創設情境活動 發展學生問題解決能力
——以“細胞的多樣性和統一性”教學為例

張凌霞

（漳州第一中學，福建 漳州 363000）

“問題”是生活的核心要素，問題解決能力是學生的關鍵能力之一。［1］問題解決過程不僅需要已有知識，還涉及新知識的獲取以及運用。因此，問題解決能較好地發展學生推理、判斷等科學思維能力及創新能力。課堂是學校育人的重要載體，在課堂教學過程中如何培養學生的問題解決能力，這是值得教師關注與研究的問題。本文以“細胞的多樣性和統一性”教學為例，探討如何設計情境活動，以期提升學生的問題解決能力。

一、設計基于真實問題的情境活動

問題具有情境性，真實情境中產生的劣構問題初始信息復雜。學生的知識及能力水平有限，因此，課堂教學需要舍棄部分初始信息，呈現簡化的真實問題情境，以便學生有效聚焦問題。為了驅動學生分析問題的初始信息，逐步跨越問題障礙，最終達到目標狀態［2］，教師要創設形式多樣、環環相扣的情境活動。情境活動是指在問題情境中，通過語言文字、符號等方式為問題解決所進行的系列建構活動，其是發展學生問題解決能力的重要載體。［3］

（一）創設基于真實問題的簡化情境

在真實情境中產生的劣構問題一般具有初始信息冗余等結構不良的特征。［4］

為了降低問題解決難度，要在學生的最近發展區創設簡化的、類真實的問題情境。為此，教師要分析課程標準及教科書內容，厘清核心知識的結構，了解學生已有的知識基礎及可能存在的前科學概念，并選擇真實的、適切性的問題情境，提煉適于發展學生問題解決能力的簡化情境。

“細胞的多樣性和統一性”一節的事實性知識是藍細菌、細菌的結構特點。概念性知識是：原核細胞與真核細胞最大的區別是原核細胞沒有核膜包被的細胞核，細胞具有多樣性。通過初中生物學的學習，學生知道綠藻含有葉綠體，能光合作用；細菌是原核細胞，進化的總體趨勢是簡單到復雜。不少學生具有前科學概念，錯誤地認為只有植物才能進行光合作用，光合作用必須在葉綠體中完成。“水華”的問題情境與本節的核心知識關系密切。水華是由于水體富營養化，在一定溫度、光照、降水、水流等條件下，由藍細菌、綠藻、硅藻等藻類，浮游動物——腰鞭毛蟲等多種微生物異常繁殖所致。水華爆發的原因復雜，其中降水、水流等水文因素與本節的核心知識無關，且學生沒硅藻、腰鞭毛蟲等微生物的知識基礎。若在課堂上全盤呈現水華爆發因素，信息量過大，不利于學生有效聚焦問題、形成清晰的知識結構，影響問題解決能力的提升。因此，將真實情境中水華爆發的影響因子及生物因素進行簡化處理（圖1），僅呈現與本節關聯度高的部分，如氮、磷等無機鹽含量高，藍細菌、綠藻大量繁殖等。

圖1 簡化的“水華”問題情境

（二）創設富有邏輯關系的情境活動

為驅動學生逐步經歷問題解決過程，教師需要創設具有邏輯關系的情境活動。情境活動的形式可以是分析、實驗、課堂答辯、繪制概念圖及流程圖等。

綜合考慮“細胞的多樣性和統一性”一節的知識邏輯、“治理水華”問題的初始信息及學生學習障礙等，創設情境活動：①觀察“治理水華”問題情境，提出質疑。活動形式為課堂答辯。②探究綠藻、藍細菌的結構特點，分析水體富營養化與水華爆發的關系。活動形式為實驗及分析。③歸納原核細胞與真核細胞的關系。活動形式是繪制有關表格或概念圖。④提出治理水華的一系列方案。活動形式為課堂答辯。

層層遞進的“任務鏈”式情境活動貫穿于整個問題解決過程，同時發揮問題解決的“腳手架”作用。

二、引導學生解決生物學問題

問題解決能力是程序性知識，需要通過外顯的學習。PISA 綜合前人研究，提出問題解決一般程序是：①探索與理解，即分析問題情境，發現障礙。②表征與分析，即整合情境信息與已有信息，形成問題表征方式。③計劃與解決，即設計與實施問題解決方案。④監測與反思，即監測進度，檢測錯誤，批判性地評估不同策略。［5］通過探索與理解、表征與分析獲取解決問題所需的新知識，計劃與解決是運用新知識解決問題，監控與反思則貫穿于整個問題解決的各個環節。引導學生在問題解決的不同環節開展情境活動，促進學生建構知識，發展高階思維，提升問題解決能力。

（一）探索與理解

指導學生面臨問題情境時，提煉情境中有用信息，分析、梳理信息之間的關系，提出疑問。由于劣構問題的信息多且隱含，需要學生在教師的引導下仔細觀察，對相關信息進行重新組織，方能把握問題實質。

在“治理水華”問題解決過程中，指導學生開展情境活動1.觀察、分析有關水華問題，提出質疑。學生發現：發生水華的水體中氮、磷等無機鹽大量增加，綠藻和藍細菌大量繁殖，水體呈藍綠色。教師追問：這些信息之間有何關聯？學生思考、討論后提出：綠藻、藍細菌多導致水體呈藍綠色，水體富營養化與綠藻、藍細菌繁殖密切相關。由此，學生提出疑問：為什么水體富營養化會引起藍細菌和綠藻大量繁殖？

（二）表征與分析

引導學生思考與討論：我已經知道的事實有哪些？我學過哪些有關的知識或技能？我還需要探究或查閱什么資料？等等。學會整合情境信息與先前信息，將劣構問題轉化為良構問題，形成多個連貫的問題表征，習得新知識，建構知識體系。

在“治理水華”問題解決過程中，指導學生完成情境活動2、3（表1、表2），嘗試從結構與功能觀角度分析：藍細菌和綠藻的細胞結構、代謝特點與水體富營養化引起藍細菌和綠藻大量繁殖之間的關系。幫助學生將上一環節的疑問轉化為：綠藻和藍細菌的細胞結構、代謝有何特點？教師進一步追問：解決此問題的方法是什么？幫助學生回顧初中所學知識，提出：可以通過顯微鏡觀察、查閱及分析資料等方法解決問題。接著，指導學生使用顯微鏡觀察綠藻、藍細菌，觀察藍細菌的電鏡照片，探究藍細菌與綠藻在結構上的區別，歸納原核細胞與真核細胞的關系，繪制“細胞”概念圖。促進學生有理有據地解決問題，為進一步解決問題提供知識支持。

（三）計劃與解決

指導學生從問題的條件及原因出發，比較和選擇解決問題的策略，并正確表達解決問題的過程。

“治理水華”問題解決過程中，指導學生從引起水華的原因出發，開展情境活動4：提出治理水華的方案。學生預設解決“治理水華”問題思路：降低水體富營養化程度及水體中綠藻、藍細菌等數量，提出治理方案：①建議使用無磷洗滌劑、強化水域的綜合整治、改進施肥方式，控制向湖泊輸入氮、磷等無機營養。②種植沉水植物，吸收水體的氮、磷等無機營養。③引水稀釋發生水華的湖泊，降低湖中氮、磷等無機鹽的濃度。④使用化學藥劑殺死藍細菌，并及時撈出。⑤向水體中投放魚類，攝食浮游藻類、藍細菌等。⑥通過檢測治理前后水樣中的綠藻、藍細菌等數量，調查治理效果。促進學生運用所學的生物學知識及方法，盡可能多地設計多種解決方案，發展創新性思維。

（四）監測與反思

全面回溯及再思考問題解決過程，包括反思對問題情境中信息的理解、知識的獲取過程等，衡量與比較問題解決方案，分析各種方案的局限性。

如反思“治理水華”問題的表征方式是否準確、藍細菌和綠藻結構特點和代謝特點等信息獲取方式是否合理及其正確性，嘗試解釋不同方案可能得到的結果，評價不同方案的有效性等。通過反思，促進學生提高獨立思考能力，理解評價和質疑應基于充分的證據，認同知識與技能是解決問題的思維素材。

三、提供表達思想觀點的機會

問題解決過程是內隱思維轉化為外顯行為的過程。開展情境活動時，要盡量鼓勵學生“說出、寫出想法”，同時，教師要及時進行評價。

開展“治理水華”問題的情境活動1 時，要求學生口頭表達觀察到的信息、信息的相互關系及疑問，評價學生是否覺察到隱含的信息。情境活動2 要求學生書面表達綠藻、藍細菌的結構、代謝與富營養化的關系，繪制藍細菌的模式圖。及時評價學生問題表征是否合理、是否能全面回顧初中學過的顯微鏡實驗及綠藻、細菌等知識、藍細菌模式圖繪制是否規范等。情境活動3 要求學生應用概念圖或表格等形式表達原核細胞與真核細胞的區別與聯系，重點評價歸納原核細胞與真核細胞的比較表或概念圖是否全面、表述是否科學等。情境活動4 要求學生寫出治理水華的具體措施，重點評價措施的依據及合理性。以此促進學生富有邏輯地表達內隱的思維過程，提高問題解決能力。

問題解決是一種實踐能力，其學習目標不僅僅是記憶和理解知識，而是能在不同的問題情境中靈活應用知識。［6］問題解決能力的提升具有艱巨性和長期性，要求教師不“守成”于教材知識，不做教材知識的“搬運工”，應創設基于真實問題解決的、層層遞進的情境活動“任務鏈”，引領學生實踐與體悟，方能有效提升學生的問題解決能力。