基于“真實問題解決”的初中科學復習教學設計

過夏勝 鄭挺誼

◆摘? 要：復習課是初中科學教學的重要課型。針對初中科學復習中常見的瓶頸問題，基于“問題解決”相關理論，以初中科學中的“杠桿”復習為例，設計以“真實問題解決”的復習模式，呈現“問題解決”三線教學框架，通過聚焦真實的中心問題、收集信息分析問題、將真實問題轉化為科學問題、建立模型解決問題、遷移解決生活中新問題五環節教學。設置驅動性問題喚起學生的回憶，引發學生主動探究，有效把握學生學習起點，讓學生進行深度學習，獲得深刻體驗和高階思維，培養解決問題能力，提高復習課效率，提升學生核心素養。

◆關鍵詞：初中科學;復習教學;問題解決;教學設計;思維進階

一、初中科學復習常見的瓶頸問題

復習課對梳理知識體系、鞏固基礎知識、發展思維水平、提升綜合能力有著極其重要的作用。到了初三總復習階段，由于時間跨度大，內容繁多，知識類型不同，往往學了后面忘了前面，顧此失彼。很多教師為了趕進度，加大復習容量，往往“以講代學”、“以練代習”、“以記代思”、“題海戰”、“放羊式”等現象在課堂中仍屢見不鮮1。教師以自己的講代替學生的學，不能發現學生問題所在，缺乏對學生實際掌握情況的了解。“走過場”式復習如同炒剩飯，缺乏體系的構建，沒有思維的進階，學生學得苦，做得累，長進慢，效果差，學生的知識結構、問題解決的方法不能得到有效提高。復習課難以上出新意，如何提高初三科學復習課的效率是教師孜孜以求的，而基于“真實問題解決”的教學在復習課中的應用，我們在教學實踐中證明是一種有效疊代。

二、“問題解決”教學的理論基礎

對“問題”以及“問題解決”的關注可以追溯到古希臘，心理學行為主義流派對“問題解決”進行了科學的系統研究。首要教學原理博采行為、認知、建構主義等諸多理論之眾長，其有五大原則，最重要的原則是“教學應該以問題為中心”。按照布魯姆教育目標分類學，學習不能只停留在記憶和理解等低階層面上，還要進入到分析、評價和創造等高階思維活動和技能中。高階思維的培養，要求學生能夠超越事實簡單回憶，轉向復雜真實問題的解決。在課堂上，一個真實且有一定難度的問題能吸引學生的注意，激發學生的求知欲望，聚焦學生的思維，激勵學生去學習、去觀察、去實驗、去創造。

安德森（Anderson）把問題解決（problem solving）定義為受目標指引的認知性操作序列，即問題解決的程序就是應用一定的操作使問題從初始狀態經過一步步的中間狀態，最后達到目標狀態的過程。紐維爾和西蒙（Newell&Simon，1972）認為問題解決就是對問題的理解和搜索，問題解決包含著一系列相互聯系著的階段。“什么是好的教育？系統地給學生提供發現事物的機會。”這是問題解決教學的倡導者波利亞對“好的教育”提出的一個重要指標。優化課堂結構，有效調動學生學習的內驅力，激發課堂活力，一個完整的問題解決的信息加工過程可以分解為理解問題情境以形成課題表征和執行認知操作序列兩個過程。2

關于“問題解決”教學觀還有美國心理學家桑代克的試誤觀、格式塔派心理學家苛勒的頓悟觀、以及循序漸進的分階段的步驟或程序的過程觀等都值得借鑒。

三、聚焦“問題解決”的三線教學框架

問題解決是一種高級智力活動過程，如何高效地開展基于“問題解決”的科學復習教學？首先要抓住學生生活認知與科學知識之間的沖突進行情境創設，根據情境的教學功能，確定在哪個環節設置什么樣的問題，依據課堂資源的使用情況，思考素材的呈現方式。根據問題解決的過程和信息加工，我們將教學設計為五環節：聚焦真實情境的中心問題、收集信息分析問題、將真實問題轉化為科學問題、建立模型解決問題、遷移解決生活中新問題。圍繞著“問題--情境--思維”的“三線教學”如下圖：

四、基于“問題解決”的五環節教學案例

根據以上三線教學，我們以《杠桿》復習為例，教學設計為呈現問題→剖析問題→轉化問題→解決問題→遷移應用五環節，具體實施如下。

1.根據教學內容的特點，尋找適切情境的真實問題

任何情境的創設都是更好地服務于課堂教學，要從日常生活、社會熱點或新聞事件中尋找素材，讓學生身臨其境，源于生活，運用科學，高于生活，回歸生活。

在杠桿復習時引用：中國網《新聞中心》報道，我國頸椎病發病年輕化趨勢愈發明顯，過去頸椎病發病處于50歲以上的中老年人群居多，而現在20歲左右年輕人患頸椎病的也很多。專家認為，這和“低頭族”經常長時間的低頭玩手機、低頭工作、低頭學習有關。

提問引入：你是否熟悉上圖中場景呢？“低頭族”就在我們中間，并在不斷侵蝕我們的健康，讓我們一起探究“低頭族”容易得頸椎病的原因，學會健康生活。

設計意圖：把現實生活中凝練出來的問題情境為學生認知的背景，讓學生身臨其境，喚起學生的熱情，有效地推進教學進程。低頭族、頸椎病是熱詞，但這兩種病之間關系在課堂中提出，學生興趣馬上被吸引過來，迸發思維并積極嘗試解釋。

2.聚焦真實情境的核心，設置認知沖突的感知問題

學生解決問題會以他們原有的知識經驗為基礎，這是我們教學問題設計的起點，因而必須抓住學生已有認知與科學知識的沖突點，分析真實情境須解決的核心問題，讓學生學會用觀察、體驗、分析等方法感知。

對于“低頭族”易得頸椎病的原因，要學生進行科學解釋并不容易，在此要對標問題核心，出示兩幅圖，創設階梯式問題，搭建思維的腳架。讓學生思考：

1.后頸的肌肉有很多，為了便于分析，通常如何處理？

2.觀察圖片，說出后頸肌肉連接的部位和拉力的方向？

3.做低頭和抬頭的動作，你能感到后頸肌肉酸痛嗎？

設計意圖：讓學生通過觀察圖片中發現后頸的肌肉多，通過等效的方法對受力的情況進行簡化，大致確定拉力的作用點和方向，為后續力臂分析作鋪墊。通過體驗讓學生做低頭和抬頭動作，引導學生思考用什么方法分析后頸肌肉拉力變大還是變小？

3.抽象真實問題的實質，轉為直觀感知的模擬實驗

學生無法直接觀察到生活中真實問題中一些物理量如何變化，特別受力情況，因此要將隱含在物體中抽象的物理量用形象直觀的模型來模擬演示，轉化為可感知的科學問題，變抽象為形象，變模糊為具體。

提問：1.在抬頭和低頭過程中，頭繞哪里轉動？后頸肌肉變長還是變短？后頸肌肉拉力變大還是變小？你能看出來嗎？我們可用什么方法解決？

模擬：人體頭部圖片頸椎位置訂上一個圖釘，在后頸肌肉和頭部連接的部位訂上一個圖釘，用橡皮筋模擬后頸肌肉，進行實驗，模擬人的抬頭和低頭的動作，說出在抬頭和低頭的過程中，后頸肌肉變長還是變短？張力變大還是變小？

設計意圖：通過模擬實驗直觀感受后頸肌肉拉力變大還是變小，并且在模擬實驗過程中感受到抬頭和低頭時繞固定點轉動，后頸肌肉拉力是動力，頭的重力是阻力，逐漸形成抬頭和低頭的過程實際上是杠桿轉動的問題。學生嘗試循序漸進將復雜的問題抽象出具體簡單的問題，搭建解決問題的“支架”。

4.建立真實問題的模型，進行科學原理的分析解構

生活真實情境中的科學原理是隱含的，要把它核心知識外顯化就必須進行抽象概括處理，由淺入深模型建構，模型有利于進行原理分析，教學活動

步步為營，將看不見的物理量進行解構，從中悟出科學原理。

問題細化：在下面頭模型上畫出杠桿五要素，并分析低頭時后頸肌肉張力如何變化。

困難及設想：學生感覺難度大，無從下手，教師須將關鍵要素從錯綜復雜的情境剝離出來，解構復雜的干擾因素轉化為更直觀簡單的替代物。

問題解構：你能否將這個頭部模型抽象成一個如手臂所示的杠桿模型？

目的及效果：通過以上情境轉化后降低了解決的難度，學生比較容易畫出杠桿模型。

問題推進：

⑴利用如圖杠桿模型，分析低頭時頭對頸椎的壓力變化情況。

⑵你認為低頭時頭對頸椎的壓力變大還是變小？為什么？

⑶現有的知識無法解決問題時，怎么辦？

⑷設計模擬實驗，定性判斷低頭時頸椎受到壓力大小的變化。

現場表演：長竹竿模擬杠桿、一大瓶礦泉水模擬頭對杠桿的拉力、利用一位同學的肩膀模擬頸椎（作為感受器），另一位同學的手向下拉竹竿模擬后頸肌肉的拉力，進行實驗，模擬抬頭和低頭，定性判斷低頭時頸椎受到的壓力的大小的變化。

問題解決：請解釋“低頭族”容易得頸椎病的原因。

解釋：根據杠桿平衡條件：G·L1=F·L2，由于重力是豎直向下的，當低頭角度變大時，重力的力臂越大，則力F越大。

學以致用：為了身體健康，你會給“低頭族”提怎樣的建議？

由于低頭會使頸椎所受壓力變大，且角度越大，對頸椎所受壓力越大，所以要保護頸椎，不能長時間低頭看手機，可適當抬高手機屏幕，減小低頭角度，且低頭看書久了應適當抬頭，以緩解頸椎承受的壓力。

設計意圖：通過在頭的模型上畫杠桿五要素，認識抬頭和低頭實際是費力杠桿轉動的問題，再引導學生將抬頭低頭時的彎曲的杠桿抽象為直棒形杠桿，建立理想杠桿模型，分析后頸肌肉的拉力的變化和對頸椎壓力的變化。在頸椎受力的模擬實驗中，通過觀察在水平放置的桿子上礦泉水瓶水平移動還是改變桿子傾斜程度模擬抬頭低頭過程，加深對科學本質的理解。最后兩個問題既是問題解決的結果，又是科學精神在生活中的回歸。

5.學以致用聯系實際，遷移解決問題的思路方法

復習課的目的在于溫故而知新，深度學習，能在新情境中遷移解決新問題，獲得成就感。問題遷移1：哪個系鞋帶的動作腰部肌肉受力比較小？請創建模型說明。

問題拓展2：哪個搬東西的動作比較省力？請創建模型說明。

設計意圖：讓學生把所學知識、方法應用到新的生活場景中，鞏固和強化所學的知識和方法，在問題解決的過程中，感受科學服務于生活、科學讓生活更美好。

五、總結與思考

問題是思維的起點，“問題解決”被認為是最能反映人的智力水平的一個心理學研究領域3。本節課圍繞情境問題進行教學設計和展開系列探究活動，既有理論的學習更有實踐的感悟，也對“問題解決”教學有了更多的思考。

（一）“問題解決”教學設計的原則

1.問題解決中的“情境”要真實

任何教學情境的設置都是為課堂教學服務的，選取的問題要立意新穎，來自真實情境，把現實生活中凝練出來的問題情境為學生認知的背景，讓學生有身臨其境的感覺，有效地推進教學的進程。真實的問題情境能保持學生的學習動力，增強現實感、使命感和意義感，學生的認知能力、態度、情感才能真正獲發展。

2.所有問題都要有目的指向性

問題的解決都是一種目的指向性的活動，要從學生的生活實際和心理需求出發，情境中所含的因素決定了要解決問題的性質、結構、如何給出、中間狀態和達到的目標，決定了問題解決行為方式方法。在問題解決過程中，只有當問題解決者有明確的問題解決的目標意識，整個問題解決過程才具有可控性和有效性。

3.圍繞中心的問題設計要序列化

首要教學原理強調，教師只有引導學生聚焦真實生活中的中心問題，并使他們循序漸進嘗試解決由簡單到復雜的問題時，讓簡單問題的解決成為復雜問題解決的“支架”，使新舊經驗的相互作用更充分，所有問題解決的信息加工過程都有成分、策略、心理表征和原有知識的參與，它們相互滲透、共同作用，形成認知操作序列。問題解決必須包括一系列的認知操作，設置的問題情境要與教學內容相匹配，在逐漸增加難度的問題序列中展開教學。

4.發現并解決問題的主體是學生

只有在學生主體作用充分發揮，問題切合學生認知水平，并具有挑戰性，才能激發學生的認知興趣和好奇心，為學生提供主動、生動、多元的發展條件。在問題解決的過程中，讓學生更主動、更廣泛、更深入地激活原有知識、方法，并通過積極、系統的思維活動，基于問題解決來建構知識，通過問題解決來發展能力，問題解決過程就是學生自主發展的過程。

（二）“問題解決”復習教學的再思考

復習課不能用炒剩飯式把知識點整理一下讓學生背記，這種重復操練模式學生學苦累又乏味又低效，解決不了問題。而要聚焦真實的中心問題進行“問題鏈”設計，通過關鍵事件喚起學生的回憶，有效地把握學生的學習起點。選取與教學內容相匹配的問題，不能脫離實際，順應學生的認知規律，層層遞進，孜孜探索，使學生學會思考，學會運用知識來解決問題，形成自己的、可遷移的問題解決策略，成為一個更好的問題解決者或決策者，大大提高復習的實效性。

“問題解決”過程是師生互動、教學相長的過程。在“問題解決”教學中，問題解決所追求的不僅僅是“問題”的結論，更應著眼于問題解決的過程。問題解決的過程是學生不斷的發現、改進、反思、重構知識、方法和策略的過程，因此對學生的評價也不僅僅是看學生的回答是否正確，更應看學生在問題解決過程中的表現。根據學生已有認知，層層遞進的教學，是保持學生情感驅動，觸碰學生高階思維發展目標，體驗深度學習的關鍵。不僅能讓學生深入理解科學知識，更注重知識的遷移和應用能力的發展，指向學生的深入學習，落實科學核心素養。

總之，復習課對梳理知識體系，鞏固基礎知識，發展高階思維，提升綜合運用能力有著極其重要的作用。而基于“真實問題解決”教學在科學復習課中有效應用，讓學生主動探究，引領學生的深度思維再學習，所帶來的學習體驗，顛覆傳統復習知識點梳理的枯燥和機械式訓練，為學生提供更豐富的學習機會和學習體驗，也給學生學習賦予了新的意義。

參考文獻

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