高中生物理問題提出能力現狀研究

田菁　柴志方

摘 要：通過對高中畢業生的問題提出能力的調查發現，高中生在結構化問題情境下的提問更加流暢，但是所提問題更多處于記憶和操作水平，在自由情境下提出的問題則更具有獨創性，但是問題的有效性較低.建議在基礎教育中融入問題提出的教學策略，可以從結構化問題情境開始對學生進行訓練，訓練一段時間后給學生提供更多的半結構化或者自由情境，更有利于學生提出具有創造性的問題.教師要具備基本的問題提出能力，同時還應該具有問題提出的教學信念.

關鍵詞：問題提出能力;基礎教育;物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1008-4134（2021）05-0002-04

作者簡介：田菁（1996-），女，山西晉城人，碩士研究生，研究方向：中學物理教育;

柴志方（1977-），男，河北邢臺人，博士，副教授，研究方向：中學物理教育.

教育要培養面向未來的人才，而創新能力無疑是未來人才必須具備的一個特質，能夠提出恰當合理且有創造性的問題是創新能力的重要表現.因此，在基礎教育中重視培養學生的問題提出能力是非常有必要的.學生在已有知識、經驗的基礎上進一步提出問題，不僅是對學生所學知識的鞏固和應用，更能激發出學生主動去解決自己所提問題的興趣，學生在內在動力的驅使下會學習更深層次的知識和技能.同時，學生具備問題意識并具備提問的能力是符合《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《標準》）里提出的培養學生科學探究能力的目標[1]，科學探究的第一步就是基于實驗，觀察、發現并提出問題，提出一個結構良好的問題是科學探究的前提.目前我國基礎教育中學生問題提出能力的現狀如何，又有哪些可以改進的方法，是本文接下來要探討和解決的問題.

1 物理問題提出能力評價量表的編制

筆者結合國內外研究者對問題提出能力的相關研究，將物理問題提出定義為：“學生在已有物理經驗的基礎上對具體情境進行個人解釋，并從這些情境中提出有意義的物理問題的過程.”

1.1 問題提出能力測試題編制

Stoyanova和Ellerton[2]根據對問題提供的開放性水平區分了三種類型的問題處理情況：結構化情境（structured situations）;半結構化情境（semi-structured situations）;自由情境（free situations）.

（1）在結構化問題情境下，學生可以重新改編已經解決的問題，如改變問題的條件或提問從而形成新的問題.首先，提供給學生一道結構良好的問題，在問題后提示學生改編問題的方法，如改變題目中的條件、結論或者任意數據和信息來重新構建問題，學生如果沒有提問的基礎，可以根據提示完成問題的改編.

例如，根據一道高中運動學的問題編制問題提出能力測試題目A1，學生解決這道題需要學習自由落體運動相關知識，同時題目中給出了提出新問題的方法，學生可根據提示完成問題提出活動.例如根據一道電場的問題編制問題提出能力測試題目A2.

問題A1：一小球從某高處以6m/s的速度豎直向上拋出，落到地面時速度大小為24m/s，求小球在空中運動的時間.請根據這個題目，通過改變題目中的條件、結論或者任意數據和信息來重新構建問題，盡可能多地提出與物理相關的問題.

問題A2：帶負電的兩個點電荷P、Q固定在相距10cm的地方，如果將第三個點電荷O放在PQ連線間距A為2cm的地方，O恰好靜止不動，則P、Q兩個點電荷的電荷量之比為多少，PQ之間距離P為2cm處的電場強度E等于多少？請根據這個題目，通過改變題目中的條件、結論或者任意數據和信息來重新構建問題，盡可能多地提出與物理相關的問題.

（2）在半結構化問題情境下，學生利用已有知識來解釋或者構建問題情境，提供給學生開放式問題，并要求學生利用概念和已有知識技能和經驗去分析所提供的問題情境，提出類似的問題或根據特定圖片、圖表提出問題，或者提出與特殊概念有關的問題.

首先給學生提供一個問題情境，如問題B1中的雨天騎車場景和問題B2中的物理實驗室場景，但只給出部分的問題條件，而問題中缺少一些必要的條件，學生需要自己對問題情境進行補充，構建形成結構良好的問題.

問題B1：一個下雨的早上，你匆忙騎自行車趕往學校，因為快要遲到了，所以騎得很快，在拐彎處你被摔了出去，你后面的一輛汽車緊急剎車才沒有撞到你.請根據這個場景，補充相關數據，盡量多地提出與物理相關的問題.

問題B2：在學校的物理實驗室中你想要測量電阻，你想到了哪些方法，由此你可以提出哪些物理問題？

（3）在自由的情境下，學生被要求在給定的人工或自然情況下提出問題，并且可以不受任何限制地提出問題.首先提供給學生問題情境，如問題C1中的水面小船情境，問題C2中的牛頓運動定律概念教學情境，學生被要求補充條件和問題，提出結構良好的問題，據此編制了如下問題.

問題C1：水面上有幾艘小船，一艘靜止在水面上，一艘在水面上行駛.請補充相關數據，盡量多地提出與物理相關的問題.

問題C2：請根據牛頓運動定律的概念和規律，補充相關數據或情境，分別提出適合初中生和高中生的問題并注明，盡量多地提出與物理相關的問題.

1.2 問題提出能力評價量表編制

國內外關于學生問題提出能力評價的研究更多地集中在基礎教育數學學科領域，不同研究者使用的評價體系有一定的差別，還未形成一個公認的、具體可行的評價標準.對學生問題提出能力評價的定量研究中，使用最多的是PTA量表，需要研究者對問題提出能力的概念進行解構，確定每個要素的評價指標和評價標準，并制定評分標準.

流暢性、靈活性和獨創性被Xianwei Y、Van Harpen和Presmeg[3]認為是創造力的核心維度.流暢性是指學生提出的可行問題的總數，對學生同一個題目下所提問題的數量進行統計，根據所提問題數量占據總數的比例得出學生提問流暢性的評分;原創性是指如果一個問題是由大于等于10%的學生提出，那么它被認為不是原創的，對學生所提的相同問題進行統計，根據所提問題的人數占總人數的比例得出問題原創性的評分;靈活性是指學生提出的問題類別的總數，問題類別又有不同的區分標準，斯海霞[4]將學生提出的數學問題從記憶與操作、理解與聯系、反思與拓展三個維度進行區分，本文以此作為學生所提問題的區分依據.學生所提問題的科學性可以從所提問題是否有效或有意義進行區分，有意義的問題又可以從記憶與操作、理解與聯系、反思與拓展三個維度進行區分，這三個維度的難度是逐漸遞增的，問題的科學性也遞增，反映出的學生提問能力的層次也遞增.具體而言，無效或者無意義的問題是指所提問題的結構不完整或者與所給情境不符合或者不屬于物理問題等，記憶與操作類問題是指學生對問題所給條件的重復表達而且所提問題的解答過程較為單一，理解與聯系類問題是指學生可以將問題材料與生活實際或者相關物理知識技能相聯系，反思與拓展類問題是指可以反映問題本質的一般性問題，根據學生所提問題的類別進行評分，問題所屬層次越高得分越高.除此之外，對學生所提問題的可解決性以及語言表達的適當性進行評分.

將問卷以及評價量表發給相關領域專家進行評價，根據專家意見進一步修正，并將問題提出能力測試卷發給幾位大一新生，根據回收的問卷分析，對測試題以及評價量表進行修正，最終的評價量表見表1.

2 高中生問題提出能力的調查研究

2.1 調查研究過程

由于高中畢業生參加完高考后較為分散，所以選取大學開學后的大一新生作為研究對象.研究選取上海某雙一流高校物理系的大一新生作為研究對象，研究對象均是接受過高中教育且高考包含物理這門學科的同學，第一次隨機發放10份問卷，通過對回收的問卷進行分析，對評價量表的有效性和可信度進行初步驗證，根據數據結果對問卷以及評價量表進行了進一步的修正.

將修正后的問卷隨機發放110位大一新生，收回有效問卷100份，根據評價量表對學生的問題提出能力測試卷進行評分，并選取每個題目中得分最高的一個問題作為問卷的分數.

2.2 調查研究結果

2.2.1 高中畢業生問題提出能力現狀

高中畢業生問題提出能力測試卷成績的平均分如圖1所示，調查結果顯示，高中畢業生在三種類型的問題情境下提出問題的總分相差不大，但是具體的問題評價維度有一定的差異性.學生在結構化問題情境下提出的問題更具有可解性，在自由問題情境下提出的問題更具有獨創性.

2.2.2 問題的流暢性

調查結果顯示，高中畢業生在結構化問題情境和半結構化問題情境中提問的流暢性更高，而在自由情境下提問的流暢性較差.在結構化問題情境下學生提出的問題平均數量為4個，在半結構化問題情境下提出的問題數量平均為3.5個，而在自由情境下提出的問題數量平均只有2個.由此可見，學生在結構化以及半結構化問題中提問的流暢性明顯高于自由情境.原因可能是問題情境給出的限制越少，學生要花費更多時間去補充問題情境，學生需要花費更多時間去回憶自己已經學過的相關知識或者做過的相關題目，進而選擇自己要提出的問題所要達到的目的以及涉及到的知識內容，才能進一步提出問題，該過程相對于結構較為完整的問題情境需要花費更多時間，也要求學生有更加發散的思維能力以及更高的問題提出能力.

2.2.3 問題的科學性

對三類題目中的問題類型進行統計，數據表明高中畢業生所提問題中屬于理解與聯系類型的問題最多，學生能夠恰當地將問題情境與相關的物理知識聯系起來形成新的問題，例如針對題目B1，有的學生提出問題：“若這一汽車在距離你s的地方開始剎車，汽車的初始速度為v0，以加速度a開始減速，當a滿足什么條件時，這輛汽車才不會撞到你？”該問題中學生將勻減速運動與具體問題情境相結合，補充了必要的條件和所求項，形成了結構良好的問題，屬于理解與聯系層次.學生提出的記憶與操作類問題的數量也很多，例如針對題目A1，有學生提出了以下問題：“問題條件不變，小球上升到最高點需要多長時間？”該問題難度比原問題情境中的問題難度還要低，而且只需要運用一個公式v=gt即可解決，因此屬于記憶與操作類問題.而學生提出的屬于反思與拓展類型的問題更是非常少.由此可見，學生對基礎教育階段物理知識的理解相對扎實，但是很難達到對更高層次物理知識的理解和應用.

研究是對學生每道題目中得分最高的問題進行統計，但是對每道題目中學生所提問題的科學性進行統計，圖2顯示學生所提問題中很大一部分為無效或者無意義的問題，且學生在自由情境下提出的無效問題占比更多，例如，有的學生針對題目C1提出了如下的問題：“乙船在甲船下游，已知水流速度、初始相對距離、乙船速度，甲乙兩船多長時間距離100m？”學生提出的這個問題中沒有給出完整的條件信息，是無法對問題進行作答的，因此屬于無效的問題.結構化問題情境中中學生提出的無效問題相對較少，可能是因為結構化問題情境中所給出的問題范例為結構良好問題，且提示學生只改變部分的問題條件來形成新問題，因此學生提出的問題大部分還是有效且有意義的問題，但是結構化問題中的記憶與操作類問題占比很高，學生更容易被給出的問題限制住思考，很容易提出對已有問題簡單改編后的單一問題，這類問題往往不需要學生花費太多的時間，同時也無法促進學生對問題情境的深入挖掘和思考.

2.2.4 問題的可解決性、獨創性以及語言適當性

高中畢業生在自由情境下提出的問題可解決性較差，更多的情況屬于學生沒有提供結構完整的問題.

高中畢業生在自由問題情境下提問的獨創性更高，學生問題重復性很低，基本沒有重復的問題，但是在結構化問題情境中學生所提問題的重復性很高，進一步說明學生在更加自由的問題情境下更能發揮自己的創造性.

大部分高中畢業生語言表述流暢且用詞恰當.

3 結論

通過對部分高中畢業生的問題提出能力的調查，大部分學生還是缺乏問題提出的訓練，所以應該在基礎教育中融入問題提出的教學策略，首先可以從結構化問題情境開始對學生進行訓練，學生在結構化問題情境下提問更加流暢，學生在提示下更容易提出問題，但是訓練一段時間后應該給學生提供更多的半結構化或者自由情境，在自由情境下對學生提問的限制更少了，給了學生更多的思維發散空間，更有利于學生提出具有創造性的問題.

如何在基礎教育中融入問題提出的教學策略，還需要進一步的探究，在此提出以下建議：教師首先要具備基本的問題提出能力，同時還應該具有問題提出的教學理念：要了解提問能力對學生的重要性，愿意在教學實踐中培養學生的問題提出能力，還應該學習問題提出的教學策略，并積極地在教學中去運用，只有教師更多地關注學生的問題提出能力，學生才有機會在教育中受到問題提出的訓練，而問題提出能力不是能夠一蹴而就的，需要的是長時間的不斷訓練.

本研究的結論還存在以下的不足：在樣本選取上可以更加廣泛，研究選取的樣本為上海某雙一流高校大一新生，學生屬于較高水平，因此得出的結論還不具備更廣泛的適用性，后續研究可以對普通學校的大學生進行調查，還可以對比不同層次大學的學生問題提出能力的差異性.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]Stoyanova，E.，Ellerton，N.F.A framework for research into students problem posing in school mathematics[A]//P.C.Clarkson （Ed.）.Technology in mathematics education[C].Melbourne，Australia： Mathematics Education Research Group of Australasia，1996：518-525.

[3]Xianwei Y，Van Harpen，Presmeg NC.An investigation of relationships between students' mathematical problem-posing abilities and their mathematical content knowledge[J].Educational studies in mathematics，2013，83（01）：117-132.

[4]斯海霞.高中生數學問題提出能力發展進程研究[D].上海：華東師范大學，2014.

（收稿日期：2021-01-10）