引導問題化學習 有效提升學生高階思維品質

◇何繼鵬（浙江：諸暨市浣東街道城新小學）

科學思維是科學學科核心素養的重要組成部分，其品質與層次的高低對學生今后的學習和發展至關重要。本文針對目前小學科學思維教學中存在的“滿堂問”與“簡單問”“模式化”與“獨立化”“重低階”與“輕高階”現狀，就如何從發現問題、建構問題、解決問題、反思問題、設計問題五個方面引導學生開展問題化學習，以有效提升他們科學高階思維的品質加以闡述。

隨著科技的不斷進步，社會對于人才的培養提出了新的要求，這從對中國學生發展核心素養、各學科核心素養的高度重視中即可顯見。小學科學作為一門基礎性、實踐性、綜合性課程，其教學成效對學生必備品格、關鍵能力、科學素養的發展尤為重要。而思維是教學中師生的核心活動，科學思維則是科學學科最本質的特征。因此，科學課也越發注重對科學思維的培養，引導學生基于真問題，開展真探究，真正做到像科學家一樣去思考。

一、小學科學思維教學中存在的問題

科學探究一般以問題為出發點，以問題研究為載體，學生在老師的引導和協助下，不斷提高自身的思維層次，發展科學思維。但在教學實踐中發現：培養學生的科學思維并不如想象中的那么簡單，而要發展他們的科學高階思維更是難上加難。現階段小學科學思維教學中主要存在以下不足。

（一）“滿堂問”與“簡單問”

筆者經調查發現，許多老師對學生科學思維培養的認識存在一定誤區，他們簡單地認為對學生進行提問就是在培養。在科學課上我們常會看到這樣的場景：老師經常隨意性地提出各種問題，僅讓學生思考片刻后就要求其回答，對學生的回答也只是稍作回應，立馬就拋出了下一個問題。深入分析，這些問題中絕大多數是不用調動思維參與就能回答的問題，如“你有沒有觀察到溫度計上升？”“空氣能被壓縮嗎？”“你答對了嗎？”等等。教學從“滿堂灌”變成了“滿堂問”，不僅無法實現預期的教學目標，也會讓學生在回答問題時應接不暇，甚至喪失回答問題的興趣。這些簡單的非問題性問題也會進一步導致學生思維活躍度降低和思維固化。

（二）“模式化”與“獨立化”

科學探究的過程一般歷經從提出問題到反思評價八個過程，新版教材也引導老師從四個固定的板塊開展教學。這樣的呈現給大家一種錯覺，即教學活動須按照上述流程一一開展，學生是在進行“模式化”的科學探究。這種千篇一律的探究流程，唯一的成效就是對學生的知識與技能不斷強化。但這也讓學生失去了更多自主探究的機會，科學思維的發展受到嚴重阻礙。除此之外，部分老師在開展新課教學時，常常會忽略本課內容在這一單元、這一學段所對應的科學大概念中的地位作用，教學時只關注本課目標，沒有從上位去思考學生對概念的掌握與思維的發展。殊不知教科書的編寫采用了大單元的組織形式，是以雙螺旋模型促進學生思維與認知的共同發展。

（三）“重低階”與“輕高階”

由于受到課堂教學時間的限制和學生身心發展規律、個性差異等因素的影響，老師往往會在事實性知識的學習與小組探究活動中投入較多的時間和精力。學生的學習只是在簡單地重復和機械地記憶，他們所獲得的知識是表面的、淺顯的、不真實的，而探究后得到的結論大都是現成的，不需要經過深層次思考與加工。這就造成了學生的探究流于表面，思維方式趨于恒定、死板和低維度。因為缺少相應高階思維方面的訓練，他們思維的發展只在淺層次徘徊，不能對某一科學概念形成系統的認知，更不能對知識進行重構、應用與創造。科學課倘若不能完全擺脫知識“灌輸”和“應試”訓練的束縛，那么學生“能學不能問、會學不會問、只學不問”的思維現狀將無法得到改善，他們的問題意識依舊淡薄，創新精神依舊缺乏。

二、在問題化學習中塑造學生科學高階思維品質

《義務教育小學科學課程標準》明確指出：科學思維是具有意識的人腦對科學事物（包括科學對象、科學現象、科學過程、科學事實等）的本質屬性、內在規律性及事物間的相互聯系和關系的間接和概括的反映，這種思維也具備思維的一般品質，即“敏捷性、深刻性、靈活性、批判性、獨創性”。

要使學生的科學思維不斷發展，思維品質得到提升，把握好學生學習活動的組織形式和增加課堂思維的含量非常關鍵。由上海市寶山區教育學院王天蓉等人提倡的“問題化學習”方式給“如何培養學生的問題意識與科學高階思維”這一難題的解決帶來了契機。這種學習方式主要以學生的問題為起點，以學科的核心問題為基礎，以教師的問題為引導，將一系列精心設計的教學問題貫穿于整個教學過程，以此來培養學習者解決問題的能力與促進其高級思維品質的提升。科學思維方法和品質是科學高階思維的重要組成部分，它的提升路徑如下圖1所示：學生主要通過“發現問題、建構問題、解決問題、反思問題、設計問題”五個層次的問題化學習，充分運用分析與綜合、抽象與概括等六組科學思維方法，實現自身科學思維的進階與發展。

圖1 科學高階思維品質提升路徑徑

（一）在發現問題中激活思維敏捷性

思維敏捷性是指學生思維的反應速度與掌握程度，主要體現在提出問題、解決問題時能快速靈活與思考問題時能迅速、準確做出判斷。這種對于問題的敏銳嗅覺并不是與生俱來的，也不是一蹴而就的，需要經過不斷的針對性訓練。問題化學習提出能夠讓學生主動學習的根本動力在于學習需求被發現和滿足。因此在滿足學生好奇心和求知欲的同時，如何引導他們敢于提出自己的疑問，提出有價值的科學問題，科學地表述問題以及擁有理解、傾聽他人問題的能力，最終讓盡可能多甚至讓全部學生產生學習需求，顯得尤為重要。

師：通過前面的學習，我們已經知道了磁鐵有哪些本領？

生1：磁鐵是有磁性的。

生2：磁鐵能吸引含鐵的物質。

生3：磁鐵能指示南北方向。

……

師：如果把兩塊相同形狀的磁鐵慢慢靠近，它們會怎樣呢？

生1：會吸到一起。

生2：也有可能吸不到一起，會彈開。

生3：磁鐵會轉個方向。

師：大家剛才描述的其實就是磁鐵磁極間的相互作用，今天我們就來學習這一課。

方式二

師：同學們，請看老師這里有一輛小車，它有什么特別的地方？

生：上面有一個磁鐵。

師：老師這里還有一個條狀的物體，利用它我可以讓小車自己乖乖地開過來（演示）。

生：觀看（發出驚嘆）

師：根據剛才的現象，你能提出一些問題嗎？

生：條狀物體為什么可以讓小車動起來？條狀物體是磁鐵嗎？條狀物體是鐵嗎？上面的“1，2”表示什么？把車頭換個方向還可以吸引它嗎？

師：大家都很善于觀察和提問，接下來老師把條狀物體換個方向，請看（小車被推開）。

生：我知道了，這個條狀物體是磁鐵！

師：（撕去紙）是的，你們說對了！其實磁鐵的磁極間會產生相互作用，今天就讓我們來一探究竟。

問題既是科學探究的起點，也是思維的起點。從上述案例中我們可以明顯對比出：方式一是以一種開門見山的形式進行導入，方式二則是通過讓學生對于某一現象自主發現、自主提問的形式進行導入。方式二的導入形式會讓學生有較高的代入感，促使他們在積極主動思考問題、理解問題、激活思維敏捷性的同時，逐步養成善于觀察、發現問題的科學品質。這種問題情境的創設來源可以是對常見現象的深入思考，可以是對課本知識的重新發現，也可以是對已知內容的深層探究。

（二）在建構問題中促進思維深刻性

思維深刻性主要是指學生進行思維活動時的抽象、邏輯推理能力，表現為能夠深刻理解科學概念、深入思考問題、掌握事物的本質和規律、不被表象或其他因素所干擾的思維品質。問題化學習倡導學生會判斷核心問題，能建構完善問題系統，擁有追問深究與質疑的能力，這與促進思維深刻性的發展不謀而合。將多個探究活動串聯在一起形成教學主線，而學生思維的發展則作為暗線隱含其中。如下表所示，師生可以共同構建并列式、遞進式、開放式問題串，給高階思維的發展搭建合適的問題支架。

問題串舉例

1.并列式問題串

建構的問題之間并沒有高低之分，呈相互平行的邏輯關系。如上表這樣呈現問題有助于喚醒學生腦海中對光和影的相關元認知和記憶表征，幫助他們厘清影子形成、變化原因的知識脈絡，使歸因、概括等高階思維能力得到不斷發展。

2.遞進式問題串

建構的問題難度設置從易到難，呈螺旋上升的趨勢。如上表所示，首先基于學生對溶解的原有認知提出了初始問題1，在此基礎上進一步提出了一系列更加深入的問題2~7，引導師生共同探尋解決“什么是溶解”這一問題本質的新途徑。難度適宜、層層遞進的問題腳手架，降低了難度，保障了學生思維的深度，讓科學概念的建構更加行之有效。

3.開放式問題串

建構的問題具有一定的延展性，答案并不唯一。如圖2呈現的5 個問題都是在“電路”單元的最后一課中，起到鞏固運用和拓展提升的作用。這些開放式的問題喚醒了學生已有的知識、技能儲備，引導他們明確新情境的要求，經歷整個科學探究的思辨過程。回憶、聯結、實踐和創新等思維活動貫穿于整個學習過程，思維訓練進一步向縱深化發展。

問題的內涵決定了思維的深度，因此要想促進學生思維深刻性的發展，僅有針對知識點的問題是遠遠不夠的，還要設計出指向對應科學大概念的高階問題。學生只有親自建構問題，才能不斷激發思維潛能，才能真正實現科學概念的建構與思維的發展。

（三）在解決問題中提升思維靈活性

思維靈活性是指學生在面對與以往不同的問題場景時，所呈現出的思維靈活程度和廣度，即能夠根據實際情況的變化舉一反三地改變原有的計劃或想法，并快速且有針對性地提出可以解決問題的新方案。美國實用主義哲學家杜威曾說過，高階思維的發生并不是自然的，它是在疑惑、模糊或懷疑的情境下引發的。因此，學生需要在豐富多變的問題情境中不斷開展深度學習，歷經問題解決的全過程，最終實現思維靈活性的大幅度提升，以達到較高認知能力和思維水平。而問題化學習與其他學習方式的不同之處就在于學生是不斷地在“發現問題”中“解決問題”，在“解決問題”中“發現新問題”。它關注的是一個系列問題持續解決的過程，以此不斷發展學生獨立解決問題、合作解決問題、交流與匯報的能力。

案例2 在《熱是怎樣傳遞的》一課教學中，通過前一個環節對金屬條上熱傳遞方向的探討，學生已經知道熱是從溫度較高的一端傳遞到溫度較低的一端。此時老師追問：1 根金屬條上是這樣傳遞，2 根、3 根、無數根上呢？請學生以手勢動作表示熱傳遞的方向。順勢引導，利用畫圖記錄的方式了解學生對“熱在金屬圓片上如何傳遞？”的認知，同時討論“如何能夠看到熱在金屬圓片上的傳遞？”。在不斷地交流和思維碰撞中，如圖3所示多種解決問題的探究方案被一一提出，并且得到不斷優化改進。緊接著老師出示特殊材料“溫變油墨”，引導學生進一步動手探究熱在平面上的傳遞規律。

圖3 實驗方案迭代

科學學科的核心素養特別強調學生解決問題能力的發展，而問題的解決需要基于已知探索未知。如果不是在原有經驗的基礎上開展探究，那么新問題的解決就會成為空中樓閣，不切實際。從上述案例中我們可以發現，前一環節利用蠟環掉落來觀察熱的傳遞是學生已知的，但當一個新的問題情境“在平面上熱如何傳遞、如何觀察？”提出時，障礙與要求發生了變化，相應地，解決問題的方案也要隨之改變。老師并沒有直接給出合適的解決方案，而是留有時間，引導學生充分交流探討解決問題的方法，制訂計劃，分析與評估方案的可行性，最終解決新問題。思維的靈活性也就是在這一次次解決問題的過程中得到鍛煉。

（四）在反思問題中聚焦思維批判性

思維批判性是指學生在某一行為、現象或思想的刺激下，促使自身獨立思考、敢于質疑、思辨評價的思維品質，這是思維過程中自我意識作用的結果。具體體現在學生不僅能夠客觀、公正地檢查和審視其他學生的觀點和行為，并實事求是地做出評價，還能夠及時反思自身，尋找錯誤并加以修正。新課標中科學態度總目標也明確指出：學生要樂于傾聽他人的意見和想法，不迷信權威，實事求是，善于從不同角度思考問題，運用批判性思維大膽質疑，勇于修正與完善自己的觀點。

1.在充分預設中聚焦

在開展科學探究前，老師一般會引導學生進行預測。正是由于學生之間有差異，所以他們對于同一問題的猜測是不同的。這使得他們的前概念、迷思概念充分暴露，也讓生與生之間的思維沖突更加激烈，更容易激發他們主動解決問題的欲望。例如在討論磁鐵各部位磁性強弱時，學生的看法就各不相同，爭論不休。正是基于預設環節的充分展現，才使得探究后的交流論證更具針對性和啟發性。學生將自己的猜測與探究結果進行對比，使自己的批判性思維在總結認知沖突中得以發展。

2.在劣構問題中聚焦

劣構問題是指那些條件缺少或者條件不明確、學生不是輕而易舉就能夠解決的問題。例如“要知道同樣多的水中能溶解多少食鹽和小蘇打該怎么做？”“利用斜面、小車、木塊如何設計實驗來探究運動快慢與能量大小之間的關系？”“如何設計實驗探索土地被侵蝕的因素？”等等，都是劣構問題。由于這些問題可能會有多種結果，最佳方案不唯一，所以對學生來說具有更大的自主性和挑戰性，更有利于發展他們在知識遷移、反思批判、綜合評價等方面的高階思維。

3.在有效追問中聚焦

在課堂中隨機生成的問題、現象、認知沖突會很多，無論是老師還是學生，如果能抓住關鍵性的“節點”進行追問，將會起到推動、激活和延續教學過程的作用。例如在《空氣能占據空間嗎》一課中，對于“放在杯子底部的紙團在杯子豎直倒扣入水中后是否會濕？”這個問題，師生、生生之間會進行一系列有效的追問互答。“杯子里的水面有變化嗎？”“紙團有沒有濕？”“水為什么進不去？”“這個現象說明什么？”這些問題的提出引導學生不斷分析、比較、反芻、概括和思辨。

（五）在設計問題中強化思維獨創性

思維獨創性是指學生在解決問題的過程中，能夠創造性地提出問題和創造性地解決問題，具備一定個性化的創造意識和創新精神的思維品質。那么學生思維的獨創性該如何強化？小學科學新課標中技術與工程這一領域的增加給我們呈現了一種新的教學途徑。這一領域的課程內容旨在引導學生綜合運用所學知識與技能，通過做中學、學中思、思中悟、悟后再學的方式，感悟技術發展對人類、社會發展的影響，形成在實踐中解決問題、在實踐中開拓創新的品質。

任務和問題設計是發展學生高階思維的關鍵之處，簡單地出示書本中的教學內容對于學生思維品質的發展是無益的。因此要在教學過程中設計一些能夠引發學生思考、能夠調動他們分析、評價與創造等高階思維的問題，讓學生主動參與到探究活動中。例如筆者在《簡易電路》一課教學中，一改以往“組裝一個電路→在電路中安裝一個開關→畫電路連接圖→交流研討”的教學流程，以制作一個便攜式手電筒的項目式學習為載體組織開展本課教學。具體流程如圖4所示。

圖4 《簡易電路》項目式學習流程

本課從生活實際出發，“設計一個便攜式手電筒”這類問題情境的設計不僅關注到了學生對科學知識的運用，對他們的設計能力、動手實踐能力、創新能力等方面也十分重視。學生通過討論設計、項目實施、班級展示、交流論證、優化改進，把必要的分析、綜合、評價、創造等高階思維潛移默化地貫穿其中。老師通過對教學流程的精細化設計，讓課堂的思維含量有了顯著提升。這樣的探究活動由淺入深、扶放結合、環環相扣，也使得學生問題化學習的開展變得更加便捷、高效、有趣味。

三、結語

“怎樣教”往往比“教什么”更為重要，“怎樣學”往往比“學什么”更為重要。通過問題化學習方式在小學科學課中的應用，潤物細無聲地喚醒了學生腦海中科學高階思維的潛能，讓他們的思維品質不斷得到提升，科學素養真正得到發展。