王紅艷

科學(xué)教育的目的是讓學(xué)生在接受科學(xué)教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的學(xué)科核心素養(yǎng)[1]。即要求學(xué)生具備綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與方法解決社會(huì)生活中的復(fù)雜情境問(wèn)題與突發(fā)事件的高階認(rèn)知和問(wèn)題解決能力。該核心素養(yǎng)的落實(shí)，不僅需要精心選擇與組織教學(xué)內(nèi)容，更需要以引導(dǎo)的學(xué)習(xí)者思維參與的創(chuàng)新型學(xué)習(xí)與教學(xué)方式為保障。思維型教學(xué)理論認(rèn)為，課堂教學(xué)中師生的核心活動(dòng)是思維，提出教學(xué)應(yīng)遵循動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移的5大基本原理[2]。2017年教育部頒布的小學(xué)及高中各類(lèi)課程標(biāo)準(zhǔn)均鼓勵(lì)教師在教學(xué)中采用問(wèn)題式等主動(dòng)教學(xué)方法落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)[3]。問(wèn)題式教學(xué)是20世紀(jì)中期美國(guó)心理學(xué)家與教育學(xué)家羅杰斯針對(duì)傳統(tǒng)被動(dòng)學(xué)習(xí)所提出一種開(kāi)展主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)方法[4]。主動(dòng)學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界相關(guān)信息的主動(dòng)建構(gòu)[5]。個(gè)體的主動(dòng)建構(gòu)產(chǎn)生的核心在于思維的激發(fā)，而思維來(lái)源于問(wèn)題。信息加工理論認(rèn)為問(wèn)題是給定信息和解決目標(biāo)之間存在的需要克服的障礙。這種障礙可以激發(fā)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的欲望，啟發(fā)學(xué)生積極思維，引導(dǎo)學(xué)生在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中領(lǐng)悟方法，學(xué)會(huì)知識(shí)，發(fā)展能力[6]。已有研究發(fā)現(xiàn)，課堂教學(xué)中教師良好的問(wèn)題設(shè)計(jì)能有效地激發(fā)學(xué)生興趣，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，啟迪學(xué)生思維，幫助學(xué)生以問(wèn)題組織整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，促使學(xué)生達(dá)到更深層次學(xué)習(xí)[7]。教師在教學(xué)活動(dòng)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)會(huì)涉及到問(wèn)題的認(rèn)知水平、等待時(shí)間、層次關(guān)系等相關(guān)屬性的設(shè)計(jì)。本文基于思維型教學(xué)理論，結(jié)合教師授課環(huán)節(jié)，建立面向思維的科學(xué)概念問(wèn)題教學(xué)策略，并提供具體教學(xué)案例。

科學(xué)概念的問(wèn)題式教學(xué)策略

研究以思維型教學(xué)理論為指導(dǎo)，從動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、應(yīng)用遷移5大基本原理出發(fā)，提出面向思維型的科學(xué)概念問(wèn)題教學(xué)策略[8]，具體如圖1所示。

研究構(gòu)建了“創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題，引發(fā)認(rèn)知沖突”“開(kāi)展合作探究，自主構(gòu)建概念”“進(jìn)行總結(jié)反思，深化概念理解”和“解決情境問(wèn)題，促進(jìn)應(yīng)用遷移”4個(gè)環(huán)節(jié)的面向思維的科學(xué)概念問(wèn)題式教學(xué)策略，并為各教學(xué)環(huán)節(jié)的問(wèn)題設(shè)計(jì)提供操作技術(shù)。該教學(xué)策略，一方面關(guān)注學(xué)生參與學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)能夠激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的情境問(wèn)題作為學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的引擎。另一方面關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)中的自我監(jiān)控能力。教師通過(guò)分析問(wèn)題，提出假設(shè)，制訂計(jì)劃，收集和評(píng)估信息，得出結(jié)論，開(kāi)展交流與反思的各學(xué)習(xí)階段，逐步培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知策略。

科學(xué)概念問(wèn)題式教學(xué)策略的實(shí)施環(huán)節(jié)

創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題，引發(fā)認(rèn)知沖突

創(chuàng)設(shè)隱含科學(xué)概念的真實(shí)情境問(wèn)題，激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與探知欲。該階段情境與問(wèn)題是其要素。情境能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與探知欲。情境應(yīng)盡量與學(xué)習(xí)者生活經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，且與學(xué)生原有科學(xué)概念存在矛盾，能引發(fā)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知沖突[9]。問(wèn)題能引導(dǎo)學(xué)生從哪些方面逐步認(rèn)識(shí)概念本質(zhì)，形成科學(xué)觀念。問(wèn)題的設(shè)計(jì)，一方面應(yīng)關(guān)注概念所處的大概念進(jìn)階思維能力;另一方面應(yīng)具有一定的融擴(kuò)性，可利用情境創(chuàng)設(shè)一系列有序、多類(lèi)型、具有層次關(guān)系的問(wèn)題鏈[10]。

開(kāi)展合作探究，自主構(gòu)建概念

設(shè)置引導(dǎo)問(wèn)題，讓學(xué)生從相關(guān)材料的感知、歸納、概括等感知基礎(chǔ)上，應(yīng)用抽象與概括的方法，形成抽象概括的科學(xué)概念。學(xué)生以合作探究的形式逐步從多個(gè)方面認(rèn)知概念時(shí)，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者在相關(guān)材料加工過(guò)程中積極開(kāi)展比較、歸納與概括等認(rèn)知加工。該環(huán)節(jié)需要經(jīng)歷概念的細(xì)化與概括2個(gè)環(huán)節(jié)[11]。

概念精細(xì)化是建構(gòu)概念的重要環(huán)節(jié)。教師利用正反存在矛盾的感知材料，借助不同的方法讓學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、交流的過(guò)程中產(chǎn)生思維的碰撞，引出新觀點(diǎn)，形成新概念。該過(guò)程教師利用逐層分解的深層問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在關(guān)注科學(xué)概念事實(shí)性知識(shí)的基礎(chǔ)上，從多個(gè)角度理解相關(guān)材料，建立多個(gè)概念的聯(lián)系性。

概括是依據(jù)科學(xué)概念形成的本質(zhì)，是科學(xué)概念建構(gòu)的關(guān)鍵思維。教學(xué)過(guò)程中，教師采用指向現(xiàn)象材料比較、分析、歸納、概括的加工過(guò)程的深層問(wèn)題，并以前置問(wèn)題的方式引發(fā)學(xué)生按照類(lèi)別、屬性等層次科學(xué)認(rèn)識(shí)事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系，從適用范圍及規(guī)范性多個(gè)方面，感知概念的整體性。

進(jìn)行總結(jié)反思，深化概念理解

概念理解即分析、解釋概念的過(guò)程。學(xué)習(xí)者在交流過(guò)程中對(duì)概念理解的自我反思具有重要作用，學(xué)習(xí)者不僅需要調(diào)節(jié)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與新概念進(jìn)行平衡，還需要自我監(jiān)控思考過(guò)程，不斷調(diào)整解釋范圍。這一階段的核心要素是理解與評(píng)估。

理解，學(xué)習(xí)者會(huì)通過(guò)概念自我解釋發(fā)展高階思維，對(duì)新情境問(wèn)題的解決起著重要作用。為避免學(xué)生自我臆斷的不科學(xué)觀點(diǎn)，教師可采用基于實(shí)證數(shù)據(jù)的深層問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)探究實(shí)踐中客觀實(shí)證數(shù)據(jù)解釋事物的特征或變化的原因，分析事物之間的聯(lián)系及其發(fā)展特征。

評(píng)估，概念本質(zhì)特征的動(dòng)態(tài)性促使學(xué)習(xí)者在科學(xué)概念學(xué)習(xí)過(guò)程中要主動(dòng)進(jìn)行評(píng)估，并在此基礎(chǔ)上形成科學(xué)觀念。教師應(yīng)該讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中時(shí)刻保持反思的意識(shí)，通過(guò)對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的理解和意義進(jìn)行反思能支撐學(xué)生獲取更深層次和更具概括性的學(xué)習(xí)和理解;對(duì)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果的重新組織和思考可以加深學(xué)生對(duì)探究的理解，防止學(xué)生將探究局限于探究步驟的執(zhí)行。

解決情境問(wèn)題，促進(jìn)應(yīng)用遷移

概念遷移是學(xué)習(xí)者新科學(xué)概念在解決新情境問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新概念的驗(yàn)證、應(yīng)用、鞏固和提升。概念遷移，運(yùn)用新概念解釋新情境現(xiàn)象與解決新問(wèn)題，是學(xué)習(xí)者對(duì)概念內(nèi)容、結(jié)構(gòu)的深度加工。教師可采用新情境的現(xiàn)象解釋與問(wèn)題解決的相關(guān)深層問(wèn)題組織學(xué)生回顧所學(xué)的概念，在新情境中對(duì)概念內(nèi)容進(jìn)行編碼，從內(nèi)容與結(jié)構(gòu)多個(gè)方面的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)概念遷移的產(chǎn)生。

科學(xué)概念問(wèn)題式教學(xué)案例分析

問(wèn)題式教學(xué)策略的實(shí)施必然遵循思維型教學(xué)理論所提出的動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自我建構(gòu)、遷移應(yīng)用及自我監(jiān)控5大教學(xué)原理。下面以“教科版”《科學(xué)》教材3年級(jí)上冊(cè)第2單元“空氣”為例，具體分析教師在各教學(xué)環(huán)節(jié)中如何設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

“空氣能占據(jù)空間嗎”教學(xué)目的是讓學(xué)生通過(guò)探究活動(dòng)知道空氣能占據(jù)一定的空間。其教學(xué)實(shí)施過(guò)程具體如下。

創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題，引發(fā)認(rèn)知沖突

教師提問(wèn)：同學(xué)們，我這里有一個(gè)紙團(tuán)，將它浸入水中，它會(huì)怎么樣？（前置問(wèn)題）

教師提問(wèn)：今天我們用手中的杯子保護(hù)紙團(tuán)，讓它在水中不濕，你們有好辦法嗎？想不想挑戰(zhàn)一下？（前置問(wèn)題、深層問(wèn)題、情境問(wèn)題）

任務(wù)挑戰(zhàn)要求：①杯子要全部浸入水中;②紙團(tuán)不可以濕;③一邊做一邊觀察。為了防止紙團(tuán)掉出來(lái)，已經(jīng)將紙團(tuán)粘在杯底了。

開(kāi)展合作探究，自主建構(gòu)概念

教師提問(wèn)：紙團(tuán)為什么不濕？（深層問(wèn)題、情境問(wèn)題）

成功的小組分享秘訣，失敗的談?wù)劷?jīng)驗(yàn)。

學(xué)生小結(jié)：杯子里有空氣，紙團(tuán)不濕。

教師提問(wèn)：空氣真的能占據(jù)空間嗎？你如何證明里面是空氣？（深層問(wèn)題、問(wèn)題鏈主問(wèn)題）

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究空氣性質(zhì)。

●扎孔觀察

教師提問(wèn)：請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合空氣無(wú)色、透明、無(wú)味、會(huì)流動(dòng)及無(wú)處不在的性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

特別提醒：杯子中的空氣如何排出？（深層問(wèn)題、問(wèn)題鏈分支問(wèn)題）

學(xué)生小組：設(shè)計(jì)底部有孔杯子的探究實(shí)驗(yàn)方案。

將小塑料球放入水中，用手指按住杯底小孔，豎直扣在小球上，觀察杯中水面和小球的變化;然后松開(kāi)手指，露出小孔，再觀察杯中水面和小球的變化。

教師提問(wèn)：杯中的水面和小球有什么樣的變化？為什么杯中的水面先是下降，小球隨之沉到水底？后來(lái)水面和小球又上升了？（深層問(wèn)題、問(wèn)題鏈分支問(wèn)題）

領(lǐng)取材料，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

●打氣觀察

教師提問(wèn)：如果給你打氣筒，你有沒(méi)有辦法讓小球再回到杯底？水面和小球又有什么樣的變化？如何做？（深層問(wèn)題、問(wèn)題鏈遞進(jìn)問(wèn)題）

學(xué)生領(lǐng)取材料，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)探索，記錄結(jié)果，演示實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)行總結(jié)反思，深化概念理解

教師提問(wèn)：空氣真的能占據(jù)空間嗎？空間是如何分布的？

學(xué)生反思：3個(gè)小實(shí)驗(yàn)方法是否客觀，數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，證明“空氣真的能占據(jù)空間”，給出結(jié)論。

教師總結(jié)：空氣真的能占據(jù)空間。

解決情境問(wèn)題，促進(jìn)應(yīng)用遷移

教師提問(wèn)：利用礦泉水瓶、吸管、皮塞等材料制作一個(gè)小水槍。思考怎樣設(shè)計(jì)可以將水噴出？（深層問(wèn)題、情境問(wèn)題）

學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)際演示。學(xué)生利用“空氣占據(jù)空間的原理”解釋現(xiàn)象、分析失敗的原因、總結(jié)制作時(shí)的注意事項(xiàng)。

科學(xué)概念問(wèn)題式教學(xué)策略實(shí)施注意事項(xiàng)

問(wèn)題在科學(xué)概念教學(xué)中扮演著重要的角色，是組織教學(xué)活動(dòng)、啟發(fā)學(xué)生思維投入與提高科學(xué)概念學(xué)習(xí)效果的重要手段，教師在開(kāi)展科學(xué)概念教學(xué)時(shí)需注意以下幾個(gè)方面。

首先，教師應(yīng)提高深層問(wèn)題的比例。教學(xué)過(guò)程中深層問(wèn)題不僅對(duì)記憶與理解的低階層面的教學(xué)目標(biāo)具有促進(jìn)作用，而且對(duì)運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)與創(chuàng)新層面的高階層面教學(xué)目標(biāo)具有促進(jìn)作用。

其次，教師應(yīng)盡量采用真實(shí)情境問(wèn)題作為導(dǎo)課、科學(xué)探究實(shí)踐組織及科學(xué)概念應(yīng)用遷移測(cè)評(píng)的線(xiàn)索。思維型教學(xué)理論認(rèn)為，導(dǎo)課環(huán)節(jié)采用的情境深層問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的認(rèn)知沖突，能有效激活其內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，并促使學(xué)習(xí)者根據(jù)情境現(xiàn)象解析，以及問(wèn)題解答的精細(xì)線(xiàn)索與整體結(jié)構(gòu)，加工后續(xù)學(xué)習(xí)材料[12]。問(wèn)題層次關(guān)系的研究結(jié)果表明，科學(xué)概念教學(xué)中，具有情境特征的問(wèn)題鏈能幫助學(xué)習(xí)者從科學(xué)探究的主問(wèn)題入手，以分支問(wèn)題為支架，逐步參與概念學(xué)習(xí)的事實(shí)材料收集、歸納與概括，有效提高學(xué)習(xí)者的自我效能感及成就感，并將其積極情緒反映于材料加工的深度。教學(xué)實(shí)踐證明，情境特征的問(wèn)題鏈的應(yīng)用可以關(guān)注到不同層次的學(xué)習(xí)者[13]。

第三，教師應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)問(wèn)題等待時(shí)間。依據(jù)問(wèn)題等待時(shí)間的研究結(jié)果，科學(xué)概念教學(xué)中，教師采用后續(xù)知識(shí)學(xué)習(xí)引導(dǎo)的前置問(wèn)題的等待時(shí)間延長(zhǎng)，可以讓學(xué)習(xí)者有充足的時(shí)間激活長(zhǎng)時(shí)記憶的問(wèn)題解答相關(guān)信息的篩選與評(píng)估，體會(huì)個(gè)人原有認(rèn)知的不完善，并且較為系統(tǒng)地感知問(wèn)題的顯性條件與隱性條件[14]。這些認(rèn)知均會(huì)幫助學(xué)習(xí)者在后續(xù)學(xué)習(xí)中投入更高的認(rèn)知努力，甚至也會(huì)依據(jù)問(wèn)題的顯隱性條件有組織地加工概念知識(shí)。

基于思維的科學(xué)概念問(wèn)題式教學(xué)策略的教學(xué)過(guò)程，學(xué)習(xí)者會(huì)在情境問(wèn)題分析、解答等過(guò)程中感知科學(xué)概念、建構(gòu)科學(xué)概念、深度理解科學(xué)概念及遷移應(yīng)用科學(xué)概念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念的深度學(xué)習(xí)。因此，科學(xué)教師在科學(xué)概念教學(xué)中，應(yīng)關(guān)注情境問(wèn)題及問(wèn)題認(rèn)知水平深度、層次關(guān)系及等待時(shí)間的設(shè)計(jì)。