初中科學開放性試題教學的實踐研究

王曉丹

摘 要：新一輪課改正在大力推進中，在新課程理念的引領下，初中科學學業水平考試試題中的開放性試題日漸增多。相對于傳統答案較固定的試題而言，開放性試題解答出現個性化答案居多。但是要直接回答題目要點上，這個能力并不是一朝一夕能訓練成的，而是靠教師平常在教學中積累并滲透于課堂教學中。本文試圖從初中科學開放性問題教學中，找到一種方法進而提升學生的學

習力。

關鍵詞：開放性問題教學；學習力

一、研究的背景和意義

開放性試題是指題設條件不確定，解題方法多樣化，答案不唯一的題目。這些試題或條件開放、或結論開放、或策略開放，可謂千姿百態。開放性試題在注重基礎的同時，強調思維的發散性和創新性，能較好地考查學生的發散性思維能力和創新能力，因而是近年來杭州市科學中考科學命題的熱點。然而從近幾年改卷中，我們發現學生對于這種類型的題目的解答有失水準，看似簡單的問題卻沒有回答到要點上，所以得分率不高。

[案例1]：2013年杭州中考科學第35題：小張將一瓶礦泉水在冰箱中放較長時間后取出，一會兒發現瓶外壁出現小水珠。用干毛巾擦凈，等一會兒又出現小水珠。于是他與小吳一起對此現象進行研究，但觀點不一致。小張認為這是礦泉水瓶內的水往外滲透后，附著在礦泉水瓶外壁上；而小吳則認為是空氣中的水蒸氣液化成小水珠附著在礦泉水瓶外壁上。請你設計一個實驗證明他倆的結論是否正確。

從蕭山區2013年中考改卷的信息反饋中，發現看似簡單的這類開放性試題，難度系數只有0.42。也就是說：7分為滿分，平均得分只有2.94分！究竟是什么原因導致學生失分？課題組成員大致分析了一下學生答題失分的原因：

1.學生的學習毅力不足。有的學生回答時把題目抄了一下，接下去就不知所云了，在平常相應的訓練中，學生一碰到類似開放性問題出現時，表現出信心不足，總覺得自己做不好相關類型的試題，久而久之喪失了對這種題型的信心，不僅影響了學生的學習毅力，也會影響到學生的學習動力。

2.學生的學習創造力缺失。有的學生僅根據自己的生活經驗，認為水從瓶中滲透出來是不可能的事，想當然認為是小吳同學對。學生分析問題的層面比較膚淺，設計開放性實驗的目的不明確，沒有圍繞題目的中心意圖，東拉西扯。思路比較狹窄，按照自己已有的思維單方面知識進行回答，所設計的開放性實驗中體現科學創造性能力缺失。

3.學生的學習轉化力缺失。有的學生在回答時，沒有聯想到實驗所處的場景，如拿到冰箱放入的是玻璃瓶，想當然認為玻璃瓶是不會滲出水滴的。有的學生用保鮮膜將其包裹好，從而來判斷是否是滲出的水。學生在看問題時角度比較單一，導致學生在表達時，實驗材料偷梁換柱，想當然用其他自己認為合理的材料代替題目的本意。實驗的嚴密性缺失導致失分，學生學習轉化力方面存在不足。

4.學生的學習能力缺失。有的學生將瓶子里面注入的是紅墨水，認為紅墨水滲出與不滲出可以判斷是不是滲透出的水。有的用油來代替水，使得滲出的是不是水得以判斷。暴露出學生對題目呈現的情景，與要回答者的科學知識缺乏相應的遷移的能力，學習能力上有待提升。

5.學生科學素養有待提升。開放性實驗時沒有體現前后對照，或者相近對照的思想，沒有體現基本的控制變量思想，導致實驗的結果在表達時，缺乏相應的科學性。學生的科學素養培養就予以強化。

6.教師執教力應當順應教改。誠然，不否認傳統的對開放題目的教學，短時間內學生經過大量訓練后強化鞏固了。所謂“高效性”，然后隨著時間的推移，學生忘記也快，更不用說能力的提升。隨著新一輪課改的深入，教師更應該更新教學理念，以學生能力發展為本。倡導自主、合作、探究理念，去強化的開放性試題乃至科學問題開放的形式，落實于平實的課堂教學當中。

二、相關開放試題題型特點及分類說明

（一）開放性試題的特點

傳統的常規題涉及的知識單一，形式單調，條件和結論十分明確，通過模仿例題一般可獲結論。這類題對學生鞏固基礎知識無疑是有效的，但不利于較大程度上調動學生的積極性，開發學生的潛能和創造力。通過以近幾年杭州中考科學開放試題為藍本的研究和教學，發現具有如下特點：

1.試題設問的開放性。這種設問，給學生留下思考空間，培養了他們的發散思維，提高了他們分析問題、解決問題的能力。

2.考查學生思維的多向度。要求學生能從多角度、多層次分析問題，從單向、定向思維轉向發散思維。

3.答案的多元化。答案不唯一，具有多元化的基本特征。強調學以致，用理論聯系實際。

（二）開放性試題的分類說明

課題組在其他學科對開放試題研究的基礎上，對杭州市近幾年的開放試題做了如下歸類：

1.條件開放型試題

條件不完備或滿足結論的條件不唯一，使該問題的過程有較大的開放度，留給學生較大的思維活動空間和發揮實踐能力

機會。

[案例2]：2004年杭州中考第30題：在圖中，甲、乙的黑盒子內只有一個光學器件。己知單、雙箭頭的出射光線分別與單、雙箭頭的入射光線相對應，試在盒子內填入適當的光學器件。

[試題分析]：這種光學暗箱題目看上去好像無從著手，但是實際上只要將光線追根溯源（反向延長），科學原因是光線在相交處會發生反射或者折射；所以這樣一來對學生構建光學模型的必要性帶來一定的沖擊。在平常解題中養成良好的建模思想和

習慣。

說明：這種類型的開放試題，解題過程和解題結果相對比較固定，但是不同的條件可達到同一結果。

2.過程（策略）開放型試題

思維策略與解題方法不唯一。這樣的開放試題，教師可先組織學生分組討論、思考，制定相應的實驗方法和步驟，讓學生從多角度找出解決方法，由教師收集不同答案來總結。

[案例3]：2016年杭州中考科學第27題：為“證明綠色植物光合作用產生氧氣”，小金設計了如圖所示的實驗，回答：

（1）本實驗選擇水生綠色植物金魚藻作為實驗材料而不選用盆栽的天竺葵，其理由 。

（2）寫出證明試管內收集的氣體是氧氣的方法： 。

（3）利用上述實驗裝置與材料，設計“證明光照是綠色植物光合作用的條件”的實驗。（寫出簡要的實驗思路）

[試題分析]：在給定的探究實驗中，設定了條件也就是這個實驗的整體思路，給出了實驗的結果；要學生寫出實驗步驟，這個對學生的學習能力有了較高的要求。要求學生對題目的立意有一定的把握，進而能解決這種類型的題目。

說明：這種題型屬于條件和結果都固定，解題過程開放。在開放的解題過程中，學生思維定向但不定勢；所謂條條思路通目的地。學生多樣化的思路中，發散性思維能力得以提升，進而一題多解的應變能力也提高了。

3.結果開放性試題

在給定的條件下，結論不唯一。這類問題造就的是一種結論開放的情境，但結論的真實性、合理性和最優性必須接受事實的檢驗。因此多解并非設計開放題的唯一標準，而應關注的是問題本身能否形成學生主體參與的開放的“過程”情境。

[案例4]：2015年杭州中考科學第32題：在實驗室小金分別用甲鹽的晶體配置了溶質質量分數為5%的A溶液和30%的B溶液，但忘了貼標簽，請你運用兩種不同的科學原理，分別設計兩個簡單實驗來判別這兩瓶溶液。請寫出簡要的實驗方案和明確的判別依據。有下列儀器、物品供選擇：量筒、天平、小燒杯、酒精燈、三腳架、石棉網、漏斗、玻璃棒、濾紙、溫度計、新鮮蘿卜、甲鹽的晶體。（實驗室的室溫為30℃，30℃甲鹽的溶解度為50g）

方案1：

判別依據：

方案2：

判別依據：

[試題分析]：本題考查運用所學知識設計實驗方案的能力，依據提供的信息選擇合適的鑒別方法。可以引導學生從溶解度、質量、體積等方面進行鑒別。學生思路一旦打開，對此類問題的興趣也逐漸增強。從而激發學生學習積極性，學習的創造力也大大提高。

說明：本類試題結論不是唯一的，答案形式多樣化，試題讓學生直接參與設計問題，而且試題情景有廣闊的質疑問題的天地，學生提出問題的過程就是創造過程，這個過程本身就蘊藏著創造思維的火花。

4.開放性實驗設計題

問題的情境并不是全新的，能使不同能力的學生從不同角度得出各種結論，從而激發學生的求知欲和創新精神，培養學生的思維品質。

[案例5]：2009年杭州中考科學第28題：用活塞式打氣筒給自行車胎打氣的過程中，氣筒的筒壁通常會發熱。筒壁發熱的原因是 做功和 做功。請設計實驗證明究竟哪個是主要發熱的原因是 。

[試題分析]：這種開放性實驗為主的試題，沒有規定器材，實驗方案，實驗步驟，也沒有科學量。這對學生的思維能力要求很高。一般的學生克服摩擦做功和壓縮氣體做功這兩個空格還是能順利解決的。但是要研究哪個是主要的發熱原因時，暴露出學生學習的轉化力和創造性思維的不足。與2013年的案例1一樣，得分率偏低。學生在控制變量方面、設置對照實驗方面、對測量數據處理方面缺少一個完整的思路。語言表達能力的欠缺，直接影響了整個試題的得分。

說明：這類型的開放性試題，答題思路不唯一，進而步驟、過程都不統一，有時實驗條件都不統一，而是由你自行選定器材，完成指定的設計性實驗。學生設計實驗是整個初中科學教學中最難突破的一個能力點，一方面要求學生嚴密的實驗設計思路；另一方面要求學生有良好的科學素養。

三、理論支撐

心理學家皮亞杰認為：在初等教育階段的大多數學生心理發展水平處于由具體運算階段（具體的邏輯思維時期）向形式運算階段（無限制的邏輯思維時期）過渡時期，處于“過渡期”的中學生，剛開始的抽象思維仍屬經驗型的邏輯思維，對抽象事物的理解通常需要借助事物的表象。他們對有直觀教具或豐富感性經驗做支撐的教材內容容易理解和掌握，而對那些抽象程度高，又缺乏感性知識的材料，普遍感到困難。由于看不到具體的支撐面，感到難以捉摸等，往往不能把握其本質，習慣于強行識記，當條件發生一些變化就不知如何分析，而是用公式亂套。因此，通過初中科學開放性題目的教學，讓學生在對邏輯思維的培養中完成知識的遷移運用。

四、研究的實踐操作

（一）教師把握開放性問題教學的最佳時機，提升學生學習的動力

開放型習題為學生的積極思維創設了豐富的問題情境。由于開放題的多樣性、層次性和探索性，它提供給學生的問題情境比封閉題所能提供的問題情境更加豐富和復雜，很多實際生活題中的問題情境對學生富有很大的挑戰性。所以說在平常的教學中，要注意把握教學的最佳時機，如果學習材料適合于創設問題情境，在可以考慮引入開放性問題。

[案例6]：2010年杭州中考科學第30題：2010年5月，杭州某中學九（1）班的學生開展了一項調查，他們隨機調查了本校九年級10個班共100名學生在去年不同季節流感的發病情況。調查結果如下表所示。請回答下列問題：

（l）該項調查的主要目的是 。

（2）上述調查是通過 方法確定調查對象的。

（3）去年春季，該校九年級男生中流感的發病率為 。

（4）分析表中數據，你認為去年該校九年級學生流感發病有何規律？ 。

（5）流感在人群中流行必須具備什么條件？ 。

[試題分析]：本題是在學生已有熟悉的教學情景中，創設的一個相對較為開放的命題。要求學生根據給定的信息，寫出調查的目的，并對數據進行科學的處理，得出相應的結果。學生在處理數據時有點困難，往往因為規律涉及的兩個因素即性別與季節而表述不夠清楚，在控制變量方面進行強化；學生學習轉化力：即控制相應的變量后，自變量與應變量之間的關系也可作出合理的定性表述。

通過開放性問題的解決，學生能自覺運用已有的知識，充分發揮想象力，使課內知識向課外拓展。

（二）學生參與開放性問題解決的全過程，提升學生學習的創造力

科學開放題可達到教學形式的開放，教學過程中要讓學生多動腦、多動手。教師應在教學時，多設計一些有助于學生思維整合的小實驗，讓學生課內或者課后完成。再對學生的實驗完成情況，對問題解決的過程中得失進行分組討論，找出各自的優點和不足及改進的方法，培養學生的創造能力和創新精神。學生參與問題解決時，暢所欲言。在寬松的教學氛圍中輕松、愉快地學習。同時能激發學生的好奇心和好勝心，增強了學習的內驅力，對科學探索產生濃厚興趣。

在問題解決過程中培養學生發現問題的能力，養成提出問題的習慣。美國著名教學家哈爾莫斯說過：問題是科學教學的心臟，有了問題思維才有方向；有了問題思維才有動力；有了問題思維才有創新！在科學中的開放性問題是把“內容本位”轉化為“學生本位”。學生只有善于提出問題，才有進一步思索的方向與動力，是學生學習力提升的先決條件。

[案例7]：2014年杭州中考科學第25題：小明在生活中觀察到：點燃的小木棒燃燒端朝上，往往沒燃盡就熄滅，而燃燒端朝下，往往不易熄滅。從燃燒的條件來看，你認為燃燒端朝上的小木棒，沒燃盡就熄滅的最主要原因是 ，若將小木棒事先涂油，燃燒端朝上也不易熄滅，請說明原因。 。

[試題分析]：本題的得分點并不高，主要原因是學生對這種文字題目解答缺少表達能力，從燃燒的條件來看：可燃物、溫度到達著火點、充足的助燃劑（氧氣）這三個必要條件中，題目信息中已經給定了其中的兩個即：可燃物和充足的助燃劑（氧氣）。木柴棒會熄滅主要是由于熱量向上擴散后，使得木柴棒的溫度下降至著火點以下。而事先涂油后，油的著火點要比木棒低，引燃油后使得溫度達到了木棒的著火點。

雖然這種類型的題目源于生活，但是如果脫離了實際，對學生進行空洞的說教，學生也理解不了，不如讓學生做一下這個簡單可行的小實驗，從而激發學生的興趣點。遷移到一個開放的場景中就能擦出創新的火焰。

解決科學開放題常常需要學生參與整個過程，這將有利于培養學生對題目本意的理解。在解決問題的過程中善于發現問題，并通過自己的思維加工整合成新的認知，從而建構知識體系。

（三）在解決問題的過程中進行方法訓練

在問題解決過程中培養學生探究的能力。科學本質是探究，而許多開放性試題的設計都有探究的內容。

[案例8]：2017年杭州中考科學第28題：小金進行如圖所示實驗來驗證質量守恒定律。在實驗中用電子天平和量筒準確測量出表中m1、m2、m3、m4和V。（實驗中操作正確，O2的密度為ρg/cm3）

（1）裝置中試管口略向下傾斜的原因是 。

（2）根據質量守恒定律，m1、m2、m3、m4和V和ρ之間應存在的等量關系為 。

（3）每次實驗結束后，小金在拆卸裝置時總能聞到刺激性氣味。他將加熱后剩余固體中的MnO2分離并測量其質量，發現總小于加熱前MnO2的質量。查閱資料后發現，一般認為加熱KC1O3和MnO2混合物的反應過程如下：

第1步：2MnO2+2KClO3 2KMnO4+Cl2↑+O2↑；（其中Cl2有刺激性氣味）

第2步：2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑；

第3步：K2MnO4+Cl2 2KCl+MnO2+O2↑

寫出加熱后剩余固體中MnO2質量小于加熱前MnO2質量的原因 。

[試題分析]：這題目規定了條件：即驗證質量守恒定律，限定了從化學角度審視問題可以從幾個反應中分析，如氯氣散失，反應物未完全分解去考慮，在教學中培養了學生求異思維和發散思維。

創造性地制定方案去解答。因此體現在解題過程上具有一定的探究性。這一特征在一些實驗題中得到很好的體現。

（四）在開放性教學中培養學生的合作精神

開放性教學的課堂使教師和學生一起進入問題情境，成為學生的合作伙伴，師生、生生之間進行討論和補充，交流和互評，一起去感知實踐的過程。

[案例9]：2007年杭州市中第32題：雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣。老師在課堂上做了個趣味實驗，將雞蛋放入盛有120毫升稀鹽酸的燒杯中（雞蛋的密度大于稀鹽酸的密度），可以看到雞蛋先下沉，一會又上浮，到液面時又下沉，如此反復。該實驗中發生的化學反應方程式是 。浮力改變是雞蛋下沉后又上浮的直接原因，而造成浮力改變的主要原因是 。除此主要原因外，引起浮力改變的原因還有 （假設在反應的過程中，雞蛋、溶液體積和溫度不變）。小星對該實驗很感興趣，他也將同樣的雞蛋放入實驗室常見的酸溶液中，但見雞蛋下沉后卻并不上浮，你猜測這其中的原因可能是 或是 。

[試題分析]：題目已知的信息告知我們，要用浮力去解決相關的問題。由阿基米德原理可知，在其他條件相同的情況下，浮力的改變主要是由于液體密度的變化和排開液體體積的變化，如果學生在課外沒有好好做這種課本上的課外探究實驗，對此就無從下手，所以設法將其改為課內的小組合作探究實驗，則能起到事半功倍的效果。

五、研究反思

（一）開放性試題教學的成果展示

1.課題組確立了一套開放性試題的歸類和相應的規范答題要求

（1）整理成冊 便于參照

在借鑒其他學科開放性試題研究的基礎上，對杭州市中考科學開放性試題進行了初步的歸類、整理。將近幾年的開放性試題按照條件開放型、策略開放型、過程開放型、結論開放型這四級類型以專題練習的形式整理成冊，方便了其他新任的初三教師和同行參考學習。

（2）課堂轉型 落于實效

對初一初二的教師，在學校實施的課堂轉型中，在這些試題知識點授課時，能按照“生本課堂”理念，積極創設寬松、開放的環境，設置問題情境，使學生從多角度、多層次解決問題。

（3）方法指導 明確思路

對具有一定的綜合性的開放性試題，課題組采用了增設采分點這一參考過程：看有沒有選用合理的實驗材料；是否進行了對照實驗這一思路；有沒有控制好變量；是否合理地規劃好實驗的步驟；能否表達流暢；對數據處理是否科學合理；得出的結論是否圍繞題目的中心意圖；有沒有多次實驗來減少誤差。學生按照這一個評價標準去應用到這一類開放性題目的解答中，失分率自然而然會減少。

2.通過近一年中考復習時嘗試開放型試題教學學生學習力有明顯提升

（1）堅于毅力 強于動力

通過大量的案例教學，學生對完成開放性試題，從開始的擔心到后來的躍躍欲試。從心理上戰勝了自我，提高了學習的興趣。學生利用教師所給的解題指導，完成的同一類型的開放性作業，得分率提高了不少，并能在中考大量的題海戰術中，較輕松地掌握到了學習的技巧。以不變應萬變，舉一反三，學習的動力和毅力明顯增加。

（2）巧于轉化 貴于創造

學生完成相關的開放性試題后，教師進行評價并提出進一步修改的意見，學生在知道其對這類題目的短板后，利用錯題整理的形式，將其回答不到位的地方進行整合，進而找到關鍵的原因所在。科學知識的內化與轉化通過開放性試題的解答，實實在在得以提升。對一些探究性的開放試題，采用課外實驗形式進行。課題組老師將任務布置，提倡利用雙休日以小組為單位進行討論會交流。這也是新課程標準所提倡的小組學習、共同探究的新理念。學生的作業成果或結論也許形成多種多樣，通過討論交流，可以相互整合，共同提高，在交流過程中，學生發現了各自思維的片面性和個人思維的局限性。學生會進一步懂得，條條道路通羅馬，一種自然現象從不同的側面觀察，有不同的解釋，有不同的思路，有不同的理釋，學生思維的發散性和創造性也有不同程度的提升。

（二）課題研究和實踐中所遇到的困惑點

1.開放性作業教學與教學時間的矛盾。特別是在初三的中考復習階段，時間緊，需要一兩節課才能對某一類開放性試題熟悉，從熟悉到熟練還需要一定的精力。對惜時如金的中考復習階段來說，投入與產出比偏低。學生完成開放性作業的時間限制，教師在指導學生時又受教學時間的限制。作業時間如何合理安排，開放性作業的度和量需要我們加以把握。所以也就要求在初一初二教學滲透這一理念。開放性試題對學生的學業能力的提高，終生受益匪淺。而培養學生的學業能力的教學理念，將成為初中教育教學的中心，真正達到授之以漁的目標。

2.學生的學習力提升受到應試教育的抑制。現在的初中學生，做題目能順利完成，動手完成探究性實驗，可能從猜想到假設理論上的了解一點，但是真正動手設計并完成實驗的能力比較欠缺。所以在講解開放性試題時，學生或多或少存在“等、靠、要”的思想。學生的學習能力、學習轉化力、學習的創造力在素質教育的大背景下，顯得蒼白無力。如何在新一輪的課堂轉型中，通過開放性試題乃至開放性的科學作業設計，進一步提高學生的學習力，應當成為初中科學教學一個有待進步的一個重點。

3.現在正處于新老教材的交接時期，許多老師對整個初中階段的新教材知識體系結構尚不完全清楚，后續的實施計劃制定有一定的困難，需要時間來進行后續的研究，才能形成開放性試題的系列設計。

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編輯 田香香