巧设科学劣构问题 培养学生高阶思维

李洪锋|浙江省舟山市普陀区教师进修学校

美国教学设计领域专家戴维·乔纳森将问题分成良构问题和劣构问题两大类。良构问题，一般指问题有明确的初始状态、目标、受限制的逻辑因素，可以根据限定的条件，运用认知原理获得唯一解。劣构问题的构成存在着不可知部分，目标界定含糊不清或缺少限定，具有多种解决方法和途径，或根本不存在公认的问题解决方法，可能具有多种答案，需要通过尝试不同的解决方案去寻找最佳的解决办法［1］。

当前，初中科学教学中的教学案例和情境设计仍以良构问题为主，主要培养学生的低阶思维。这就导致在解决新问题时，学生往往会生搬硬套课本知识，缺乏创新。而劣构问题可以促进学生深度学习，培养学生高阶思维，提升学生解决实际问题的能力。以下，笔者从教学实践出发，阐述劣构问题在培养学生高阶思维方面的教学价值及其设计策略。

一、劣构问题在培养学生高阶思维方面的教学价值

布卢姆将认知目标分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六级水平，其中前三者为低阶思维，后三者为高阶思维。高阶思维指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。它是高阶能力的核心，主要指问题求解能力、决策能力、批判性思维能力和创新能力。高阶思维能力集中体现了知识时代对人才素质提出的新要求，是适应知识时代发展的关键能力［2］。

发展学生的高阶思维，必须培养学生的求解能力、决策能力、批判性思维能力和创新能力，而这并不是教科书上那些经过简化、纯化、有标准答案的良构问题所能胜任的，因此需要引入具有开放系统、所受影响条件众多、解决方法和途径多样的劣构问题。当然，在引入劣构问题前，教师还要仔细分析其教学价值，使教学有效且高效。

（一）激发探究兴趣，培养问题求解能力和决策能力

教师若经常用良构问题设问，不少学生不需要怎么思考就能说出答案，长此以往，学生就会失去探究的欲望。而好的劣构问题可以激发学生探究的兴趣，甚至能一石激起千层浪，使他们充满探究问题真相的强烈欲望，进而层层剥茧地不断分析问题，提升问题求解能力和决策能力。

如在浙教版义务教育教科书《科学》（以下简称“浙教版《科学》”）八年级上册第4 章第4节《变阻器》新课引入中，教师可以设计这样的问题：“你们会制作滑动变阻器吗？在制作滑动变阻器的过程中，应该注意哪些事项？”这个问题涉及滑动变阻器的原理、材料选择、工艺制作、美学等问题，不是一两句话就能回答的，学生需要一个接一个地去解决不同问题，这能够使他们始终保持探究的欲望。在具体教学中，学生直到成功制作出滑动变阻器后，仍然意犹未尽。

这样的劣构问题能始终针对真实情境中的问题解决，具有一定的开放性和发散性，因此可以激发学生的情感和学习动机，使其维持积极的学习状态。

（二）强化评价意识，培养批判性思维能力

解决劣构问题所必需的概念、知识和原理具有不明确性，而不同的学生具有不同的知识背景和思维水平，因此在解决这类问题时，不同的学生往往会使用不同的解决方案，甚至需要小组合作探讨、发挥集体智慧，才能形成最优方案。在此过程中，学生会不断反思自己处理信息、解决问题的能力，以及合作的意识与能力等，并逐渐厘清逻辑知识与逻辑思维能力之间的关系。在课堂教学中，教师要多设置劣构问题，以强化学生的评价意识，培养其批判性思维能力。

在教学浙教版《科学》九年级上册第2 章第2 节《金属的化学性质》时，笔者先演示实验：把大小相同的铁片和铝片同时放入稀硫酸中，铁片表面有气泡产生，而铝片表面没有任何现象。接着给出结论：金属铁比铝活泼。学生纷纷点头认可，但笔者话锋一转，反问：“真的是这样吗？”在学生的一片疑惑中，笔者讲解了金属的发现史。

铝元素是地壳中含量最多的金属元素，但是金属铝的发现才几百年，远比金银铜铁晚。拿破仑曾因有一顶铝制王冠而骄傲，就是因为当时铝的制取很困难。这说明铝元素在自然界中不是以单质形式而是以化合物形式存在的，也就是说化合态的铝要变成单质铝非常困难，这是因为金属铝的化学性质比较活泼。

笔者有意制造认知冲突，激发学生想一探问题究竟的好奇心。学生查阅金属活动性顺序知道，铝的金属活动性确实比铁强，随即又产生了新的疑问：“为什么当今生活中的铝应用如此广泛呢？”笔者引导学生设计实验来释疑解惑。

实验1：取两支装有10%稀硫酸的试管，分别放入经磨砂处理后的铝片与铁片，观察反应现象。

实验2：将经磨砂处理后的铝片放入硫酸亚铁溶液，观察反应现象。

实验3：分别用酒精灯对生锈的铁片和未经磨砂处理的铝片加热，观察现象。

实验1中，铝片与稀硫酸反应明显比铁片快，产生气泡更快且多；实验2中，铝片表面有白色物质析出，溶液颜色变浅。这两个实验都能说明铝的化学性质确实比铁活泼。在做实验3时可发现铁锈纷纷掉落，而铝变为红热的液体并可自由流动，但有一层膜包住使其不会掉下来。这是因为铁锈比较疏松，失水后易掉落，而铝的熔点只有660℃，且易被空气中的氧气氧化生成一层致密的氧化铝保护膜，氧化铝的熔点在2054℃以上。

如此设置认知冲突，引起学生追本求源的好奇心，激发探究欲，进而通过实验论证进行深度学习，可培养学生的批判性思维能力。

（三）发展求异思维，培养创新能力

温故而知新，复习课不是简单地重复，而是通过归纳、概括的手段来罗列并梳理知识，让学生在原有的基础上进一步提升。这要求教师能找到合适的切入口，既复习旧知又提炼方法，使学生提高理解的层次，掌握解决问题的新方法，发展创新精神和求异思维。

如在复习浙教版《科学》九年级上册第3章第2 节中的“重力势能”时，笔者这样设问：“你们有没有办法，不通过实验就得出重力势能的大小与哪些因素有关，并能确立它们之间的定量关系？”学生顿时一脸茫然，提问：“实验不是检验真理的标准吗？实验不是获取经验事实和检验科学假说、理论的重要途径吗？”为帮助学生解惑，笔者从功与能的关系以及重力势能的定义出发，引导学生推导出重力势能的计算公式：Ep=W=Gh=mgh。学生于是恍然大悟。笔者进一步告诉学生：利用这个公式来理解课本实验中的注意事项或解决实际问题，可以大大降低问题难度，突破知识瓶颈。

劣构问题是启迪思维发展的诱因和动力，可促进学生思维品质的提升，培养其创新能力。在日常教学中，我们也可利用一题多解、一题多变来引导学生发散思维。

二、劣构问题的设计策略

引入劣构问题可以优化学生的思维品质，培养学生的高阶思维。那么，在课堂教学中应如何设计劣构问题呢？

（一）优化教材中的问题设计

教材是最重要的课程资源，是教学活动的核心媒介和载体，也是教师开展教学活动的主要依据。浙教版《科学》内容丰富，里面有大量值得挖掘的素材。教师应充分利用这一资源巧设劣构问题，培养学生的高阶思维。

如浙教版《科学》八年级上册第1章第3节在“物体的沉浮条件的应用”条中讲到轮船的工作原理，并在教材第17页安排了“橡皮泥的沉与浮”实验。很多教师讲清原理后就草草结束，其实教师可以拓展实验，追问学生：“橡皮泥捏成碗状后浮在水面上，水面高度如何变化？”有的学生认为橡皮泥原来是整块浸没在水中，后来是部分浸在水中，所以水面降低；有的学生认为浮力增大，水面应该升高。这样就产生了一个非常好的劣构问题：“液面的高度变化到底由什么因素决定？”教师可让学生先组内讨论、组间辩论，再设计实验验证。最后教师延伸拓展：“冰川融化后海平面如何变化？池塘里的挖泥船挖满泥后水面如何变化？洗碗池里的水舀到漂浮的碗中后水面又会如何变化？”这一系列问题的解决正是课堂教学的生长点。

对教材中的问题设计进行适度优化，设置对应情境创设劣构问题，引导学生剖析原因，进行多角度分析、多层次综合思维，可进一步提升学生解决实际问题的能力，培养学生的核心素养。

（二）创设生活情境

生活化的问题情境是课堂教学的催化剂，能激发学生强烈的求知欲，是点燃学生智慧的火花，能启迪学生思维，增加课堂的灵动性。

在复习浙教版《科学》八年级下册第3 章第5～6 节中的“绿色植物的物质与能量的转化”这一内容时，笔者先让学生观看一段智慧农业大棚蔬菜种植和管理的视频（有条件的学校可以实地考察），再让学生分小组讨论问题：“人们分别采用了哪些措施来提高蔬菜的产量？这些措施所依据的生物学原理是什么？”学生充分讨论后由小组代表汇报讨论结果，其他小组补充。学生跃跃欲试，讨论后争先恐后地汇报各自的成果。部分学生的成果如下。

（1）早春大棚可以提高棚内环境温度，有利于种子萌发，促进蔬菜的光合作用。

（2）合理密植，可以提高光合作用的效率。

（3）大棚要经常通风或向大棚中补充二氧化碳，这可以为光合作用提供原料，从而促进蔬菜的光合作用。

（4）幼苗带土移栽，是为了保护幼根和根毛，提高移栽的成活率。

（5）中耕松土、及时排涝，可以促进根的呼吸作用，防止烂根。

（6）合理的水肥管理，既能减少浪费和污染，也能提高产量。

（7）晚上适当延长光照或降低温度，可以促进光合作用或减弱呼吸作用，有利于有机物的积累，从而提高蔬菜的品质和产量。

有价值的劣构问题能引导学生思考，使其畅所欲言。在相互提示和补充中，生生、师生之间的交流得以加强。教师要不断鼓励学生，及时对学生的作答情况进行评价，引导学生归纳知识、提炼方法，从而提升课堂教学的效率。

（三）利用错误资源

教师和学生都会犯错误，教师要敏锐地发现错误中隐藏的价值，将错就错，顺势引导，利用错误资源巧设劣构问题，引导学生在错中思考、感悟，并给学生充分的思考时间，使学生在识错、纠错、思错中提升思维品质。

例题某纯碱中含有少量氯化钠杂质，为测定纯度，小周取出27g 样品，平均分成5 份，依次加入盛有100g 稀盐酸的锥形瓶中（锥形瓶的质量为60g），每次充分反应、待气体完全逸出后，用天平称质量，得到5组数据：163.2g，166.4g，169.6g，173.9g，179.3g。请计算所用稀盐酸的质量分数。

笔者在检查学生的作答情况时，发现了几种典型的错误，于是将其在课堂上呈现出来，让错误资源成为学生自主学习的探究点。这能引导学生在争议中分析、反思、内化知识，使学生在辨析中理解并归纳物质过量计算中应注意的事项，体会豁然开朗的感觉。由此，课堂上不断演绎质疑的精彩，充分激发了学生的创新思维。

（四）捕捉课堂生成

良好的师生关系能营造出和谐的课堂氛围，在这样的课堂上，学生就会积极思考、大胆质疑，甚至会提出一些奇思妙想。教师要善于捕捉课堂生成的瞬间设计劣构问题，这会收到意想不到的教学效果。

在一节“空间科学”（相关内容位于浙教版《科学》七年级上册第3章、七年级下册第4章）课上，笔者复习了月相的相关知识后，引入新闻“我国长征四号丙运载火箭成功将‘鹊桥号’中继星载入太空，嫦娥四号在月球背面着陆，‘鹊桥号’中继星将承担地球与嫦娥四号之间的通讯中继任务”，让学生展开想象的翅膀，思考“若在某年中秋节你登上月球，将会看到什么样的地相”这一问题。当大家正在聚精会神地思考问题时，突然一个成绩中等但性格外向的学生勇敢地站起来问道：“老师，‘鹊桥号’中继星安装在太空什么位置呢？”笔者发现这个问题很有价值，于是引导学生结合以下几点进行思考并在小组内部讨论。

（1）嫦娥四号将在月球背面着陆。

（2）月球自转周期与绕地球公转周期相同。

（3）嫦娥四号通过电磁波通讯。

（4）画草图说明。

经过大家的共同努力，最后问题迎刃而解。在这一过程中，不仅提问题的学生收获了自信，其他学生也在合作探究中提升了思维品质。在实际教学中，像这种出人意料的问题很多，它们看似与课堂内容毫无关联，但教师不能因此而忽略它们，而是要有一双敏锐的眼睛，善于抓住时机巧加利用。这些问题有可能是一堂课中不可多得的生成，也有可能是一堂课的精华，课堂会因为它们而更加有趣有效，由此实现育分育能又育人的目的。

总之，课堂设计不能一成不变，教师有时要不按常规出牌，不断变换教学方式，改变提问方式，利用各种资源和契机巧设劣构问题，激发学生的学习兴趣和探究热情，让学生享受思考的乐趣，进而培养学生良好的思维品质，增加学生思维的深度和广度，培养学生的高阶思维。