劣构问题培养高阶思维能力的情境教学探索

杨建新

摘 要 以“植物生命活动的调节”为例，通过云南鲜花生产基地如何对鲜切花进行保鲜的劣构问题进行情境教学，阐述如何把劣构问题良构化，进而培养学生的高阶思维能力，使学生学会思考和解决问题，受益终身。

关键词 劣构问题 高阶思维能力 情境教学

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

美国建构主义教育心理学家戴维·H·乔纳森（DavidH.Jonassen）认为，所有的问题都可以分为良构问题和劣构问题两大类型，前者也称定义完整的问题，后者也称定义不完整或结构不良问题。良构问题往往是人为设计的，问题条件清晰、原理清楚、解决方法和步骤明确、答案标准唯一，可培养学生认知过程中的记忆、理解、运用等低阶思维能力。劣构问题是指在问题的起始状态、目标状态、问题解决的路径，或者问题解决所依据的原理和技术等一个方面或几个方面缺乏明确的界定。真实情境的问题、复杂的问题几乎都是劣构问题，而解决劣构问题的能力才是真正的能力，包含高阶思维能力和实践能力。

高阶思维能力是指在解决复杂劣构问题时，发生在较高认知水平上的心智活动或认知能力，包括问题解决能力、批判性思维能力和创造性思维能力等，主要表现在分析、评价和创造三个思维层次。在课堂教学中，教师易忽视劣构问题对培养学生高阶思维能力的重要意义，导致学生对于问题的解决能力往往停留在知识的机械应用水平。高阶思维能力可通过学习过程体验、知识主动建构和解决复杂问题等活动培养，教师采用情境教学模式可取得良好的效果。下文以“植物生命活动的调节”为例，阐述如何使真实的劣构问题成为贯穿课堂教学的大情境以培养学生的高阶思维能力。

1 “植物生命活动的调节”教学分析

此内容隶属于新人教版高中生物学《选择性必修1·稳态与调节》， 《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》 （以下简称《课程标准》）要求落实的重要概念为“植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素调节”，学业要求为“基于植物激素在生产生活中应用的相关资料，结合植物激素和其他因素对植物生命活动的调节，分析并尝试提出生产实践方案”，因此， 《课程标准》的重点在于落实“科学思维”和“科学探究”两大核心素养的培养。“植物生命活动的调节”在生活中有很多实例，下文以云南鲜花生产基地如何对鲜切花进行保鲜的真实劣构问题为大情境，设计系列驱动型良构问题，侧重从思维认知角度分析并归纳影响鲜切花保鲜的因素；接着，下文从生长素的角度运用假说演绎法进行科学探究，提出对鲜切花保鲜的方案，侧重训练学生的归纳概括能力、演绎推理能力、批判性思维能力与辩证思维能力等高阶思维能力。

2 “植物生命活动的调节”教学过程

劣构问题源于实际，问题的条件、原理、解决方法和步骤以及结果都是模糊不清的，因此，劣构问题的解决过程会有较多障碍，教师需对劣构问题进行人为设计，使之成为常规性良构问题和探究性良构问题，通过良构问题的解决，使学生获得科学方法和思维能力的训练，进而培养学生解决劣构问题的高阶思维能力和外显技能。

2.1 鲜切花保鲜大情境分析

真实情境：近年来，我国鲜切花生产和消费量迅速增加，但每年由于保鲜不佳所造成的经济损失也较为严重，这在一定程度上限制了我国鲜切花的外销。云南鲜花生产基地很好地解决了这一问题，目前云南为亚洲最大的鲜切花出口基地。研究发现，鲜切花采收后，脱离母体植株，其生理代谢发生较大变化，衰老进程比留在母体中快。常温下，鲜切花一般只能维持3～5天的寿命。

这是一个典型的劣构问题，其起始状态、目标状态、问题解决的路径、原理和技术等均不明确，但却具有很强的趣味性，可激发学生的学习兴趣。此时，教师需要明确此劣构问题的核心“目标状态”，提出良构后的问题：鲜切花保鲜的本质是什么？接着，教师引导学生分析保鲜的本质是延缓衰老，并进一步提问：衰老是植物生命活动的现象，受到植物激素的调节，植物激素是如何调节衰老的呢？

2.2 植物生命活动调节的内因

虽然明确了“目标状态”是“如何延缓衰老”，但劣构问题的条件并不清晰，教师需补充表1资料使劣构问题良构化，进一步引导学生分析：导致鲜切花衰老的主要因素有哪些？

根据表1分析，学生较容易归纳出促进切花衰老的激素是乙烯和脱落酸；延缓切花衰老的激素是赤霉素和细胞分裂素；生长素对切花的影响可能是既能促进衰老也能延缓衰老；学生从而能够理解影响切花衰老的主要因素是植物激素。

接着，教师从生长素角度设计探究性良构问题，引导学生运用假说演绎法进行科学探究，训练学科思维。教师提供资料：

学生甲阅读了教材内容： “研究发现，生长素所发挥的作用，因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同而有较大的差异。一般情况下，生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时则会抑制生长。”由此，他认为生长素对鲜切花衰老（花瓣脱落）的影响具有两重性，并设计了简单的实验进行探究，请写出实验思路、预期结果和结论。材料：相同品种和品质的A切花若干，瓶插液，蒸馏水，系列低浓度生长素溶液，系列高浓度生长素溶液。

学生通过对资料进行分析作出假设：生长素对鲜切花衰老的影响具有两重性，并运用假说演繹法写出探究实验的思路：将若干相同品种和品质的A切花随机均分成三组，分别插入含等量瓶插液的花瓶中，第一组喷洒适量的蒸馏水，第二组喷洒等量的系列低浓度生长素溶液，第三组喷洒等量的系列高浓度生长素溶液；在相同且适宜的环境中培养，定期记录花瓣脱落数。预期一段时间后，第三组的花瓣脱落数最多，第二组最少；从而得出生长素对鲜切花衰老的影响具有两重性，高浓度促进衰老，低浓度延缓衰老的结论。

教师向学生提问：以上结论是一定的吗？并再设计反转性问题：

学生乙认为学生甲的观点不合理，用B切花做了相同的实验，发现结果完全相反，由此推测生长素对鲜切花的作用可能是什么？

学生经过演绎推理得出：外源生长素对切花衰老具有延缓和促进的双重作用，但不同种类切花或者同一种类切花经不同浓度生长素处理后其表现均不一致。通过B切花对学生甲观点的反转，教师引导学生进行批判性思考，从而辩证看待科学探究过程中的假设，培养学生的演绎推理能力、批判性思维能力与辩证思维能力，使教学落实“科学思维”和“科学探究”两大核心素养的培养。

2.3 植物生命活动调节的外因

在上述劣构问题良构化的过程中，学生已经明确鲜切花衰老主要受到植物激素的调节，但植物激素是如何调节鲜切花衰老的呢？还有哪些影响因素呢？此时，教师可展示一道高考题。

【例题】瓶插鲜花鲜重的变化与衰败相关，鲜重累积增加率下降时插花衰败。图1为细胞分裂素和蔗糖对插花鲜重的影响，下列叙述错误的是（ ）

A. 蔗糖和细胞分裂素都有延缓衰败的作用

B. 蔗糖可为花的呼吸作用提供更多的底物

C. 同时添加蔗糖和细胞分裂素更利于插花保鲜

D. 第5天花中脱落酸的含量应该是清水组最低

此高考题的起始状态和目标状态均较为明确，是一道常规性良构问题，有利于学生知识和技能的巩固与应用。通過本题，教师可加深学生对植物激素相互作用共同调节的认识，并使学生认识到除了植物激素外还有其他因素调节植物的生命活动，为下文进一步推理环境因素做铺垫；学生通过识图、读坐标进行推理判断，发展了演绎推理能力。接着，教师再次补充资料进行良构化：

据观察，切花采摘不久就会萎蔫，茎导管是切花吸水组织，营养物质溶解在水中，而水中微生物繁殖会堵塞茎的基部导管，造成切花衰老。材料中影响切花衰老的因素有哪些？作用机理是什么？还有什么其他影响因素？

学生通过分析资料可以得出影响切花衰老的因素有水、营养物质和微生物，起因是水中微生物繁殖导致茎导管堵塞，成因是切花不能吸收水分和营养物质，不能进行正常的细胞代谢，结果是切花凋萎和衰老；进而教师再引导学生发散性思考还有什么其他的影响因素。教师通过教会学生进行条件、起因、成因、结果的逻辑分析，训练了学生的逻辑推理能力和发散性思维能力。学生归纳出导致切花衰老的外因，理解植物生命活动受环境和植物激素的共同调节，且外部因子总是通过影响鲜切花内在的生理生化变化来影响其生理过程，并形成思维导图（图2）。

2.4 多种因素共同调节

通过以上良构化过程，学生对云南鲜花生产基地鲜切花保鲜的劣构问题的解决已经有了大概思路，但还不明晰，教师进一步设计递进式探究性良构问题引导学生迁移应用，提供以下资料，使学生真正学会解决此劣构问题：

花茶集茶味与花香于一体，茶引花香，花增茶味，相得益彰。花茶不仅仍有茶的功效，而且花香也具有良好的药理作用，裨益人体健康，广受人们的喜爱。云南每年生产大量的鲜花用于制作花茶，鲜花采摘后要尽快制作才能保证品质，使用保鲜剂能达到较好效果。为了探究不同保鲜剂对百合切花的保鲜效应，科研人员做了以下实验（图3）：

（保鲜剂A：适宜浓度乙烯合成抑制剂；保鲜剂B：适宜浓度乙烯作用抑制剂；保鲜剂C：适宜浓度细胞分裂素6-BA；保鲜剂D：适宜浓度的乙烯合成抑制剂+乙烯作用抑制剂+细胞分裂素6-BA）

教师向学生提问：① 研究表明根系是细胞分裂素的主要合成器官，切花是由于缺失哪个器官导致衰老的，为什么？② 植物在缺水、病菌感染、细胞组织受伤的情况下会产生乙烯，以保证植物能更好地抗逆，请分析切花衰老的原因可能是什么？③ 由曲线可知，不同保鲜剂对百合花切花鲜重的影响均呈现什么趋势？④ 不同保鲜剂处理后鲜重降为初始值均比对照组迟，这说明什么？⑤ 从保鲜剂的成分分析，保鲜剂的作用原理是什么？⑥ 请运用所学知识简述鲜花如何处理才能使其在从大田运到工厂的过程中保持新鲜？以流行的花茶作为知识迁移的情境，教师设计系列递进式探究性良构问题，使学生清楚认识到可以通过调节激素的使用和调节外界环境因子来维持切花的激素稳态，达到延缓衰老保持新鲜的目的。

3 结语

经过两轮基础教育课程改革，探究性学习的理念已经深入人心，接下来国内应该探讨如何优化问题设计从而提升探究质量。但目前中学教育中，无论是学术研究还是课程实践，对劣构问题的研究明显缺失。

上文以“植物生命活动的调节”为知识载体，以“鲜切花如何保鲜”的劣构问题为大情境，使劣构问题逐步良构化，教师引导学生用思维认知的方法（获取信息→分析问题→归纳概括→演绎推理→批判辩证）分析解决良构问题，最终培养学生的高阶思维能力。

参考文献：

［1］张冬财.现代学习心理研究［M］.上海：上海科学技术出版社，2018：44－47．

［2］胡继飞.中学生物学的劣构问题及其教学建议［J］. 生物学教学，2021，46 （9）：34-36.

［3］中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020．

［4］刘俊. 植物激素在百合切花保鲜中的应用及其机理研究［D］. 南京林业大学，2010.