以問題鏈引導培養小學生科學高階思維能力的策略

【中圖分類號】G613 【文獻標識碼】A【文章編號】1002-3275（2025）03-64-04

科學高階思維是學生在面對復雜科學問題時所展現出的批判性、創造性、邏輯性思維。這種思維方式不僅有助于學生深入理解科學知識，而且能提升他們解決實際問題的能力。問題鏈教學法的實施即通過設計一系列由淺人深、環環相扣的問題，引導學生在探究過程中提升思維能力。本文以小學科學“霧和云”的教學為例，采用實證研究的方法，探討以問題鏈引導的小學生科學高階思維能力培養，以期為科學教師提供借鑒。

一、問題鏈教學法與科學高階思維

（一）問題鏈教學法的內涵和特點

問題鏈教學法是指教師根據教學目標和學生認知特點，設計一系列具有內在邏輯關系的問題，引導學生循序漸進地探究和解決問題，從而實現知識的構建和思維的提升。這一教學法的主要特點包括三個。一是問題的系統性，即問題鏈中各個問題之間具有緊密的邏輯關聯，它們構成一個有機的整體，引導學生整體認知、突破難點，由表及里地探究問題。[1]二是問題的層次性，即問題鏈通常遵循由易到難、由淺入深的編排原則，不同層次的問題對應學生思維發展的不同階段，助力學生的思維能力實現從低階到高階的遞進。三是學生的主體性，即在問題鏈教學中，學生是探究活動的主體，教師主要起組織和引導的作用，學生通過自主探究和合作交流來完成知識的建構和思維的提升。

（二）科學高階思維的內涵和構成

科學高階思維是指學生在科學領域展現出的一種高階思維能力，主要包括批判性思維、創新性思維、邏輯性思維。批判性思維是指具備質疑、辨析、評價科學觀點和方法的能力，能夠發現并糾正科學探究過程中的錯誤。創新性思維是指能夠打破思維定式，提出新穎的科學問題和解決方案，在已有認識的基礎上產生新的見解。邏輯性思維是指能夠運用歸納、演繹、類比等邏輯思維方法，分析科學現象背后的因果關系和內在規律，形成嚴密的推理和論證。

（三）問題鏈教學法對科學高階思維培養的作用機制

問題鏈能激發學生的好奇心和求知欲，調動學生主動探究的積極性，為發展批判性思維和創新性思維提供內驅力。問題鏈中的問題具有開放性和挑戰性，需要學生自主思考、大膽質疑，在探究過程中發展批判性思維。面對問題鏈中難度遞增的問題，學生需要打破思維定式，提出新穎的解決思路和方法，從而培養創新性思維。問題鏈引導學生循序漸進地綜合信息、分析問題、推理論證，這一過程有助于提升他們的科學邏輯性思維能力。在協作探究問題鏈的過程中，學生通過頭腦風暴、辯論等方式，相互啟發，碰撞出思維的火花，提升科學思維的高度。

二、以問題鏈引導的小學生科學高階思維能力培養的實證研究

為探究問題鏈教學法對小學生科學高階思維能力的影響，本文以“霧和云”為教學內容，對某小學六年級兩個班的學生進行為期一個月的教學實驗。

（一）研究設計

一是確定研究問題：以問題鏈為主導的教學方式能否有效提升小學生的科學高階思維能力？不同層次的問題鏈對學生思維發展的影響是否有所差異？二是作出研究假設：以問題鏈為引領的教學能顯著提升學生的科學高階思維水平；高層次問題鏈的效果優于低層次問題鏈。三是確定研究對象：將筆者所在小學的六年級兩個班級的學生作為實驗對象，分為實驗組（38人）和對照組（38人），兩組學生在科學學業成績和思維能力上無顯著差異。四是準備研究工具：自主編制小學生科學高階思維測評量表，從批判性思維、創新性思維、邏輯性思維三個維度進行測評。

（二）教學實驗過程

實驗前測：在進行教學實驗之前，對兩組學生進行科學高階思維能力的前測，為后續數據分析做準備。

實驗處理：兩組學生學習相同的“霧和云”內容，實驗歷時1周，共2個課時。實驗組基于問題鏈引導進行教學。教師圍繞“霧和云的形成原因及影響”設計兩條主線問題鏈，即高層次問題鏈和低層次問題鏈。高層次問題鏈著重培養學生的批判性思維和創新性思維，如“你認為教材對霧和云形成原因的解釋是否合理？還有哪些原因？”；低層次問題鏈注重夯實學生的基礎知識和培養邏輯性思維，如“霧和云有什么異同？形成過程有什么差異？”。對照組采用傳統講授式教學，教師按照教材系統地講解知識，偶爾提問。

實驗后測：教學實驗結束后，及時對兩組學生進行后測，分析他們科學高階思維能力的變化情況。

（三）數據分析與結果

1.學生科學高階思維能力的整體變化

對實驗前后測得的數據進行配對樣本 T 檢驗，結果如表1所示。

由表1可見，實驗組學生的科學高階思維水平顯著高于對照組（ plt;0 . 0 1 ），說明以問題鏈為引領，能有效促進學生科學高階思維能力的發展。

2.學生科學高階思維各維度能力的變化

進一步對學生科學高階思維能力的三個維度進行對比分析，得到結果如表2所示。

注：**表示 plt;0 . 0 1 。

由表2可以看出，實驗組學生在批判性思維、創新性思維、邏輯性思維三個維度的思維能力提升幅度都顯著高于對照組。其中，以批判性思維和創新性思維的差異最為突出，說明問題鏈教學對培養學生的質疑和創新意識有獨特的促進作用。

3.不同層次問題鏈的效果差異

將實驗組按照所教學的問題鏈層次進行分組，并對其前后測數據進行獨立樣本T檢驗，結果如表3所示。

由表3可以看出，高層次問題鏈組學生的后測成績顯著高于低層次問題鏈組學生，說明高層次的問題鏈對學生科學高階思維的培養具有更加積極的意義。當然，低層次問題鏈的訓練也不可或缺，教師在教學中需要根據學生實際，對不同層次的問題鏈進行合理設置。

4.學生對問題鏈教學的反饋和評價

通過隨機訪談，大部分學生對問題鏈教學持肯定態度。他們反映，“問題很新穎，能引起思考”“通過討論一個個問題加深了對知識的理解”“在回答問題的過程中，思維變得更加活躍”。并且有 8 8 % 的學生希望教師今后仍采用這種教學方式。

三、以問題鏈引導的小學生科學高階思維能力培養的策略

（一）問題鏈的設計策略

1.基于學生認知特點設計問題

小學生以具體形象思維為主，思維活躍，求知欲強，但自控力較差，容易受外界干擾。因此，教師在設計問題鏈時應注意四點。一是選取學生感興趣的話題，激發其探究動機。“霧和云”這一話題延伸空間較大，教師可以引導學生思考：“霧霾天氣是怎樣形成的？”“霧和霾有什么區別？”這些問題都能激發他們探究背后科學原理的欲望。二是將抽象問題具體化、形象化，降低理解難度。霧和云的形成過程涉及氣壓、溫度等抽象概念，教師可以利用圖示、動畫等方式將其直觀地呈現出來。同時，可以利用一些生動的比喻，如“山上的云就像棉花糖”“霧像是給大地披上了一層薄紗”，幫助學生建立形象的認知。三是問題難度應適中，略高于學生現有認知水平，給學生留出“跳一跳”的空間。問題鏈的設計要遵循遞進原則，循序漸進地提升難度。如可以先問“霧是怎樣形成的？”，待學生理解了凝結的原理后，再追問“你認為霧和云的形成原理相同嗎？”，引導學生在已有認知基礎上繼續探索、拓展思路。四是教師在實際設計問題鏈時，要全面了解學情，因材施教。對于基礎較好的學生，可以適當增強問題的開放性和挑戰性；對于基礎薄弱的學生，則要精心設計引導問題，提供必要的學習支架，幫助他們逐步建構知識。

2．基于“做一思一創”維度設計問題

問題鏈應引導學生在探究過程中逐步養成科學思維習慣。如在“霧和云”的探究中，可圍繞“做一思一創”維度設計培養學生核心素養的問題。具體而言，一是指向科學探究能力的問題，如“霧和云的形成過程有何不同？它們的形成需要哪些條件？”，通過比較分析，學生能初步掌握科學探究的基本方法，學會抓住問題的關鍵信息。教師還可以鼓勵學生動手做一做，如“你能利用熱水或冰塊設計一個小實驗，來驗證水汽遇冷凝結的原理嗎？”，在親自動手、驗證猜想的過程中，學生的探究能力得到提升。二是指向科學理性態度的問題，如“教科書對云的解釋合理嗎？你有不同看法嗎？”，教師鼓勵學生秉持懷疑和批判的態度，敢于挑戰權威，學會獨立思考。即便是教科書的知識，也要經過自己理性思考和實踐檢驗才能接納。對學生提出的疑問，教師要給予充分的尊重和鼓勵，引導他們用事實來論證支撐自己的觀點。三是指向科學創新意識的問題，如“同樣是有霧的天氣，為什么有的地方白霧繚繞，有的地方卻不明顯？”，面對這種開放性問題，學生需要打開思路，從不同角度去尋找解釋，跳出既有知識框架從多學科視角分析問題，這正是科學創新意識的體現。教師要善于捕捉學生思維的閃光點，通過追問、引導等方式促使學生進一步思考并提出新穎的想法。

3．基于真實情境設計問題

學習情境要貼近學生生活，讓學生置身于真實世界中探究、思考，應用科學知識。在“霧和云”教學中，可結合冬季多霧的天氣現象，請學生調查什么樣的天氣更容易形成霧，并探究其原因；利用身邊的熱水壺產生的“小云”引出水汽遇冷凝結的科學原理。除了利用生活中的情境，教師還可以為學生創設多樣化的情境體驗，如帶領學生參觀濕地公園，讓他們在晨霧中感受水汽氤氳；參觀科技館，觀看云的形成過程演示。

（二）問題鏈教學的實施策略

1．創設探究情境，激發學生好奇心

在提出問題鏈之前，教師要創設探究情境，讓學生身臨其境地感知問題。如利用霧天照片、水汽凝結的小實驗等，讓學生在視覺和動手操作中萌生疑問。此外，教師還可以用講故事導入的方式創設情境。如以“大霧迷城”為主題講述一個探險故事，主人公在大霧中迷失方向，學生需要探究霧是如何形成的，才能幫助主人公找到回家的路。故事情節引人入勝，學生在代入角色、體驗冒險的過程中，自然而然地萌發了探究霧的形成原理的欲望。

此外，疑問和懸念往往是學生探究的起點，教師要用巧妙的導人方式，在學生心中埋下探究的種子。教師可以創設一些懸念，如出示兩張圖片，一張是山谷中的薄霧，一張是城市上空的濃厚霧霾，并提問：“同樣是霧，你覺得它們是一回事嗎？”由此引出霧和霾的區別，進而探討霧和云的形成原理。

2.提出關鍵問題，引導學生深入思考

問題鏈教學的關鍵在于問題設計。教師應提出具有層次性、啟發性的問題，引導學生逐步深化思考。在“霧和云”教學中，可以設計遞進式的問題，它們之間形成緊密結合的問題鏈。

第一組問題：什么是霧？什么是云？你能說說它們的異同嗎？這一組問題是問題鏈的基礎，重在引導學生厘清概念、把握特征。教師可以展示霧和云的照片，引導學生通過觀察總結它們的共同點（如都是由水汽凝結形成）和不同點（如霧較為稀薄、貼近地面，云較厚實、在高空）。通過比較分析，學生能初步建立起關于霧和云的感性認識。

第二組問題：霧和云是怎樣形成的？形成的條件有哪些？這一組問題開始探究形成原理。學生在討論、查閱資料后，能總結出它們形成的共同條件是溫度下降、水汽凝結以及各自形成的特殊條件，如霧多在清晨形成，此時地表輻射降溫明顯；云在空中高度較高，溫度較低。通過分析，學生能在感性認識的基礎上，初步建構起“溫度影響水汽凝結”的理性認識。

第三組問題：教科書是如何解釋云的形成的？這種解釋存在哪些局限性？到了這一步，教師引導學生反思教材知識。如教科書對云的解釋是“溫暖的空氣上升，遇冷凝結成小水滴”。這一解釋雖然抓住了關鍵，但是也存在一定局限，如為什么是暖空氣上升而不是冷空氣下沉？水汽遇冷為什么一定凝結成云？教師鼓勵學生批判性地審視教科書知識，而不是全盤接受。通過反思質疑，學生能認識到知識的非絕對性，學會獨立思考。

第四組問題：你能從其他角度解釋云的成因嗎？需要收集哪些資料？面對前一問題，學生難免會提出一些疑惑和看法，如“光說溫度不夠，是不是還和水汽含量有關？”“我覺得云的形成可能與空氣濕度有關系”。順著學生的思路，教師及時提出發散性問題，鼓勵學生從不同角度尋找解釋。學生可以通過查閱科普讀物、采訪身邊的專業人士等方式，來豐富和驗證自己的想法。在拓寬視野、解決疑惑的過程中，學生將對知識有更全面和深刻的理解。

第五組問題：除了溫度影響，哪些因素會影響云的形成？這些因素怎樣影響云？這組問題進一步開拓學生的思路，引導他們關注云形成的其他影響因素。學生經過探究，能發現諸如地形（山區易形成）、空氣濕度（越高越易形成）、風（影響云的聚散）等因素。借助問題鏈的引領，學生的思維視野不斷開闊，觸及知識的方方面面，并能以聯系的、發展的眼光去理解事物。

第六組問題：在日常生活中，我們能觀察到哪些霧和云的有趣現象？這反映了什么科學原理？開放性問題能引導學生走出課堂，到生活中去感受霧和云的奧妙。學生各抒己見，談論自己的見聞，如“夏天打開冰箱門時，外面會出現一層白霧，這是因為冷空氣遇到外界暖空氣，溫差大，水汽凝結”、“早上剛起床時，呼出的氣在鏡子或玻璃上會凝成一層水霧，這也是溫差導致的水汽凝結”。在將親身經歷與所學知識聯結的過程中，學生能領悟知識的應用價值。

層層遞進的問題引領學生從現象到本質、從表面到內核、從已知到未知，逐步建構起關于霧和云的系統認識，同時培養學生形成多角度分析問題的思維品質。

3.組織小組討論，促進協作探究

小組合作是開展問題鏈教學的有效形式，學生在互動中實現差異互補。[2]教師可以用思維導圖等方式幫助學生梳理問題脈絡，然后將學生分成若干小組，圍繞問題鏈開展討論。如針對“云和霧的形成條件是什么？”這一問題，教師可以請每個小組畫出思維導圖，列舉可能的影響因素，如溫度、濕度、風力、地形等，并嘗試分析各因素之間可能存在的聯系。學生先在小組內進行頭腦風暴，列舉出盡可能多的因素。隨后進行組間交流，分享各自的思路，互相補充、評判，去偽存真，最終形成比較完整的因素譜系。在討論中，學生傳遞著“溫差越大，越容易形成霧”“山谷低洼，水汽難以擴散，更易成霧”等觀點。教師鼓勵學生暢所欲言，面對學生提出的一些稚嫩甚至錯誤的觀點，教師切忌直接否定，而應順著學生的思路追問：“你為什么這樣認為？”“還有沒有其他依據？”讓學生學會用事實和邏輯去論證自己的觀點。

4．鼓勵自主探究，培養科學探究能力

除了集體討論，教師還應給學生留出自主探究的時間。面對新奇的問題，學生往往有強烈的探究沖動，渴望通過自己的努力去發現規律、解決難題。教師要給學生提供這種獨立思考的機會，鼓勵他們查閱資料、設計實驗、撰寫小結等，在親身實踐中積累科學探究的經驗。

5.及時反思評價，促進思維升華

每一輪問題鏈探究結束后，教師都要組織學生對探究過程進行反思和評價。引導學生回顧自己的思考歷程，如問題是如何解決的，還有哪些疑惑，得到了哪些啟示，等等。在經驗總結中，學生能梳理知識、優化策略、升華思維，進一步提高科學探究的能力。同時，教師也要對學生在問題鏈學習中表現出的科學思維品質給予及時的反饋和贊賞，以增強其主動探究的自信心和動力。

科學高階思維能力是學生科學素養的核心要素，對學生未來的學習和發展具有深遠意義。精心設計的問題鏈能顯著提升學生的批判性思維、創新性思維、邏輯性思維。在今后的教學實踐中，教師應進一步豐富和優化問題鏈的內容與形式，靈活調控問題的難度和方向，不斷增強問題鏈教學的科學性和有效性。通過持續不斷的探索和實踐，培養具有理性思維、敢于質疑、勇于創新的時代新人。

【參考文獻】

[1］黃威．基于高階思維能力培養的小學科學探究問題串探析[J].教師教育論壇，2018，31（2）：53-56.

[2]馬廣花．基于核心素養的小學科學實驗創新教學方法[J]．新課程教學，2024（10）：90-92.