楊承印，楊 寶，楊 帆

（1.陜西師范大學 化學化工學院，陜西 西安 710062；2.德克薩斯A&M大學 化學系，美國 德克薩斯州 77840）

人類科學探究活動始于問題，科學探究的教與學同樣離不開對問題的追思。在理科教材中設置問題情境是建構科學探究活動的肇始。而情境中的“問題”設置如果要適應教材內容的整體邏輯，則該“問題”必然會被改造，心理學上把這種“問題”稱作是結構良好問題，如果“問題”沒有被改造，取自原生態(tài)，則把這種“問題”稱作是結構不良問題。作為科學教材編制，不能劍走偏鋒，僅僅設置結構良好問題，這樣必然會造成教育與現(xiàn)實脫節(jié)，但是如果純粹設置結構不良問題，教學內容的邏輯性必然缺失［1］。如果從便教利學角度來考慮，教材編制要遵從知識邏輯順序、學生認知順序和心理發(fā)展順序，如何在這些關系中抉擇，既是課程編制者思考的問題，也是科學教師進行教學設計時無法逾越的問題。

筆者認為將結構不良問題與理科教材編制進行融合，來呈現(xiàn)高端要求的科學探究教材，以此實現(xiàn)有計劃地通過解決結構不良問題來培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，進而促使學生科學素養(yǎng)的提高。

一、結構不良問題的含義及特征

Reitman（1965）首次從認知心理學的角度區(qū)分了結構良好問題（well-structured problem）和結構不良問題（ill-structured problem）。前者是初始狀態(tài)、目標狀態(tài)和算子都很明確的問題，而后者則是這三者中至少有一個沒有明確界定的問題［2］。在這里結構不良問題并不是指這個問題本身有什么錯誤或是不恰當，而是指它沒有明確的結構或解決途徑。例如，讓學生考察當?shù)爻鞘械奈廴緺顩r并寫出一篇論文，其初始狀態(tài)、目標狀態(tài)甚至問題解決方案都不明確，是名副其實的結構不良問題。

結構不良問題的主要特征有：1）問題條件或數(shù)據(jù)部分呈現(xiàn)或冗余；2）問題目標界定不明確；3）具有多種解決方法、途徑，有時甚至沒有解決辦法；4）具有多種評價解決方法的標準；5）所涉及的概念、規(guī)則和原理等不確定，或者不知道如何應用他們解決問題；6）沒有一般性的規(guī)則或原理來描述或預言大多數(shù)案例；7）需要學習者表達個人對問題的觀點或信念；8）沒有確切的方法確定行為是否合適；9）與真實生活情境相關［3-4］。

需要指出，結構不良問題并不需要在所有方面都具有結構不良的特征。問題的結構不良程度可以有所不同，既可以在某一方面具有結構不良的特征，也可以在所有方面都具有結構不良的特征。如果將結構良好問題和在所有方面均結構不良的問題之間視作一個連續(xù)體，很多結構不良問題可能位于連續(xù)體的中間［5］?？梢园呀Y構不良問題歸屬于科學探究中的高端探究，因為它要求學生參與活動的過程要素更多，問題更加開放，需要教材、教師、教學條件以及學生的熱情，少了哪一條都無法很好地解決科學探究中的這些結構不良問題。

二、結構不良問題在理科教材中的呈現(xiàn)

要將結構不良問題應用于理科教材，就必須為結構不良問題尋找一個載體，而教材是課程實施的藍本，是最基本的課程資源。因此，將教材作為結構不良問題的承載者是最有效的融合途徑。那么對于在理科教材中為什么融入，能否融入，如何融入就成為一個焦點。

1.為什么要將結構不良問題融入教材？

因長期受應試教育影響，學生的科學素質結構存在明顯缺陷，其表現(xiàn)之一就是解決實際生活和工作情境問題的能力薄弱?！疤焯炫W習，但面對實際問題時卻束手無措”已經(jīng)成為來自學生心靈深處難以隱去的嘆息。究其原因，是由于習得了太多的被教材改造成結構良好的問題，這些問題可以很專業(yè)，可以很抽象，無需考慮具體的情境；這些問題可以由學生個體單獨解決，因為它們有確定的答案，有“對”或“錯”之分。然而現(xiàn)實生活和職業(yè)生涯中的問題多是結構不良型，解決結構良好與不良這兩類問題所需要的技巧和能力是不同的，也就是說可以出色地解決課堂上的結構良好問題并不能保證可以成功地完成現(xiàn)實生活中的結構不良問題［6］。學生會熟練寫出乙醇被氧化生成乙酸的反應方程式，但對于狗惡酒酸（語出自漢·韓嬰《韓詩外傳》卷七，注意那時蒸餾酒還沒有出現(xiàn)，是稠酒）這個問題會一籌莫展。要改變這種現(xiàn)狀，就必須從培養(yǎng)學生解決結構不良問題的能力入手，這是擺在理科教材面前十分重要的課題。

如果說學校教育不給學生提供分析和解決結構不良問題的機會，以致從根本上造成了學生所謂的“高分低能”現(xiàn)象［7］，倒不如說理科課程設計者很少或者沒有將結構不良問題系統(tǒng)地融入教材，沒有給教師和學生提供認識和學習結構不良問題的機會，以致教師從來沒有真正意識到結構不良問題對學生發(fā)展的作用，當然更不明白如何利用這類問題來提高學生解決實際問題的能力。當通過結構不良問題的解決來提高學生解決實際問題能力的觀點已得到眾多研究者的認可之時，當學校教育因為從未給學生呈現(xiàn)結構不良問題而受到批判之時，更應該考慮如何將結構不良問題通過教材這個文化中介來與學校教育相融合，這才是問題的關鍵所在。

2.能否在教材中融入結構不良問題？

要將結構不良問題解決作為教材內容的重要成分，與學科知識的教學相結合，與科學探究教學過程相結合，那么就不得不回答以下兩個問題。

（1）教學內容能否以結構不良問題呈現(xiàn)？ 結構不良問題并不需要在所有方面都具有結構不良的特征，問題的結構不良程度可以有所不同，這就為其在中學教材中的融合奠定了基礎。

以香港麥克米倫《高中化學1A》為例，其“第二篇 常見金屬”共安排了6節(jié)內容，分別從金屬的性質、用途、結構、存在、制備等方面展開，最后來一個學生活動總結：

試進行角色扮演，假設你是下列人物，你對以下問題有什么意見?

“我們應否停止用鋁制造飲料罐？”

（a）制鋁罐的工廠工人；（b）使用鋁罐的飲料公司所有者；（c）環(huán)境保護局的官員；（d）發(fā)展中國家的鋁礦開采工人。

考慮因素：

（1）鋁會污染環(huán)境；（2）開采鋁會對環(huán)境造成破壞；（3）可以用玻璃取代鋁制造飲料罐；（4）鋁的性質適宜用來制造飲料罐；（5）我需要工作；（6）我們的國家需要這些錢來喂養(yǎng)人民和教育孩子；（7）我們可以循環(huán)使用鋁罐；（8）地球仍有大量鋁可以開采［8］。

這是一個典型的結構不良問題的應用實例。

新課程之后的中學化學教材在這方面有了很大的改進，如人教版高中必修模塊《化學2》在“第二章化學反應與能量”的“第二節(jié)化學能與電能”，基礎知識學完之后，設置了這樣一個實踐活動：利用水果如蘋果、柑橘、檸檬或番茄等制作原電池。這是一個只有親歷親為之后方能得知其中奧秘的動手操作與理性思維相結合的典型案例，是一個很好的結構不良問題。我們建議，如果能對整個教材做這樣的總體設計，學生科學素養(yǎng)的提高自不待言。

（2）教師的素質以及學校的條件能否滿足解決結構不良問題教學的要求？ 當結構不良問題系統(tǒng)地融入教材之后，教師及學校的條件就成為結構不良問題教學能否順利進行的關鍵因素。當下的課程改革不僅使教師的教育理念得以轉變，也使教師的素質得到了提升。講授抽象知識的觀念不再被教師作為唯一，以學生發(fā)展為本的新理念正在被越來越多的教師所接受，并逐漸內化為教師自己的思想；“填鴨式”的教學模式不再被青睞，相反科學探究式教學正在被越來越多的教師所關注并實踐。探究教學倡導學生主動參與，樂于探究，強調教師的引導作用；在結構不良問題解決的教學中教師的作用就是為學生提供支架，提供示范，將學生從被動的信息接受者變?yōu)橹鲃拥男畔⒓庸ふ呒皬碗s情境下的問題解決者，這樣，科學探究與結構不良問題設置這兩者在教材編制中就不謀而合，相互強化學生解決實際問題的能力。比如實驗室用乙醇和濃硫酸反應制取乙烯，若作為結構良好問題，當溫度升高到170℃以上時教師只要把制得的氣體通入酸性高錳酸鉀溶液或溴水里即可。然而實際問題并不是這么簡單，教師繼續(xù)引導學生觀察現(xiàn)象，被加熱的燒瓶里溶液的顏色為什么會變黑？所制得氣體的氣味為什么具有刺激性？這氣味是由哪些雜質產生的？為什么會產生這些雜質？又如何將其分離？這就將結構良好問題轉化為結構不良問題，有利于學生體驗更為豐富的實驗過程，全面地把握實驗事實。

此外，國家及各級教育行政部門已加大對基礎教育教學設施的投入，為結構不良問題解決的教學提供了條件支持?？偠灾舜握n程改革為結構不良問題的實現(xiàn)提供了現(xiàn)實基礎。

3.如何在教材中融入結構不良問題

如何將結構不良問題融入教材，才能使教師的教學有效展開？這可以從以下幾個方面來融合。

第一，基于課程標準進行融合。課程標準是課程開發(fā)、教學實施、評價實施的依據(jù)與底線，也是保證教育質量的重要政策性文件?；谡n程標準編寫有利于避免由個人主觀性及個人經(jīng)驗所導致的質量問題，從而確保教材質量，提升教學質量；而且有利于把握學生的知識基礎，提供與學生的知識基礎相適宜的結構不良問題，從而提升教學效率。此外，有利于將知識學習融入結構不良問題解決的學習過程中，實現(xiàn)掌握知識與提升結構不良問題解決能力之雙重目的。比如高中化學課程標準之選修模塊5《有機化學基礎》的主題4：“舉例說明新型高分子材料的優(yōu)異性能……討論有機合成在……提高生活質量方面的貢獻?！比私贪妗痘瘜W》該模塊便有“科學探究”欄目：用科學實驗的方法測定尿不濕（聚丙烯酸鈉）、醫(yī)用脫脂棉或餐巾紙的吸水率，該實驗位置安排合適，材料易得，實驗手段簡單，瞄準生活實際，很能體現(xiàn)三維課程目標。

第二，基于學生的心理發(fā)展和認知規(guī)律進行融合。解決結構不良問題所需的成分有領域知識、元認知、非認知變量（包括情感、價值觀、動機、情緒和態(tài)度）、辯護能力等。毫無疑問，在學生的成長過程中這些成分都會逐漸具備，但是不同年齡段學生所具備的程度是有差異的。例如個體元認知能力的發(fā)展會隨著年齡的增長和教育訓練的增加逐漸發(fā)展，在同一項認知任務中，較大兒童常常能比較小兒童更好地評估任務的復雜性和調控自己的表現(xiàn)［9］。因此應根據(jù)學生的認知規(guī)律，呈現(xiàn)由易到難、逐級遞進、螺旋上升的結構不良問題。從對化學理論基礎——原子概念——的認識，就能體現(xiàn)這種思想。

在啟蒙階段的9年級化學中，基于學生心理發(fā)展的特性，主要從宏觀的個人經(jīng)驗角度簡要認識原子的微粒性、組成及其性質（《義務教育化學課程標準》，2011）。到了高中必修模塊化學2，在學生年齡進入準成人階段，進一步認識原子結構，核外電子分層排布，但仍然停留在宏觀層面。但是蘇教版的《化學2》在該書的最后，列出了原子結構理論從1774年拉瓦錫質量守恒定律到1981年掃描隧道顯微鏡的發(fā)明為止的18條相關事實，要求學生通過文獻檢索式的科學探究學習過程，既為前面初、高中分階段學習給出該概念一個整體認識，又為后面的基于微觀模型的選修模塊學習給出發(fā)展性的認識。到了選修模塊3《物質結構與性質》時，教材完全摒棄宏觀低速物體運動的個人生活經(jīng)驗，通過建立物體微觀高速運動模型、原子結構發(fā)展歷史，來認識原子結構構造，原子核外電子排布與能量關系，使得成人階段的高中生的關于原子的認識直接提高到20世紀科學家的水平。教材編寫至此其認識已經(jīng)從兒童到成人，完成一個循環(huán)。教材把著名科學哲學家Rom Harré所做的我們生存的世界的三類實體（宏觀物體、微觀物體、理論對象）劃分均作了巧妙的融合［10］。相反，如果一次性將原子概念從數(shù)理表達、微觀推論到宏觀表象一股腦呈現(xiàn)在9年級少年兒童面前，肯定會遭到無情的失敗。

第三，基于現(xiàn)實的教學條件進行融合。結構不良問題大多源自現(xiàn)實情境，其教學對教師及其他教學資源的要求相對較高，因此在編制時既要考慮地區(qū)特色，又要斟酌地區(qū)差異，確保其教學有效落實。魯科版高中選修教材《有機化學基礎》在編寫完羧酸性質之后，設置了一個探究實驗：肥皂的制備。首先從制備原理——皂化反應出發(fā)，然后選取原料以后，按照3個步驟進行操作，在操作過程中總結出最佳制作條件，最后再提出兩個問題，以提醒制備操作中應注意的關鍵問題。教材中這個結構不良問題的選擇，由于材料的易得，使得不同地域的學生都能夠完成。

三、結 語

本文主張在教材中創(chuàng)設結構不良問題，把它作為科學探究問題情境的基礎，進行統(tǒng)一設計，以此實現(xiàn)有計劃地開展結構不良問題解決的教學，但這樣做，并不否定知識學習的重要性。因為學科知識是結構不良問題解決的基礎，而且結構不良問題解決的過程有利于學生高效地建構知識。因此我們相信通過有計劃地開展結構不良問題解決的教學不但不影響知識學習，還能為學生日后解決錯綜復雜的現(xiàn)實問題奠定堅實的基礎。

［1］斯海霞.基于結構不良問題解決的數(shù)學學習環(huán)境設計［J］.外國中小學教育，2012，（10）：46-53.

［2］李同吉，吳慶麟.論解決結構不良問題的能力及其培養(yǎng)［J］.華東師范大學教育科學學報，2006，（1）：63-68.

［3］Namsoo Shin，David H.Jonassen，Steven McGee.Predictors of Well-Structured and Ill-Structured Problem Solving in an Astronomy Simulation［J］.Journal of Research in Science Teaching，2003，（1）：6-33.

［4］David H.Jonassen.InstructionalDesign Models for Well-Structured and Ill-Structured Problem-Solving Learning Outcomes［J］.Educational Technology：Research and Development，1997，（1）：65-94.

［5］陳琦，劉儒德.教育心理學［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］Ikseon Choi，Kyunghwa Lee.Designing and Implementing a Case-Based Learning Environment for Enhancing Ill-Structured Problem Solving：Classroom Management Problems for Prospective Teachers［J］.Educational Technology Research and Development，2009，（1）：99-129.

［7］魯志鯤，申繼亮.結構不良問題解決及其教學涵義［J］.中國教育學刊，2004，（1）：44-47.

［8］夏偉富.化學1A教師用書［M］.上海：上海外語教育出版社，2003.

［9］邵志芳.認知心理學——理論、實驗和應用［M］.上海：上海教育出版社，2006.

［10］Rom Harré.Varieties of Realism：A Rationale for the Natural Sciences［M］.Oxford：Blackwell Pub，1987.