基于高階思維能力培養的小學科學探究問題串探析

黃威

摘要：高階思維能力是一種較高層次的認知水平與心智能力，是綜合運用分析、評價與創造思維的能力。在小學科學探究教學中，教師應以真探究問題串驅動教學，引導學生在真情境、真問題、真學習與真思考中自我建構小學科學概念。課堂實踐表明，并列式、探究式、遞進式及延展式四種探究問題串對提升學生的思維力與探究力等科學素養，發展其高階思維能力具有較高價值。

關鍵詞：高階思維；小學科學；探究問題串

中圖分類號：G623.6文獻標識碼：A文章編號：2095-5995（2018）02-0053-04

《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》明確指出，小學生學習科學要以探究為核心。然而，時下許多小學科學課堂教學普遍存在以下問題：一是教師有意識地強化實驗操作技能與探究方式，缺乏對學生科學探究思維過程的引導與點撥；二是分組科學探究活動多采用模式化、扁平化操作模式，停留在認知、理解與運用等低階思維層次，難以有效培養學生的分析、綜合與評價等高階科學思維能力。鑒于此，研究者嘗試在小學科學探究教學中強化探究問題串教學，引導學生深入體驗探究過程，促進其高階思維能力發展。

一、探究問題串與高階思維

（一）探究問題串的內涵與類型

王后雄教授認為探究問題串是教師以科學探究為目標，設計并組織以匯集科學探究活動中內在聯系、實施過程及學思結合的問題群，構成一個目標明確、概念清晰、容量龐大且組織嚴密的問題鏈。[1]王露萍等學者進而提出了探究問題串教學法，并將其視為一種高效的教學方式加以推廣，同時探討了問題串的類型、教學功能以及設計原則。[2]時下越來越多的學者嘗試將探究問題串應用于不同的教學內容與課型，取得了較好的教學效果。筆者通過文獻檢索與分析，梳理出適合小學科學教學的四大探究問題串類型，分別是并列式問題串、探究式問題串、遞進式問題串以及延展式問題串，如表1所示。表1科學探究問題串類型

探究問題串類型內涵與特點并列式問題串探究問題無主次之分，探究問題之間呈并列的邏輯關系探究式問題串教師在探究問題情境中設計問題，學生在此情境中發現問題、解決問題遞進式問題串探究問題難度分層級，由易到難、層層遞進、環環相扣延展式問題串探究問題具有發散性，教師通過若干小問題的引導，使學生的知識結構呈現網絡化與系統化（二）高階思維與探究問題串的關系

高階思維集中表現為在問題解決中所表現出來的具有較高認知水平層次的能力或心智活動。布盧姆將認知目標分為記憶、理解、應用、分析、評價與創造，前三者屬于低階思維，后三者則是高階思維。這三類高階思維包含了若干子類目，有其各自對應的轉換說法與定義，如表2所示。

在小學科學教學過程中，教師要將高階思維訓練有機融入日常教學活動之中，引導學生依托實驗觀察進行比較、歸納，建構科學概念，有助于培育他們的高階思維能力。表2高階思維過程維度分類

分類轉換說法定義分析——將材料分成若干組成部分，并確認這些部分的相關性1.區別識別、辨別、聚焦按照恰當性或重要性辨析某一整體結構中的各個組成部分2.組織尋求一致、整合、概括確定事物與情境的要求，識別形成一致結構的方法3.歸因解構判斷當前材料背后潛在的觀點、偏見、價值或意圖評價——依據標準和準則做出判斷1.檢查協調、檢測、監督、測試對某一操作或產品檢查其內在的一致性2.評論判斷基于外部準則或標準來判斷某一產品或操作的恰當性創造——整合各要素以形成一個連貫的整體，重新組成一個新的模式或結構1.生成假設表征問題和基于標準提出其他假設2.計劃設計形成一種解決的計劃3.貫徹建構執行計劃以解決既定的問題二、高階思維視闕下小學科學探究問題串的設計探究問題串作為具有一定邏輯關系的問題群，是教師滲透高階思維能力培養的有力抓手。因此，教師要重視小學科學探究活動的設計與開發，將符合學生心理特點的探究問題串有機融入學生自主、合作與探究活動的過程中。

（一）構建“探究問題串”學習共同體

教師在設計探究問題串時要關注問題與問題之間的關聯度與坡度，將問題串等靈活地應用于教學環節，盡量讓各個問題之間形成并列、遞進、因果與發散等邏輯關系，引導學生整體認知、突破難點、激趣促學，培養其宏觀、全面與縝密的思維方式，體現探究問題串教學的有效性。

在實際操作過程中，教師要將促進學生高階思維能力發展視為教學的出發點與落腳點，充分研究學情，設計一系列與探究主題緊密相關的探究問題串，搭建螺旋上升的教學系統，營造多維、開放與和諧的學習共同體（如圖1），在教師、學生與學習環境的互動中搭建探究式階梯，最終促進學生高階思維能力的發展。

教師在“探究問題串”學習共同體的建設中要注重以下幾點原則：

第一，以探究的真情境為抓手。學生在科學探究之前已積累了一定的科學前概念與背景知識。在探究教學中，倘若教學內容不能以此為基礎就無法激發學生的學習欲望與探究熱情。因此，教師要以探究的真情境為抓手，通過引入或創設真情境喚醒學生的科學前概念，引發學生的學習興趣。第二，以學生的真問題為核心。小學生好奇心強，這是他們熱衷科學探究活動的動力源泉。因此，教師以學生的真問題為核心組織教學，可以給學生帶來良好的探究體驗，使其仿佛置身于真實的探究場景，激勵其進行深入分析、評價與創造。第三，以學生的真思考為動力。教師要以探究的真情境為抓手，圍繞真問題全方位設計探究問題串，引導學生圍繞一個中心問題，將問題串環環相扣，形成一個整體，培養學生系統化意識，組織學生在與同伴交流互動中萌生新問題與新見解，不斷質疑問難，深入思考，最終指向問題解決。第四，以學生的真學習為目標。教師在組織科學探究活動時要深入研究學生的思維特征，設計具有層次性與開放性的探究問題，秉持由淺入深、循序漸進的原則，基于科學知識的邏輯順序，引導學生進行思維發散，強化對新知識的理解，并在此基礎上培育學生的高階思維能力。

（二）小學科學探究問題串的設計策略

教師應將探究問題串融入科學探究教學之中，緊扣教學目標，搭建一系列探究問題串的“認知支架”，喚醒學生已有的科學前概念與探究熱情，引導學生通過觀察、實驗、分析等親歷探究學習過程，學會演繹、推理、解構、歸納與反思。

1.并列式問題串策略

在并列式問題串中，教師所呈現的問題之間呈平行并列關系，問題之間無主次之分，適用于低年級的科學課。學生以探究對象的身份融入活動，在模仿探究問題的基礎上批判性地分析自我角色，將主體情感投入探究活動，讓自身的思維隨疑而動、隨問而變，這是培育學生高階思維能力的有效途徑。

例如，教學《給蠶寶寶記日記》時，教師可以提問：如果你就是那條蠶寶寶，在你的生長過程中，你會選擇怎樣的環境和條件？并適時引出下列問題串：（1）你選擇22～28℃還是20℃以下或30℃以上的溫度？為什么？（2）你選擇吃自然狀態的桑葉還是用水洗過的桑葉？為什么？（3）你在蛻皮時是喜歡有人幫助還是喜歡自己完成蛻皮？為什么？

教師通過這些問題讓學生在問題串的引領下思考蠶寶寶的身體特征以及生長過程。學生從探究者變為探究對象，以蠶寶寶的角色進行思考并做出選擇：有的學生說：“我選擇22～28℃的溫度，這樣的溫度最舒服?！薄拔摇笔切Q寶寶，“水洗過的桑葉吃了會讓我拉肚子，要吃自然狀態的桑葉?！庇械膶W生認為：“蛻皮時有人幫助會蛻得更快。”反對的學生認為：“蛻皮時外界的作用反而會帶來干擾，不利于蛻皮?！?/p>

上述三個問題之間呈平行邏輯關系，簡單的探究問題串不但讓學生運用了低階思維方式，而且引發了學生深層次的思考。這種強有力的思維驅動效應不僅有利于學生運用記憶、理解等低階思維方式探究科學問題，并能提升學生的歸因、創造等高階思維能力。

2.探究式問題串

設計、提出探究式問題串的過程是學生自我建構知識的過程，這一過程有助于學生形成嚴謹的科學態度、正確的思維方法與務實的科學精神。教師要引導學生從現實生活中發現與提煉探究式問題，促進自身知識的建構。探究式問題串有多種解決方法，有時甚至要求學生整合不同領域的知識方能求解，有助于培育學生演繹推理、模型建構、批判思維、歸納與創造等高階思維能力，建構科學概念。

例如，教學《不同的聲音》時，教師用玩具鋼琴彈奏一段樂曲之后，學生對探究聲音音調有高有低的原因產生了興趣，學生會產生疑問：“為什么看起來一樣的琴鍵按下去產生的音調有高有低呢？造成音調高低的主要因素是什么？”針對學生的問題，教師設計了一系列驗證性問題：（1）粗橡皮筋和細橡皮筋，哪個彈出的音調高？（2）長橡皮筋和短橡皮筋，哪個彈出的音調高？（3）松橡皮筋和緊橡皮筋，哪個彈出的音調高？（4）通過對以上探究實驗進行分析歸納，我們可以得出什么結論？

教師讓學生對這些驗證性問題進行探究，解決自己提出的問題，能培養學生綜合運用多種思維類型的能力。例如，第三題需要學生排除各類干擾因素，實驗操作準確無誤，方能得出正確結論；第四題為學生提供了批判性、反思性、推理性思維空間，有助于學生評價性、創造性思維的發展。學生直面新問題情境時要整合觀察與探究的發現結果，經過分析、推理、歸納、反思等思維過程，最終發現橡皮筋與音調高低之間的關系：橡皮筋引起振動頻率快慢導致音調高低不同，建構起了“聲音音調高低取決于物體振動頻率快慢”的科學概念。這種引發學生認知變化的“做思結合”的學習活動，是學生高階思維培育的關鍵環節。

3.遞進式問題串

教師在搭建問題支架時進行恰當的教學干預，對培育學生的高階思維能力至關重要。遞進式問題串實際上為學生搭建了一個難度適中、思維分級、導學激趣的學習腳手架，使學生在由淺入深、環環相扣的精細化科學問題情境中不斷建構知識，提升高階思維能力。

例如，教學《鐵釘生銹了》時，教師設置了一級問題“什么樣的環境，鐵釘會生銹呢？”統領后面三個二級問題：（1）無水無空氣的環境，鐵釘會生銹嗎？（2）水和空氣有其一的環境，鐵釘會生銹嗎？（3）有水有空氣的環境，鐵釘會生銹嗎？三個問題之間存在層層遞進的邏輯關系。教師通過設計“兩者均不滿足”，“兩者只滿足其一”以及“兩者均滿足”三種條件呈遞進關系的問題串，探究空氣和水與鐵釘生銹之間的關系。學生通過觀察、分析、歸納、整合與評價實驗現象，得出“鐵釘生銹源于空氣和水”的結論，使自身的思維方式逐漸從低階走向高階。

教師設計遞進式問題串有助于搭建學生思考的有效支架，引導學生自覺對比與梳理實驗現象，在各階段探究過程中發現實驗現象蘊涵的原理。學生運用整合、解構、歸納等高階思維能力，能發展思維的嚴謹性與邏輯性。

4.延展式問題串

教師設計延展式問題串有助于培養學生的發散思維，延展式問題串呈現于教學的鞏固與拓展環節，有助于學生在鞏固所學知識的基礎上，構建系統化與結構化的知識，突破科學探究的難點。

例如，教學《變色花》時，教師設計了如下延展式問題串：（1）紫甘藍水與不同物質發生反應呈紅色、紫色、綠色說明什么？（2）紫甘藍水分別與茶水、白醋反應呈現不同紅色說明什么？（3）紫甘藍水分別與石灰水、小蘇打水反應呈現不同綠色說明什么？（4）分析以上問題我們可以收獲什么？教師引導學生圍繞上述問題串，制訂實驗方案并進行操作，通過分析、歸納與反思實驗現象，促進學生思維的立體化與縱深化發展。

上述問題之間呈現出延展關系：第二、三題是第一題的延展，第四題與前三個問題之間形成遞進關系，是前三個問題的升華。教師在經典實驗基礎上，模擬經典實驗設計生活化延展實驗，并設計出延展式問題，有助于喚醒學生發散思維、類比推理思維，引導學生深度反思模擬實驗，強化學生對酸堿指示劑、酸性、中性與堿性物質概念的理解，同時學生也延伸出對定性實驗多樣性與可研究性的認知以及對酸堿物質強弱比較的認知。

延展式問題串重在喚醒與分析，即喚醒學生儲備的科學前概念并分析已有認知情境的要求，幫助學生理解與內化經典實驗的共性特征。學生經歷了對整體實驗現象與本質的思辨過程，加深了思維深度，掌握了多維鏈接技能，極大地促進了自身的分析、評價、創造等高階思維能力向縱深方向發展。

三、反思與總結

這四種探究問題串各有優點：并列式問題串的問題呈平行結構，有助于學生理清知識脈絡，實現從低階思維向高階思維轉換；探究性問題串的核心是“探究”，有助于引導學生從實驗現象看出本質，進而提出問題、分析問題與解決問題，實現培育學生科學探究意識的目的；遞進式問題串有助于學生形成逐層遞進思維方式，加深思維深度與拓寬思維廣度；延展式問題串有助于學生形成發散思維、類比推理思維，進而將已學知識系統化與結構化，形成系統性思維框架。當然，教師在教學同一個知識點時，可根據不同的學情選擇不同形式的問題串，也可將之整合使用。

哈佛大學心理學教授D.Perkins認為，高階思維能力就像百米賽跑一樣需要訓練才能掌握。[3]因此，教師以探究問題串為抓手設置貼切的問題情境，引發學生深層次思考，憑借探究來獨立分析解決問題，能培育學生的高階思維能力。這與日本數學家廣中平佑所倡導的“長期思考有助于思維發展，缺乏經歷或充分體驗長期思考訓練，就無法深刻思考問題”[4]觀念不謀而合。因此，在實際教學中，科學教師要充分利用探究問題串，設計多樣的探究問題，推動學生高階思維的發展。

參考文獻：

[1] 王后雄.“問題鏈”的類型及教學功能——以化學教學為例[J].教育科學研究，2010（5）：50-54.

[2] 王露萍.試論化學教學中的“問題鏈”設計[J].化學教學，2011（3）：6-10.

[3] 鐘志賢.促進學習者高階思維發展的教學設計假設[J].電化教育研究，2004（12）：21-28.

[4] 李愉均.高階思維視域下的小學科學探究性問題串設計策略[J].中小學教師培訓，2012（12）：50-53.

（責任編輯：夏豪杰）