劣構問題培養(yǎng)高階思維能力的情境教學探索

楊建新

摘 要 以“植物生命活動的調節(jié)”為例，通過云南鮮花生產基地如何對鮮切花進行保鮮的劣構問題進行情境教學，闡述如何把劣構問題良構化，進而培養(yǎng)學生的高階思維能力，使學生學會思考和解決問題，受益終身。

關鍵詞 劣構問題 高階思維能力 情境教學

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

美國建構主義教育心理學家戴維·H·喬納森（DavidH.Jonassen）認為，所有的問題都可以分為良構問題和劣構問題兩大類型，前者也稱定義完整的問題，后者也稱定義不完整或結構不良問題。良構問題往往是人為設計的，問題條件清晰、原理清楚、解決方法和步驟明確、答案標準唯一，可培養(yǎng)學生認知過程中的記憶、理解、運用等低階思維能力。劣構問題是指在問題的起始狀態(tài)、目標狀態(tài)、問題解決的路徑，或者問題解決所依據的原理和技術等一個方面或幾個方面缺乏明確的界定。真實情境的問題、復雜的問題幾乎都是劣構問題，而解決劣構問題的能力才是真正的能力，包含高階思維能力和實踐能力。

高階思維能力是指在解決復雜劣構問題時，發(fā)生在較高認知水平上的心智活動或認知能力，包括問題解決能力、批判性思維能力和創(chuàng)造性思維能力等，主要表現(xiàn)在分析、評價和創(chuàng)造三個思維層次。在課堂教學中，教師易忽視劣構問題對培養(yǎng)學生高階思維能力的重要意義，導致學生對于問題的解決能力往往停留在知識的機械應用水平。高階思維能力可通過學習過程體驗、知識主動建構和解決復雜問題等活動培養(yǎng)，教師采用情境教學模式可取得良好的效果。下文以“植物生命活動的調節(jié)”為例，闡述如何使真實的劣構問題成為貫穿課堂教學的大情境以培養(yǎng)學生的高階思維能力。

1 “植物生命活動的調節(jié)”教學分析

此內容隸屬于新人教版高中生物學《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調節(jié)》， 《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》 （以下簡稱《課程標準》）要求落實的重要概念為“植物生命活動受到多種因素的調節(jié)，其中最重要的是植物激素調節(jié)”，學業(yè)要求為“基于植物激素在生產生活中應用的相關資料，結合植物激素和其他因素對植物生命活動的調節(jié)，分析并嘗試提出生產實踐方案”，因此， 《課程標準》的重點在于落實“科學思維”和“科學探究”兩大核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。“植物生命活動的調節(jié)”在生活中有很多實例，下文以云南鮮花生產基地如何對鮮切花進行保鮮的真實劣構問題為大情境，設計系列驅動型良構問題，側重從思維認知角度分析并歸納影響鮮切花保鮮的因素；接著，下文從生長素的角度運用假說演繹法進行科學探究，提出對鮮切花保鮮的方案，側重訓練學生的歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力與辯證思維能力等高階思維能力。

2 “植物生命活動的調節(jié)”教學過程

劣構問題源于實際，問題的條件、原理、解決方法和步驟以及結果都是模糊不清的，因此，劣構問題的解決過程會有較多障礙，教師需對劣構問題進行人為設計，使之成為常規(guī)性良構問題和探究性良構問題，通過良構問題的解決，使學生獲得科學方法和思維能力的訓練，進而培養(yǎng)學生解決劣構問題的高階思維能力和外顯技能。

2.1 鮮切花保鮮大情境分析

真實情境：近年來，我國鮮切花生產和消費量迅速增加，但每年由于保鮮不佳所造成的經濟損失也較為嚴重，這在一定程度上限制了我國鮮切花的外銷。云南鮮花生產基地很好地解決了這一問題，目前云南為亞洲最大的鮮切花出口基地。研究發(fā)現(xiàn)，鮮切花采收后，脫離母體植株，其生理代謝發(fā)生較大變化，衰老進程比留在母體中快。常溫下，鮮切花一般只能維持3～5天的壽命。

這是一個典型的劣構問題，其起始狀態(tài)、目標狀態(tài)、問題解決的路徑、原理和技術等均不明確，但卻具有很強的趣味性，可激發(fā)學生的學習興趣。此時，教師需要明確此劣構問題的核心“目標狀態(tài)”，提出良構后的問題：鮮切花保鮮的本質是什么？接著，教師引導學生分析保鮮的本質是延緩衰老，并進一步提問：衰老是植物生命活動的現(xiàn)象，受到植物激素的調節(jié)，植物激素是如何調節(jié)衰老的呢？

2.2 植物生命活動調節(jié)的內因

雖然明確了“目標狀態(tài)”是“如何延緩衰老”，但劣構問題的條件并不清晰，教師需補充表1資料使劣構問題良構化，進一步引導學生分析：導致鮮切花衰老的主要因素有哪些？

根據表1分析，學生較容易歸納出促進切花衰老的激素是乙烯和脫落酸；延緩切花衰老的激素是赤霉素和細胞分裂素；生長素對切花的影響可能是既能促進衰老也能延緩衰老；學生從而能夠理解影響切花衰老的主要因素是植物激素。

接著，教師從生長素角度設計探究性良構問題，引導學生運用假說演繹法進行科學探究，訓練學科思維。教師提供資料：

學生甲閱讀了教材內容： “研究發(fā)現(xiàn)，生長素所發(fā)揮的作用，因濃度、植物細胞的成熟情況和器官的種類不同而有較大的差異。一般情況下，生長素在濃度較低時促進生長，在濃度過高時則會抑制生長。”由此，他認為生長素對鮮切花衰老（花瓣脫落）的影響具有兩重性，并設計了簡單的實驗進行探究，請寫出實驗思路、預期結果和結論。材料：相同品種和品質的A切花若干，瓶插液，蒸餾水，系列低濃度生長素溶液，系列高濃度生長素溶液。

學生通過對資料進行分析作出假設：生長素對鮮切花衰老的影響具有兩重性，并運用假說演繹法寫出探究實驗的思路：將若干相同品種和品質的A切花隨機均分成三組，分別插入含等量瓶插液的花瓶中，第一組噴灑適量的蒸餾水，第二組噴灑等量的系列低濃度生長素溶液，第三組噴灑等量的系列高濃度生長素溶液；在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，定期記錄花瓣脫落數(shù)。預期一段時間后，第三組的花瓣脫落數(shù)最多，第二組最少；從而得出生長素對鮮切花衰老的影響具有兩重性，高濃度促進衰老，低濃度延緩衰老的結論。

教師向學生提問：以上結論是一定的嗎？并再設計反轉性問題：

學生乙認為學生甲的觀點不合理，用B切花做了相同的實驗，發(fā)現(xiàn)結果完全相反，由此推測生長素對鮮切花的作用可能是什么？

學生經過演繹推理得出：外源生長素對切花衰老具有延緩和促進的雙重作用，但不同種類切花或者同一種類切花經不同濃度生長素處理后其表現(xiàn)均不一致。通過B切花對學生甲觀點的反轉，教師引導學生進行批判性思考，從而辯證看待科學探究過程中的假設，培養(yǎng)學生的演繹推理能力、批判性思維能力與辯證思維能力，使教學落實“科學思維”和“科學探究”兩大核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.3 植物生命活動調節(jié)的外因

在上述劣構問題良構化的過程中，學生已經明確鮮切花衰老主要受到植物激素的調節(jié)，但植物激素是如何調節(jié)鮮切花衰老的呢？還有哪些影響因素呢？此時，教師可展示一道高考題。

【例題】瓶插鮮花鮮重的變化與衰敗相關，鮮重累積增加率下降時插花衰敗。圖1為細胞分裂素和蔗糖對插花鮮重的影響，下列敘述錯誤的是（ ）

A. 蔗糖和細胞分裂素都有延緩衰敗的作用

B. 蔗糖可為花的呼吸作用提供更多的底物

C. 同時添加蔗糖和細胞分裂素更利于插花保鮮

D. 第5天花中脫落酸的含量應該是清水組最低

此高考題的起始狀態(tài)和目標狀態(tài)均較為明確，是一道常規(guī)性良構問題，有利于學生知識和技能的鞏固與應用。通過本題，教師可加深學生對植物激素相互作用共同調節(jié)的認識，并使學生認識到除了植物激素外還有其他因素調節(jié)植物的生命活動，為下文進一步推理環(huán)境因素做鋪墊；學生通過識圖、讀坐標進行推理判斷，發(fā)展了演繹推理能力。接著，教師再次補充資料進行良構化：

據觀察，切花采摘不久就會萎蔫，莖導管是切花吸水組織，營養(yǎng)物質溶解在水中，而水中微生物繁殖會堵塞莖的基部導管，造成切花衰老。材料中影響切花衰老的因素有哪些？作用機理是什么？還有什么其他影響因素？

學生通過分析資料可以得出影響切花衰老的因素有水、營養(yǎng)物質和微生物，起因是水中微生物繁殖導致莖導管堵塞，成因是切花不能吸收水分和營養(yǎng)物質，不能進行正常的細胞代謝，結果是切花凋萎和衰老；進而教師再引導學生發(fā)散性思考還有什么其他的影響因素。教師通過教會學生進行條件、起因、成因、結果的邏輯分析，訓練了學生的邏輯推理能力和發(fā)散性思維能力。學生歸納出導致切花衰老的外因，理解植物生命活動受環(huán)境和植物激素的共同調節(jié)，且外部因子總是通過影響鮮切花內在的生理生化變化來影響其生理過程，并形成思維導圖（圖2）。

2.4 多種因素共同調節(jié)

通過以上良構化過程，學生對云南鮮花生產基地鮮切花保鮮的劣構問題的解決已經有了大概思路，但還不明晰，教師進一步設計遞進式探究性良構問題引導學生遷移應用，提供以下資料，使學生真正學會解決此劣構問題：

花茶集茶味與花香于一體，茶引花香，花增茶味，相得益彰。花茶不僅仍有茶的功效，而且花香也具有良好的藥理作用，裨益人體健康，廣受人們的喜愛。云南每年生產大量的鮮花用于制作花茶，鮮花采摘后要盡快制作才能保證品質，使用保鮮劑能達到較好效果。為了探究不同保鮮劑對百合切花的保鮮效應，科研人員做了以下實驗（圖3）：

（保鮮劑A：適宜濃度乙烯合成抑制劑；保鮮劑B：適宜濃度乙烯作用抑制劑；保鮮劑C：適宜濃度細胞分裂素6-BA；保鮮劑D：適宜濃度的乙烯合成抑制劑+乙烯作用抑制劑+細胞分裂素6-BA）

教師向學生提問：① 研究表明根系是細胞分裂素的主要合成器官，切花是由于缺失哪個器官導致衰老的，為什么？② 植物在缺水、病菌感染、細胞組織受傷的情況下會產生乙烯，以保證植物能更好地抗逆，請分析切花衰老的原因可能是什么？③ 由曲線可知，不同保鮮劑對百合花切花鮮重的影響均呈現(xiàn)什么趨勢？④ 不同保鮮劑處理后鮮重降為初始值均比對照組遲，這說明什么？⑤ 從保鮮劑的成分分析，保鮮劑的作用原理是什么？⑥ 請運用所學知識簡述鮮花如何處理才能使其在從大田運到工廠的過程中保持新鮮？以流行的花茶作為知識遷移的情境，教師設計系列遞進式探究性良構問題，使學生清楚認識到可以通過調節(jié)激素的使用和調節(jié)外界環(huán)境因子來維持切花的激素穩(wěn)態(tài)，達到延緩衰老保持新鮮的目的。

3 結語

經過兩輪基礎教育課程改革，探究性學習的理念已經深入人心，接下來國內應該探討如何優(yōu)化問題設計從而提升探究質量。但目前中學教育中，無論是學術研究還是課程實踐，對劣構問題的研究明顯缺失。

上文以“植物生命活動的調節(jié)”為知識載體，以“鮮切花如何保鮮”的劣構問題為大情境，使劣構問題逐步良構化，教師引導學生用思維認知的方法（獲取信息→分析問題→歸納概括→演繹推理→批判辯證）分析解決良構問題，最終培養(yǎng)學生的高階思維能力。

參考文獻：

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