初中科學“導向性問題串”邏輯編制的研究

揭惠紅

摘 要：要提高學生的科學素養，培養走向世界的人才，就必須改革傳統的教學模式，提倡“以生為本”的教學理念。提出“問題串”的有效設計就是“科學問題導向的探究教學”模式成功開展的關鍵。從“導向性問題串”的相關概念出發，闡述了“問題串”在課堂教學進程中的地位和作用，利用現實的課改案例，著重研究和描述了科學“導向性問題串”邏輯編制的原則和常用的設計方法，希望能通過符合邏輯的“問題串”使呈現教材內容的方式和學生科學思維的養成訓練在科學課堂教學中“合拍”且統一起來。

關鍵詞：初中科學；導向性問題串；概念界定

一、研究背景

傳統的課堂教學模式都是以教師為主體，學生為客體的，在課堂上沒能給學生充分的思維訓練時間和空間，使許多學生的學習已經習慣于“不動腦筋”地機械操練，缺乏提出問題的意識，缺乏解讀問題和思考問題的能力，因此，傳統的教學模式難以適應終身可持續學習的需要，更不符合探索和創新的科學理念。科學課程標準提出，要引導學生逐步認識科學的本質，這樣的教學有助于促進學生的科學認知，科學探究能力以及科學情感、態度和價值觀等方面的發展，有助于提高學生的科學素養。所以課改勢在必行。為此我校科學組提出了“問題導向的探究教學”模式。所謂的“問題導向式”教學就是在課堂教學中以“問題”為主軸貫穿課堂始終；以探究活動為載體，運用觀察、實驗、調查、討論、分析、歸納等方法，在問題的引領下，學生從不同的方向反饋問題并創造性地設計解決問題的方案。“問題導向”的科學課堂教學過程其操作基本步驟如下：引發問題→組織探究→作出解釋→運用深化。實際課堂教學中存在的變形操作模式如下：引發問題→組織探究→新問題、再探究→作出解釋→運用深化，與科學家的探究思維過程存在一致性。因此，“科學問題導向的探究教學”這一課堂教學方式既強化了知識的開發和生成，也強調了知識的建構和吸納，有利于課程內容的展開和拓展，有利于培養學生的問題意識，更有利于學生科學思維的訓練和培養。能很好地體現“生本生成”的課堂理念，也符合探索與創新的科學思想！絕對是對傳統課堂理念的全面改革！

教學模式的改革對于慣性較大的老師，尤其是用傳統模式教了大半輩子的老師，既是一種挑戰，更是一種自我更新。如何開展好這種新的教學模式？在教改實踐活動初期，在組內同伴的相互教學觀摩中我們發現：一個能引發思考、指向重難點的核心問題的提出，和一組具有內在邏輯關系的能引領核心問題解決的“問題串”的有序呈現，是開展實施“問題導向的探究教學”的關鍵。“問題串”的精心設計，可以有效地克服課堂教學中有些提問的細碎、離散和隨意等不足，不僅能更簡潔有效地驅動教學過程，還能讓學生在解決系列問題的過程中學習提煉知識并獲得解決問題的技巧策略。所以有必要對問題串的設計進行更全面深入的研究，創設最好的問題情境，使之上升為一種可普遍運用的方法，進而使這種方法成為提升教師教學設計能力的杠桿，以此發揮教師作為引導者、幫助者、督促者和組織者的作用，也只有這樣才能加深學生對所學內容的理解，啟發誘導學生自己去發現規律、自己去糾正錯誤的認識等，從而培養學生的科學素養和能力，以適應終身可持續學習的需要。在實踐教學中，我本著處理好新教材，編制好“問題串”，備好課的樸素愿望，在科學“導向性問題串”邏輯編制的常用方法和原則兩個方面進行了深入的研究。

二、相關概念界定

所謂導向性問題串，就是能觸發課時教學程序良性發展，激發學生進行科學思維，引領核心問題解決過程，具有內在邏輯關系和任務指向的問題系列。

可觸發課時教學程序良性發展的問題串來源豐富：可以來源于現實生活、生產情境、小實驗或當前出現的科學與文化；還可以直接從書本、作業、材料、案例等現成習題里提煉。在設計方式上可以選擇的余地廣闊：可深可淺、可遞進（串聯）、可并列（并聯）、可倒敘、可分解或兼而有之，如：獨立內容采用“遞進式”；多塊內容可采用“并列式”；或兼而有之。問題本身能夠發揮像路標一樣的導向功能，可以引發、鋪墊、切入、對比、歸納、轉承、遷延、拓展等等。這些圍繞核心問題并附帶各自功能的問題串富有策略性，蘊含著科學的思維方法，這就意味著“問題串”的設計和編制并非是一件簡單的工作。教材內容從屬于哪個核心科學概念或基本規律？它的地位與功能如何？教材內容呈現的邏輯關系，符合你的學生的認知發展水平嗎？需要實驗或其他體驗式探究活動與核心概念、規律是否偏離？探究活動本身的細節是否充分估計？教材中內容的呈現次序是否需要調整或挖掘？這個課時的教學內容設計成最簡約的“問題串”，需要幾個子問題才能達到最優化的效益？你準備密切關注哪些可能生成的問題？

所謂邏輯編制，就是要求教師依據課時科學內容呈現的內在邏輯順序，根據生本生成性原則，利用類似于連接串并聯電路的概念圖方法，在前置的課時教學設計過程中編出導向性的科學問題串，這不僅是一個內省式的科學思維過程，也是一個教材重組的深層次的加工過程，還是一個平衡實際課堂教學演變時間和空間的前瞻性心理預設計過程。根據我們的課改要求，還必須定向準備探究核心問題或規律所需的可行性材料[包括文本（任務單或導學案）、電子資料（圖片、動畫、視頻）或實驗用品等]，鑒于此也可以將“邏輯編制”樸素地理解為有效“備課”。

三、“導向性問題串”的設計和編制

（一）遞進式編制法

遞進式編制就是要根據或圍繞核心探究問題，把教學內容編設成一個個、一組組彼此關聯的問題，使前一個問題作為后一個問題的鋪墊，后一個問題是前一個問題的深化或結論，環環相扣。這樣每一個問題都能成為學生思維的階梯，一串問題形成一個具有一定梯度和邏輯結構嚴密的問題鏈，不但能夠激發學生強烈的求知欲，還能使學生在明確知識內在聯系的基礎上由表及里、由淺入深地自我建構知識、提高思維能力。這種遞進式比較適用于知識體系以線性發展來呈現的概念和規律。通常以新課為主，也可以是某些類似于“智慧15分鐘”的片段。

案例1：“大氣的壓強”第一課時導向性問題串設計

1.液體有壓強，那么大氣呢？

2.我們怎樣用實驗證明大氣壓強的存在？

（1）覆杯實驗的塑料片不掉下來為什么說是大氣壓的原因？

（2）吸盤從桌上很難拉上來為什么說是大氣壓壓住的？

3.你們還能用注射器或者你們身邊的器材設計實驗證明大氣壓嗎？

4.大氣壓有一定的方向嗎？

5.大氣壓有多大呢？

6.大氣壓的大小會變嗎？

案例分析：整堂課用六個問題貫穿始終，第一個問題是在學生已有的液體壓強知識基礎，知道液體有壓強的原因基礎上提出來的，對研究核心問題起到轉承作用。第二個問題是核心問題，利用教師課前給每個小組準備的器材讓學生在課堂上先合作探究，然后展示。在展示過程中再提出兩個小問題，引導學生科學思維。第三個問題是核心問題的深化，不但可以將核心問題深化，還可以將學生的探究興趣推向高潮！第四個和第五個問題都是核心問題的拓展。在探究第五個問題做馬德堡半球實驗時，可以再次把課堂推向高潮！第六個問題又是第五個問題的深化，如此，由淺入深，層層遞進，用課件呈現問題，用小組合作探究的方法解決問題，使學生親身體驗大氣壓的存在和大氣壓很大的事實，充分體現了“生本生成”的課堂理念，也全面提高了學生的科學素養。

案例2：智慧15分鐘“阿基米德原理”的得出

阿基米德原理是通過實驗獲得的，這個實驗最具魅力之處是將物體受到的浮力跟它排開的水建立聯系。所以，不要將獲得阿基米德原理的過程變成一個簡單的驗證性實驗，而要讓學生積極參與探究。為此，設計以下問題串可以引導學生逐步理解阿基米德實驗操作過程的原理、所需器材和方法，以便進行積極探究。

1.將塑料瓶按入水中時，你有什么感覺？水槽中的水發生了什么變化？

2.瓶子向上頂說明了什么？水面為什么會上升？

3.你認為浮力的大小可能跟什么因素有關？

4.如何定量地證實你的猜想呢？為了定量地進行檢驗，我們必須測量哪些量？

5.所謂排開水的多少指的是什么量？

6.怎樣測量浮力？

7.要測出排開水的體積，首先必須解決什么問題？

8.那么怎樣把這部分液體取出呢？

案例分析：設計第一個問題是要學生通過實驗獲得親身體驗“瓶子向上頂、水面會上升”，為第二個問題作鋪墊。第二個問題學生能根據已有的知識和經驗答出“瓶子向上頂說明瓶子受到水向上的浮力，水面上升是因為瓶子浸入水中后，會排開一部分的水”，于是第三個問題呼之即出，從而引導學生建立起浮力的大小可能跟排開水的多少有一定的聯系的猜想，從而突破探究的難點。為了檢驗這個猜想，先讓學生通過分組實驗進行定性實驗，在獲得“排開水越多，浮力越大”的結論的基礎上，再設計“4～8”這幾個問題供學生思考討論作答，逐步使學生明白阿基米德原理所需要測量的量、所需要的器材及測量的方法。于是學生帶著濃厚的興趣積極投入到阿基米德原理實驗的探究中……在探究的過程中主動理解了阿基米德原理。

（二）并列式編制法

并列式問題串在邏輯關系上屬于并列關系，無前后主次之分，以對比法來呈現的較常見。注重科學思維的寬度與發散性，課時教學程序以橫向演變，多邊聯系來發展。可以引導學生比較、分析、綜合，有利于學生抓住知識的共性和個性，深化對知識的理解。常用于知識體系以發散的形式呈現的內容，比較適合一個核心概念的不同表達方式，或多因素和條件的規律的課時內容，也常用于需要鋪開的復習課，而新課課時內容中純粹的并列不多見。

案例3：“動物的生長時期”導向性問題串設計

1.人的一生要經歷哪些生長時期？

2.青蛙的生長要經歷哪些生長時期？

3.家蠶的一生要經歷哪些階段？

4.蝗蟲的一生要經歷哪些階段？

5.家蠶和蝗蟲的發育階段有什么本質區別？

6.不完全變態發育的典型代表動物有哪些？

7.完全變態發育的典型代表動物有哪些？

8.所有的動物在生長時期上有什么共同點？（即動物的一生都要經歷哪些生長時期？）

案例分析：第一個問題作為課時引入，多邊聯系青蛙、家蠶和蝗蟲三種典型代表動物，通過“（1）～（4）”和“（6）～（7）”兩組并列式問題串的設計，利用多媒體教學手段引領學生橫向對比，根據從個別到一般，又從一般到個別的邏輯方法，從而自主構建昆蟲的不同發育類型、特點及動物的生命周期等知識體系。

案例4：“影響氣候的因素”導向性問題串設計

1.為什么海南島長夏無冬，漠河夏季短、冬季長而寒冷呢？

2.為什么北京和吐魯番氣候差異很大？為什么海洋和陸地的性質差異很大？會對氣候產生哪些影響？

3.我國橫斷山區、雅魯藏布江谷等地區有著典型的“一山有四季，十里不同天”的景象，是什么原因造成的呢？

4.為什么我國冬季總盛行西北風，夏季盛行東南風？這又是受什么因素影響呢？

案例分析：影響氣候的因素很多，通過對教材的分析，初中學生只需要了解維度位置、海陸位置、地形、季風這幾種重要的因素即可，所以設計成四個問題組成的問題串。多因素的核心概念，問題串可以設計成典型的并列式。通過四個結合具體案例的并列式問題串的討論分析，使學生理解每個案例分別受什么因素的影響，又是如何影響的，學生還可以在了解這些因素的基礎上舉一反三。

（三）遞進和并列相結合編制法

遞進和并列相結合法就是在問題串中既有遞進式的，也有并列式的，這是實踐教學過程中最常用的方法。遞進和并列相結合的方法既可以加深教學的深度，也可以拓寬教學的寬度。因此，這種方法的不斷應用不但有利于培養學生的思維能力，還可以加強學生的分析和綜合能力。這樣的設計常用于教學程序以遞進的方式深入到一個核心概念或基本規律時，再進行多方面（并列）的綜合探究，或者對核心問題或規律的探究也可以在并列式的問題提出后，再以遞進的方式逐個深入探究。于是可以衍生出“先遞進后并列”“先并列后遞進”兩種最常見的方式，其次還有“邊并列邊遞進”“遞進與并列相互穿插”等方法。

1.先遞進后并列

先對核心問題進行有層次的研究，在深入到某一重要的核心概念或規律時再從多方面鋪開研究，如圖1：

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案例5：學生分組實驗“凸透鏡成像規律”導向性問題串設計

1.凸透鏡能成像嗎？

2.凸透鏡成像有什么規律？

在學生初步得出成像規律以后，再補充以下四個問題：

3.蠟燭從2f外向凸透鏡逐漸靠近，像的大小和像距，像的性質發生什么變化？

4.燭焰高低變化，像在光屏上的位置有什么變化？如燭焰變低，像變高還是變低了，如何調節？

5.將凸透鏡用紙遮住一半，像是否也變成了半個，還是有別的什么變化？

6.虛像能否用光屏承接？不用光屏是否也能看到實像？怎么才能看到實像？

案例分析：這個案例就是先遞進后并列的。前兩個問題是在研究教材內容的基礎上提出的，為解決凸透鏡能成像以及成像的基本規律而設計，后四個問題是在總結以前每屆學生解題經驗的基礎上補充的，是第二個問題的深化，與第二個問題是遞進關系。但后四個問題之間是從不同方面對成像規律的深化，成并列關系，解決像大小變化規律、高低變化規律、亮度變化規律、實像和虛像如何觀察的規律。通過這些問題的補充，利用實驗課讓學生親自操作一遍，印象就會深刻得多，大大提高了解題的正確率。因此，我想分組實驗的問題串的來源不要僅局限于教材實驗內容的安排，還應對作業或考試中學生出錯率較高的難以理解的問題進行補充，以優化實驗課堂，使實驗課更具有實效性。

2.先并列后遞進

對某個導入性的問題先進行多方面分析，觸發到核心問題時再深入研究。如圖2：

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案例6：“物質的轉化（一）”導向性問題串設計

問題一：說出以下化學方程式錯在哪里？

1.2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑

2.C2H2+2O2=2CO2+H2

3.SO2+2NaOH=Na2SO4+H2O

4.Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑

5.H2SO4+CuCl2=CuSO4+2HCl

6.H2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2HCl

問題一分解：

1.通過以上1、2、3的錯誤分析，你認為它們都錯在哪里？

2.通過以上4、5、6的錯誤分析，你認為它們都錯在哪里？

問題二：物質的轉化都有哪些規律呢？（教學手段：小組合作探究、知識回顧。）

問題分解：

1.分析以上反應中反應物與生成物的類別，你能總結出一條物質的轉化規律嗎？（即單質轉化為氧化物的規律）

在“CO2與碳酸的相互轉化實驗”中，為了排除二氧化碳使紫色石蕊試液變紅的干擾，提出問題2。

2.有人認為該實驗還不能完全證明二氧化碳與水反應生成碳酸，可能是二氧化碳使紫色石蕊試液變紅的。若要完全證明，還需加做一個實驗。你是否認同？如果認同，請說出加做實驗的具體操作和預期現象： 。

3.分析以上1、2反應中反應物與生成物的類別，你能總結出一條物質間相互轉化的規律嗎？（即非金屬氧化物轉化為酸的規律）

4.分析以上反應中反應物與生成物的類別，你能說出一條酸轉化為鹽的方法嗎？（即酸轉化為鹽的規律）

5.你還知道哪些方法可以使酸轉化成鹽？（多邊聯系，為了知識的系統性，增強章節之間的邏輯關系。）

6.你能用化學方程式表示出HCl→CuCl2可行的轉化方法嗎？（至此，核心問題已經基本得到解決，但為了強化知識的應用，提高學生應用知識解決問題的能力，也體現了從一般到個別的邏輯關系。）

案例分析：以上問題串的設計是針對物質轉化規律中“非金屬→鹽”而設計的，課時教學的第一部分將6個化學方程式的錯誤分解為兩個小問題來提問，屬于并列關系。然后綜合分析，都是因為不遵守反應規律，從而觸及核心問題“物質反應規律的探究”，所以第一個大問題的設計是為引入核心問題作鋪墊的。在進行核心問題的探究時，再有層次地設計1～5五個小問題，而且后一個問題都是在前一個問題得到解決的基礎上提出來的，第6個小問題又是對第5個小問題的深化，層層深入，屬于遞進關系，從而引導學生逐步構建起“非金屬→非金屬氧化物→酸→鹽”的知識。

3.遞進與并列穿插

為了促進某個大問題的解決，所謂“大”，是指核心問題或規律既要有寬度又要有深度，可以在核心問題下再設幾個小問題，可以是并列式的，也可以是遞進式的，更允許穿插。這種方式可以用于新課教學，更適用于章節復習。如圖3：

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案例7：“地球上的水”知識結構復習課導向性問題串的設計

綜合本章水體、水的組成、浮力、溶解性等教材內容，提出以下四個并列性的大問題展開復習：

1.地球上的水都分布在哪里？

2.水是由什么組成的？

3.水對其中的物體都產生浮力嗎？

4.水能溶解任何物質嗎？

為了對重難點進行復習，必須把知識點拓寬和加深，再給每個大問題設計幾個小問題，如：

2——（1）電解水的實驗是化學變化還是物理變化？（2）產生什么物質？（3）如何檢驗？（4）可以得到實驗結論嗎？

3——（1）浮力產生的原因是什么？（2）計算浮力的方法有哪些？（3）每個方法的適用條件是什么？（4）如何判斷物體的浮沉？

4——（1）懸濁液由什么組成？生活中有哪些常見的懸濁液？（2）乳濁液由什么組成？生活中有哪些常見的乳濁液？（3）溶液由什么組成？生活中有哪些常見的溶液？（4）懸濁液、乳濁液、溶液有什么異同點？（5）飽和溶液與不飽和溶液有什么區別？（6）溶解度的概念是什么？（7）溶質的質量分數有什么含義？定義式是什么？（8）溶液在稀釋時什么不變？公式是什么？

案例分析：四個大問題是并列式的，但每個大問題下的小問題既有并列式的，也有遞進式的，如2和3的每個小問題之間是遞進式，4的（1）～（3）之間是并列式，與（4）～（6）之間卻是遞進關系，（6）與（7）是并列關系，（7）和（8）之間又是遞進關系。如此，這個案例就是遞進與并列相互穿插進行的，不但能有效幫助學生構建整章的知識結構，也有利于突出重難點，對重難點進行復習。

四、“導向性問題串”邏輯編制的五項原則

（一）“生本生成”原則

“生本”是一種把學生當成學習主體的課堂理念。考慮到學生的生長環境及認知發展水平等因素，問題串的編制要珍惜學生已經具有的基礎知識、經驗以及對科學過程的感受，這是教學內容呈現、教學起點和學習構建的支點，期望值是學生花費最少的必要時間和精力獲得最好的效果。“生成”是一種指向過程和結果的“產出”，它要求師生從生命的高度，用動態變化的觀點看待課堂教學，以學論教，是新課程倡導的核心觀念，所以生成性問題串的設計與編制要分為三個節點：課前的生成、課中的生成、課后的生成，而這三個節點當中，要把課中的生成當成重點。有資料表明，學生有80%～90%的學習時間是在課堂上度過的，教師應盡可能使每一堂課都有現場生成的亮點。但問題串的邏輯編制是在課前完成的，這不僅需要教師具備豐富的相關知識和教學經驗，對問題探究的演變過程有充分的預見，還需要教師具備良好的課堂機智。

（二）科學性原則

按照一般的理解就是指教學過程中，教師傳授的知識、內容及方法和手段是正確的、科學的、可后續兼容的。其中教給學生科學的思維方法和培養學生解決問題的能力更需要密切關注。導向性問題串的設計要遵循科學性原則，要準確可靠，要有據可依。尚未被公認的事實不能用作教學內容，或者已被證明是陳舊落后的內容應當從教學內容中刪除，不宜設計問題浪費學生的課堂時間。教學內容要系統地反映客觀事實，而不能出現科學性錯誤。這就要求教學內容要根據科學的發展不斷修訂與補充，尤其注意補充科學的前沿知識和最新成果，并設計相應問題引領學生走向知識的前沿。

（三）邏輯性原則

就是遵循邏輯法則，達到歸納和演繹的統一。科學認識活動中既包括歸納邏輯，又包括演繹邏輯，也就是說，科學認識活動是一個從個別到一般，又從一般到個別的反復過程。導向性問題串的設計不能是多個問題的簡單疊加或純粹串聯，而應體現一定的邏輯關系：或者遞進、或者并列、或者兼而有之……最基本的邏輯順序通常參考教材內容呈現的階梯方式和“問題導向”的課堂教學結構模式。學生的身心發展規律和科學核心概念決定內容的選擇和排序，而科學探究過程隱藏在其中；這三個方面都會影響一個問題串的確定。理想狀態是科學知識體系的內在邏輯、學生認知發展規律和教學結構（形式）平衡和諧地統一。

（四）導向性原則

問題串中的子問題本身能夠發揮和路標一樣的導向功能，可以引發、鋪墊、切入、對比、歸納、轉承、遷延、拓展等，簡而言之，既能導教，又能導學，在有效傳遞科學知識與技能的同時，潛移默化地引導和激發學生主動思考問題，解決問題，以培養學生的創新素養和終身學習能力。

（五）平衡性原則

我們認為一堂活力高效的接近完美的課，應該在寬度、深度與溫度三個維度上平衡而和諧地體現。課堂教學的“寬度”讓知識更容易接近并走進學生，但過于強調寬度，容易落入俗套，走馬觀花，過于膚淺。而“深度”需要學生走進科學知識，科學沒有一定的深度肯定沒有生命力，也不具有創造性，但過于強調深度的課堂，部分學生會感到枯燥、乏味，甚至因難以企及而昏昏欲睡。而一堂不民主、不生態、不安全的課，簡直是打擊和壓制學生的思維和創造，寬度、深度和溫度之間需要有機調節。導向性問題串在編制時，是一個預設過程，要考慮其可行性和一定的前置性。另一方面還需將科學核心概念、學生的身心發展規律和科學探究的過程以及STS的影響等因素恰當整合。

五、結語

在編制問題串時采取遞進式、并列式，還是結合穿插的方式，通常需要發揮教師的教學智慧，根據學生已有的經驗和生活環境對教學內容進行恰當的選擇和處理，從學生的身心發展程度與科學技術和社會（STS）教育角度整合科學內容，充分發揮探究教學注重學生交流與合作技能培養的優勢，體現“生本與生成”的理念。只要我們編制好簡約而不簡單的“問題串”，就能使我們的課堂教學富有平衡感和生態美，讓教學演化過程既活潑生動又井然有序，還能使“科學思想”順利地融入學生的文化心田。

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編輯 李建軍