的教学问题中构建自己的知识框架，从而培养高阶思维能力。例如，在教学“面包发霉了”一课时，教师设计了原始问题：“面包发霉需要什么条件呢？”引出之后三个问题分支：“（1）没有水且没有空气的环境中，面包会发霉吗？（2）如果只满足有水或有空气其中之一的条件下，面包会发霉吗？（3）有水且有空气的条件下，面包会发霉吗？”这三个问题分支间在逻辑上是递进的。教师设置三种问题变量“二者均不包含”“二者只包含其中之一”以及“二者均包含”为递进关系的问题串，探究空气与水这两个因素与面包发霉现象的关系，引导学生观察、剖析、总结，得出“面包发霉需要同时满足有水和空气”的结论，使思维方式逐步从低阶向高阶迈进。

教师设置递进式问题串可以帮助引导学生逐步向问题深处思考，在探究实验的各个环节捕获蕴藏在现象内部的科学道理，提高学生思考的严密性和逻辑性。

（四）延展式问题串

教师设置延展式问题串有利于促进学生思维的广度与深度，延展式问题串主要在知识的加强与扩展阶段教学中使用，便于学生在复习已有知识的前提下，构建知识的宏观化结构，钻研难点与重点。

例如，在教学“马铃薯在液体中的沉浮”一课时，教师设置以下延展式问题串：“（1）不同物体在水中的沉浮状态是不同的，这是为什么？（2）为什么同一物体，比如马铃薯，在清水中是沉下去的，在盐水中却浮起来？（3）思考上述问题我们能得到什么结论？”教师引导学生思考并讨论以上问题串，设计实验方案、进行现象剖析、总结实验现象，实现学生思维的纵向和横向的拓宽。

以上问题在逻辑上是延伸的，问题（2）是在问题（1）基础上的延伸，问题（3）与问题（1）和问题（2）在逻辑上是递进的。教师设置在生活中常见的延伸实验，设置延展式问题，有利于拓展学生思考问题的广度与深度，使学生加深对密度概念的认识，同时促进学生对于固体、液体密度大小的认知加深。

延展式问题串以深刻剖析问题为核心，通过逐步扩展现象与本质来帮助学生认识与吸收科学知识。学生通过对现象与本质的探究，提高了自身多维纵向与横向的思维能力，促进高阶思维能力向更深层次提升。

另外，教师在问题串的设计中还要结合学生的实际生活进行，让学生将所学的知识和实际生活经验相结合，有利于学生理解掌握知识，提升学生解决实际生活问题的能力。同时，更有利于学生分析、对比、理解、归纳以及实践能力运用到学习当中，从而提升学生的高阶思维能力。因此，在小学科学探究教学活动开展中，教师要深入学生的实际生活，在问题串的设计中融入学生的实际生活内容，让学生能够有据可依，而不是天马行空地去想象，让学生能够结合自身的生活经验以及对生活的了解，更加自主独立地进行问题的分析及解决。学生能从生活中发现科学，也能将所学的科学知识应用到实际生活中，促使学生综合素质能力的有效提升。例如，在“认识水”这一课程的教学中，教师问题串的设计可以围绕实际生活进行，如：“（1）我们生活中的水是什么样子的？（2）同学们是怎样区分牛奶和水的？（3）我们生活中能和水融合的东西有哪些？不能和水融合的东西有哪些？等等。”通过这样的问题设置，学生在探究思考的过程中能够将知识和生活相结合，不仅对探究学习的兴趣和积极性大大提升，还能结合自己所了解的生活内容进行更加深入的探究学习，从而更好地理解教学内容，也能在生活中遇到此类问题时应用所学知识来解决问题，有效促进学生高阶思维能力的提升。

综上所述，小学科学教学中以提高学生高阶思维能力为前提，将各类问题串与小学科学教学相结合，不仅可以激发学生的主观能动性，提升学生的学习兴趣，还可以使学生学会自主思考、敢于质疑、敢于提问。因此，小学科学教师在进行教学活动时，要把握小学生的求知心理，善于运用问题串，全面提高学生的学习能力和综合水平。