由果及因反向建構

侯小英

摘? ? 要：反向建構策略，區別于傳統順勢而為的教學策略，不采取由點到面的教學方法，它首先呈現出整片知識生態，經過學生的設計、質疑、完善，以習得系統性知識。

關鍵詞：反向建構;逆向思維;關鍵能力;高階思維

“逆向設計”會使預期結果、關鍵表現以及教與學之間產生更大的一致性，從而使學生有更好的表現。研究表明，逆向思維是結果導向，以解決問題為首要目的，是學生獲得創造性思維的重要組成部分和關鍵能力[1]。本文以“逆向設計”和“逆向思維”為指導，在初中科學教學中，采用“由果及因，反向建構”的方式，即以已知結果或者一個客觀現實為起點，追本溯源，探索式學習，通過自我認知的整合，逆向推導，利用已有知識解釋并加以建構形成新的認知，教師對認知活動進行引導與反饋，從而得到思維活動的一般步驟，最后再將思維方式進行應用與遷移，提高學生的高階思維能力。

“由果及因，反向建構”教學活動以“思維活動”為核心，在課堂教學中注重深度學習，在自我建構和解釋的過程中，學生的認知不再僅僅局限于淺層的知識識記層面，而是對于之前學習獲得的知識進行分析、評價與創造的復雜過程，學到的知識“活”起來了，知識體系在設計、質疑和完善的過程中得到了真正的建立。

反向建構的實施過程是對知識體系的再建造，是形成評價性知識的過程，對于知識資源的整合力度大，需要學生有前期知識儲備，因此這種策略在復習課中使用便得心應手。有些新課內容，雖然學生不具備新課內容的知識技能，但是學生具備基本的邏輯判斷和簡單的推理能力以及能夠建構出新知識的元認知，在問題鏈的推動下，也可以實施開展反向驅動課程。因此，在新授課和復習課兩種課程類型中，反向建構都能體現出其特點。不同類型的課程，使用的具體策略也有差異性。

一、基于課程觀點的反向建構

（一）結構與功能相適應

科學課程的基本觀點之一是結構與功能相適應，常規思維模式是從結構入手進行分析，可以得到各個部分它具備的功能。例如小腸的長度很長，并且有小腸絨毛，這與它什么樣的功能相適應？這樣的教學中，學生形成順勢思維，能夠知道并理解內容要點。

反向建構則是將功能需求前置，進而推演出生物所應該具備的結構特點。首先創設情境，引導學生認識到小腸是我們人體消化和吸收的主要部位，將功能前置，再引導學生去建構小腸的結構特點：你覺得小腸應該具有什么樣的結構特點？

通過功能特點反推生物結構特點，這樣的反向建構對于學生的認知發展，特別是高階思維的培養起到了事半功倍的效果。

心臟中瓣膜和四個腔室的結構特點是教學難點，例如瓣膜，為什么心臟中需要這樣一個結構？常規方法是從瓣膜的結構入手，然后推測出它的功能，告知這樣的結構是可以防止血液倒流。反向建構則要求學生通過自我探究知道瓣膜所應該具備的功能是使血液單向流動，從而逆向建構去完善心臟結構的設計。

例1? ?心臟的結構

正向建構策略：心臟的結構特點→對應著什么樣的功能？

反向建構策略：心臟具有這樣的功能→? ? ?它應該具有什么樣的結構？

（1）瓣膜知識教學演示

問題：我們的心臟結構是怎樣的？你能畫一畫你想象中的心臟結構簡圖嗎？

學生繪制結果展示（圖1）。

質疑：心臟收縮和舒張時，血液能夠按照一個方向循環嗎？（圖2和圖3）

反向建構：為了使得血液按照同一個方向流動，你覺得需要一個什么樣的裝置？

學生：一個可以單向開啟的閥門，就像自行車氣門芯一樣的裝置。

教師演示單向閥裝置（圖4）。

學生進行模型改進（圖5）。

核心概念：在心臟中，確實存在這樣的“單向閥”，也就是“瓣膜”。

（2）心臟腔室建構教學演示（帶一帶）

學生展示心臟初步設計（圖6）。

質疑：如果按照同學們這樣的設計，從血液成分分析，大家覺得有什么問題？

學生：含氧量高的血液和低的血液相混合。

反向建構：為了提高效率，在心臟中實現多氧血液和缺氧血液的分離，你覺得要對心臟進行怎樣的設計改進？

學生改進（圖7），將心臟分成四個小房間。

核心概念：人體心臟比爬行類和兩棲類動物的心臟更加高級，具有四個腔。

（二）結構決定性質

科學課程的另一項基本觀點是結構決定性質，因此，也可以嘗試在化學課程中采用反向建構的課程設計思路。首先呈現物質不同的性質，由學生大膽想象和設計，理解結構對性質的決定作用。例如，金剛石和石墨的化學組成一致，但是性質差異很大，在學生學習物質組成的知識模塊中加以使用，可以很好地體現對學生高階思維培養的功能。

例2? ?金剛石和石墨

正向建構策略：金剛石和石墨組成結構不同→具有不同的物理性質。

反向建構策略：體會金剛石和石墨具有不同的物理性質→解釋原因。

教師：自然界里硬度最大的物質是什么？鉛筆芯的主要成分是什么？

學生：金剛石和石墨。

反向建構：金剛石和石墨硬度差異非常大，同學們能不能從微觀的角度來猜想一下原因是什么？

學生：可能是兩者的組成成分不同。

教師質疑：金剛石和石墨都是由碳元素組成的。

學生：可能是兩者的碳原子排列方式不同。

教師：沒錯，我們來看看碳原子在兩種物質中的真實排布情況。

核心概念：碳原子排列方式不同導致金剛石和石墨性質有差異。

二、基于工程理念的反向建構

科學教學與工程應用是分不開的，學生需要具備基本的工程設計和組織實施簡單工程的能力。工程設計中，元件工作原理的適用范圍是否明晰是工程能否完成的關鍵，但是各部分元件的應用是一個難點，反向建構將目標明確化，對于工程元件的原理進行針對化設計體驗，從而真正達到理解運用并形成評價的知識維度。

例3? ?研究電流與電壓的關系

正向建構策略：閱讀該電路圖，說一說滑動變阻器在電路中的作用是什么。

反向建構策略：為了研究，我們需要多組數據來獲得普遍規律，如何改變定值電阻兩端電壓？

教師：請同學們設計電路以研究通過導體的電流和導體兩端的電壓之間的關系。

反向建構：為了研究，我們需要多組數據來獲得普遍規律，如何改變定值電阻兩端電壓？

學生：更換電池和串聯一個滑動變阻器。

質疑：哪個更方便？

學生：串聯一個滑動變阻器（圖8）。

學生設計：滑動變阻器作用為改變定值電阻R兩端電壓。

核心概念：串聯電路為分壓電路。

STEM課程中，基于一個工程理念來建構設計方案，在日常教學中也有著非常好的效果。因為是一個真實情境中的問題，此類的反向建構課程驅動力很強，建構的結果可以進行切實的檢驗。

真實情境的反向建構往往是對一個客觀需要進行設計，例如需要一個自動開關時，學生可以設計電磁繼電器，需要顯示壓力大小時，可以設計帶有壓敏電阻的電路。

例4? ?電磁繼電器

正向建構策略：利用電磁繼電器是如何實現自動控制的？

反向建構策略：需要一個自動控制的結構，運用什么可以實現？

某入口的稱重裝置（圖9）可以顯示車輛載重信息，同時如果車輛超載，旁邊的指示燈顯示為紅色，未超載則顯示為綠色。

反向建構：請你設計一個電路，能夠實現這樣的自動控制。

學生：利用電磁繼電器可以實現自動控制（圖10）。

質疑：利用彈簧裝置應用于道路有什么缺陷？有更加合理的裝置進行改進嗎？

設計結果：利用壓敏電阻進行改進（圖11）。

核心概念：電磁繼電器或者干簧管都可以成為自動開關的核心部件。

三、基于物質特點的反向建構

教學中發現，雖然學生已經掌握一些物質的性質和特點，但對于某些知識點的理解始終存在困難，這是因為知識在遷移過程中出現障礙，表現出知識未形成體系，習得的知識為碎片化知識的狀況，可以嘗試將這部分知識轉型為反向建構知識，促使學生不斷思考，不斷改進，逐漸達到綜合和評價的思維高度，真正消除學生學習不透徹的情況。

例5? ?反應表面積影響反應速率

正向建構策略：反應表面積越大，反應速率越快。

反向建構策略：反應速率加快是由什么因素引起的？

教師演示：在空氣中加熱鐵絲，鐵絲發紅未燃燒，利用草酸亞鐵（FeC2O4·2H2O）加熱分解產生的鐵粉，冷卻到常溫后，將其撒在報紙上，發現鐵屑燃燒發紅，報紙冒煙起火，證明鐵粉在空氣中也發生了燃燒。

反向建構：原本在空氣中不能燃燒的鐵，為何會燒起來？請從影響反應速率的角度展開討論。

學生：鐵粉比較細，和氧氣反應的接觸面積大，加快了反應速率。

教師：查閱資料發現，FeC2O4·2H2O加熱可分解為FeO 和CO以及 CO2，鐵粉又是怎么來的呢？

學生：CO進一步還原FeO，產生了鐵粉。

核心概念：反應表面積越大，反應速率越快。

四、基于科學史實的反向建構

科學史是初中科學教學中的一塊重要內容，承擔著學生情感態度和探究方法的教育。傳統的科學史教學按照時間流程，將歷史上的故事羅列呈現，起不到學生思維促進的作用，所學的知識維度較低。

反向建構模式倡導以探索者的身份走進歷史，對各個時期的結論、模型展開逆向討論。今天的結論和模型到底好在哪里？以往的又存在哪些缺陷？促使學生真正參與歷史史實，真正促進高階思維的形成。

例如在原子結構模型建立的科學史教學中，盧瑟福做了α粒子散射實驗，如果按照湯姆生的模型，這個模型不能解釋盧瑟福α粒子散射實驗中的現象，如大部分α粒子按照原方向穿過，少部分發生偏轉，部分甚至反彈回來。引發學生思考，如果內部分布較均勻，則不會出現這些現象，進而證明原子內部情況不均勻的這樣一種模型。

例6? ?長度標準

正向建構：按照歷史沿革，講解長度標準制定的歷史。

反向建構：對比今天的長度標準，以前的長度標準存在什么缺陷？

在唐朝時，唐太宗規定自己的左腳和右腳各邁一次的距離為“一步”并作為全國的長度標準。

反向構建：你對這個長度標準有什么看法？如果讓你制定一個長度標準，你會關注到哪些方面？

學生：這個標準容易變化，也不穩定。我會使用一個比較確定的東西作為長度標準。

核心概念：標準應該具備確定性、穩定性和可復制性。

在教學中應該給予學生充分的自主權，注重學生生成內容，選取有價值的疑問推進課程，引導學生用他們已知的知識來解決自己的問題，鼓勵學生用創新的方式解決當下的問題，從而真正促進其思維的深度發展，達到訓練學生設計型高階思維的目標。

反向建構的策略方向較為多樣，具體的反向建構策略要根據學科特點和具體情境進行針對性設置，但是不論何種設置方式，都需要將學生的高階思維發展作為重要的歸宿點，以實現學生科學素養的真正提升。

參考文獻：

[1]余中賓，申定健.運用逆向思維培養科學思維素養的教學探析[J].中學生物學，2019，35（4）：70–72.