基于“真实问题解决”的初中科学复习教学设计

过夏胜 郑挺谊

◆摘  要：复习课是初中科学教学的重要课型。针对初中科学复习中常见的瓶颈问题，基于“问题解决”相关理论，以初中科学中的“杠杆”复习为例，设计以“真实问题解决”的复习模式，呈现“问题解决”三线教学框架，通过聚焦真实的中心问题、收集信息分析问题、将真实问题转化为科学问题、建立模型解决问题、迁移解决生活中新问题五环节教学。设置驱动性问题唤起学生的回忆，引发学生主动探究，有效把握学生学习起点，让学生进行深度学习，获得深刻体验和高阶思维，培养解决问题能力，提高复习课效率，提升学生核心素养。

◆关键词：初中科学;复习教学;问题解决;教学设计;思维进阶

一、初中科学复习常见的瓶颈问题

复习课对梳理知识体系、巩固基础知识、发展思维水平、提升综合能力有着极其重要的作用。到了初三总复习阶段，由于时间跨度大，内容繁多，知识类型不同，往往学了后面忘了前面，顾此失彼。很多教师为了赶进度，加大复习容量，往往“以讲代学”、“以练代习”、“以记代思”、“题海战”、“放羊式”等现象在课堂中仍屡见不鲜1。教师以自己的讲代替学生的学，不能发现学生问题所在，缺乏对学生实际掌握情况的了解。“走过场”式复习如同炒剩饭，缺乏体系的构建，没有思维的进阶，学生学得苦，做得累，长进慢，效果差，学生的知识结构、问题解决的方法不能得到有效提高。复习课难以上出新意，如何提高初三科学复习课的效率是教师孜孜以求的，而基于“真实问题解决”的教学在复习课中的应用，我们在教学实践中证明是一种有效叠代。

二、“问题解决”教学的理论基础

对“问题”以及“问题解决”的关注可以追溯到古希腊，心理学行为主义流派对“问题解决”进行了科学的系统研究。首要教学原理博采行为、认知、建构主义等诸多理论之众长，其有五大原则，最重要的原则是“教学应该以问题为中心”。按照布鲁姆教育目标分类学，学习不能只停留在记忆和理解等低阶层面上，还要进入到分析、评价和创造等高阶思维活动和技能中。高阶思维的培养，要求学生能够超越事实简单回忆，转向复杂真实问题的解决。在课堂上，一个真实且有一定难度的问题能吸引学生的注意，激发学生的求知欲望，聚焦学生的思维，激励学生去学习、去观察、去实验、去创造。

安德森（Anderson）把问题解决（problem solving）定義为受目标指引的认知性操作序列，即问题解决的程序就是应用一定的操作使问题从初始状态经过一步步的中间状态，最后达到目标状态的过程。纽维尔和西蒙（Newell&Simon，1972）认为问题解决就是对问题的理解和搜索，问题解决包含着一系列相互联系着的阶段。“什么是好的教育？系统地给学生提供发现事物的机会。”这是问题解决教学的倡导者波利亚对“好的教育”提出的一个重要指标。优化课堂结构，有效调动学生学习的内驱力，激发课堂活力，一个完整的问题解决的信息加工过程可以分解为理解问题情境以形成课题表征和执行认知操作序列两个过程。2

关于“问题解决”教学观还有美国心理学家桑代克的试误观、格式塔派心理学家苛勒的顿悟观、以及循序渐进的分阶段的步骤或程序的过程观等都值得借鉴。

三、聚焦“问题解决”的三线教学框架

问题解决是一种高级智力活动过程，如何高效地开展基于“问题解决”的科学复习教学？首先要抓住学生生活认知与科学知识之间的冲突进行情境创设，根据情境的教学功能，确定在哪个环节设置什么样的问题，依据课堂资源的使用情况，思考素材的呈现方式。根据问题解决的过程和信息加工，我们将教学设计为五环节：聚焦真实情境的中心问题、收集信息分析问题、将真实问题转化为科学问题、建立模型解决问题、迁移解决生活中新问题。围绕着“问题--情境--思维”的“三线教学”如下图：

四、基于“问题解决”的五环节教学案例

根据以上三线教学，我们以《杠杆》复习为例，教学设计为呈现问题→剖析问题→转化问题→解决问题→迁移应用五环节，具体实施如下。

1.根据教学内容的特点，寻找适切情境的真实问题

任何情境的创设都是更好地服务于课堂教学，要从日常生活、社会热点或新闻事件中寻找素材，让学生身临其境，源于生活，运用科学，高于生活，回归生活。

在杠杆复习时引用：中国网《新闻中心》报道，我国颈椎病发病年轻化趋势愈发明显，过去颈椎病发病处于50岁以上的中老年人群居多，而现在20岁左右年轻人患颈椎病的也很多。专家认为，这和“低头族”经常长时间的低头玩手机、低头工作、低头学习有关。

提问引入：你是否熟悉上图中场景呢？“低头族”就在我们中间，并在不断侵蚀我们的健康，让我们一起探究“低头族”容易得颈椎病的原因，学会健康生活。

设计意图：把现实生活中凝练出来的问题情境为学生认知的背景，让学生身临其境，唤起学生的热情，有效地推进教学进程。低头族、颈椎病是热词，但这两种病之间关系在课堂中提出，学生兴趣马上被吸引过来，迸发思维并积极尝试解释。

2.聚焦真实情境的核心，设置认知冲突的感知问题

学生解决问题会以他们原有的知识经验为基础，这是我们教学问题设计的起点，因而必须抓住学生已有认知与科学知识的冲突点，分析真实情境须解决的核心问题，让学生学会用观察、体验、分析等方法感知。

对于“低头族”易得颈椎病的原因，要学生进行科学解释并不容易，在此要对标问题核心，出示两幅图，创设阶梯式问题，搭建思维的脚架。让学生思考：

1.后颈的肌肉有很多，为了便于分析，通常如何处理？

2.观察图片，说出后颈肌肉连接的部位和拉力的方向？

3.做低头和抬头的动作，你能感到后颈肌肉酸痛吗？

设计意图：让学生通过观察图片中发现后颈的肌肉多，通过等效的方法对受力的情况进行简化，大致确定拉力的作用点和方向，为后续力臂分析作铺垫。通过体验让学生做低头和抬头动作，引导学生思考用什么方法分析后颈肌肉拉力变大还是变小？

3.抽象真实问题的实质，转为直观感知的模拟实验

学生无法直接观察到生活中真实问题中一些物理量如何变化，特别受力情况，因此要将隐含在物体中抽象的物理量用形象直观的模型来模拟演示，转化为可感知的科学问题，变抽象为形象，变模糊为具体。

提问：1.在抬头和低头过程中，头绕哪里转动？后颈肌肉变长还是变短？后颈肌肉拉力变大还是变小？你能看出来吗？我们可用什么方法解决？

模拟：人体头部图片颈椎位置订上一个图钉，在后颈肌肉和头部连接的部位订上一个图钉，用橡皮筋模拟后颈肌肉，进行实验，模拟人的抬头和低头的动作，说出在抬头和低头的过程中，后颈肌肉变长还是变短？张力变大还是变小？

设计意图：通过模拟实验直观感受后颈肌肉拉力变大还是变小，并且在模拟实验过程中感受到抬头和低头时绕固定点转动，后颈肌肉拉力是动力，头的重力是阻力，逐渐形成抬头和低头的过程实际上是杠杆转动的问题。学生尝试循序渐进将复杂的问题抽象出具体简单的问题，搭建解决问题的“支架”。

4.建立真实问题的模型，进行科学原理的分析解构

生活真实情境中的科学原理是隐含的，要把它核心知识外显化就必须进行抽象概括处理，由浅入深模型建构，模型有利于进行原理分析，教学活动

步步为营，将看不见的物理量进行解构，从中悟出科学原理。

问题细化：在下面头模型上画出杠杆五要素，并分析低头时后颈肌肉张力如何变化。

困难及设想：学生感觉难度大，无从下手，教师须将关键要素从错综复杂的情境剥离出来，解构复杂的干扰因素转化为更直观简单的替代物。

问题解构：你能否将这个头部模型抽象成一个如手臂所示的杠杆模型？

目的及效果：通过以上情境转化后降低了解决的难度，学生比较容易画出杠杆模型。

问题推进：

⑴利用如图杠杆模型，分析低头时头對颈椎的压力变化情况。

⑵你认为低头时头对颈椎的压力变大还是变小？为什么？

⑶现有的知识无法解决问题时，怎么办？

⑷设计模拟实验，定性判断低头时颈椎受到压力大小的变化。

现场表演：长竹竿模拟杠杆、一大瓶矿泉水模拟头对杠杆的拉力、利用一位同学的肩膀模拟颈椎（作为感受器），另一位同学的手向下拉竹竿模拟后颈肌肉的拉力，进行实验，模拟抬头和低头，定性判断低头时颈椎受到的压力的大小的变化。

问题解决：请解释“低头族”容易得颈椎病的原因。

解释：根据杠杆平衡条件：G·L1=F·L2，由于重力是竖直向下的，当低头角度变大时，重力的力臂越大，则力F越大。

学以致用：为了身体健康，你会给“低头族”提怎样的建议？

由于低头会使颈椎所受压力变大，且角度越大，对颈椎所受压力越大，所以要保护颈椎，不能长时间低头看手机，可适当抬高手机屏幕，减小低头角度，且低头看书久了应适当抬头，以缓解颈椎承受的压力。

设计意图：通过在头的模型上画杠杆五要素，认识抬头和低头实际是费力杠杆转动的问题，再引导学生将抬头低头时的弯曲的杠杆抽象为直棒形杠杆，建立理想杠杆模型，分析后颈肌肉的拉力的变化和对颈椎压力的变化。在颈椎受力的模拟实验中，通过观察在水平放置的杆子上矿泉水瓶水平移动还是改变杆子倾斜程度模拟抬头低头过程，加深对科学本质的理解。最后两个问题既是问题解决的结果，又是科学精神在生活中的回归。

5.学以致用联系实际，迁移解决问题的思路方法

复习课的目的在于温故而知新，深度学习，能在新情境中迁移解决新问题，获得成就感。问题迁移1：哪个系鞋带的动作腰部肌肉受力比较小？请创建模型说明。

问题拓展2：哪个搬东西的动作比较省力？请创建模型说明。

设计意图：让学生把所学知识、方法应用到新的生活场景中，巩固和强化所学的知识和方法，在问题解决的过程中，感受科学服务于生活、科学让生活更美好。

五、总结与思考

问题是思维的起点，“问题解决”被认为是最能反映人的智力水平的一个心理学研究领域3。本节课围绕情境问题进行教学设计和展开系列探究活动，既有理论的学习更有实践的感悟，也对“问题解决”教学有了更多的思考。

（一）“问题解决”教学设计的原则

1.问题解决中的“情境”要真实

任何教学情境的设置都是为课堂教学服务的，选取的问题要立意新颖，来自真实情境，把现实生活中凝练出来的问题情境为学生认知的背景，让学生有身临其境的感觉，有效地推进教学的进程。真实的问题情境能保持学生的学习动力，增强现实感、使命感和意义感，学生的认知能力、态度、情感才能真正获发展。

2.所有问题都要有目的指向性

问题的解决都是一种目的指向性的活动，要从学生的生活实际和心理需求出发，情境中所含的因素决定了要解决问题的性质、结构、如何给出、中间状态和达到的目标，决定了问题解决行为方式方法。在问题解决过程中，只有当问题解决者有明确的问题解决的目标意识，整个问题解决过程才具有可控性和有效性。

3.围绕中心的问题设计要序列化

首要教学原理强调，教师只有引导学生聚焦真实生活中的中心问题，并使他们循序渐进尝试解决由简单到复杂的问题时，让简单问题的解决成为复杂问题解决的“支架”，使新旧经验的相互作用更充分，所有问题解决的信息加工过程都有成分、策略、心理表征和原有知识的参与，它们相互渗透、共同作用，形成认知操作序列。问题解决必须包括一系列的认知操作，设置的问题情境要与教学内容相匹配，在逐渐增加难度的问题序列中展开教学。

4.发现并解决问题的主体是学生

只有在学生主体作用充分发挥，问题切合学生认知水平，并具有挑战性，才能激发学生的认知兴趣和好奇心，为学生提供主动、生动、多元的发展条件。在问题解决的过程中，让学生更主动、更广泛、更深入地激活原有知识、方法，并通过积极、系统的思维活动，基于问题解决来建构知识，通过问题解决来发展能力，问题解决过程就是学生自主发展的过程。

（二）“问题解决”复习教学的再思考

复习课不能用炒剩饭式把知识点整理一下让学生背记，这种重复操练模式学生学苦累又乏味又低效，解决不了问题。而要聚焦真实的中心问题进行“问题链”设计，通过关键事件唤起学生的回忆，有效地把握学生的学习起点。选取与教学内容相匹配的问题，不能脱离实际，顺应学生的认知规律，层层递进，孜孜探索，使学生学会思考，学会运用知识来解决问题，形成自己的、可迁移的问题解决策略，成为一个更好的问题解决者或决策者，大大提高复习的实效性。

“问题解决”过程是师生互动、教学相长的过程。在“问题解决”教学中，问题解决所追求的不仅仅是“问题”的结论，更应着眼于问题解决的过程。问题解决的过程是学生不断的发现、改进、反思、重构知识、方法和策略的过程，因此对学生的评价也不仅仅是看学生的回答是否正确，更应看学生在问题解决过程中的表现。根据学生已有认知，层层递进的教学，是保持学生情感驱动，触碰学生高阶思维发展目标，体验深度学习的关键。不仅能让学生深入理解科学知识，更注重知识的迁移和应用能力的发展，指向学生的深入学习，落实科学核心素养。

总之，复习课对梳理知识体系，巩固基础知识，发展高阶思维，提升综合运用能力有着极其重要的作用。而基于“真实问题解决”教学在科学复习课中有效应用，让学生主动探究，引领学生的深度思维再学习，所带来的学习体验，颠覆传统复习知识点梳理的枯燥和机械式训练，为学生提供更丰富的学习机会和学习体验，也给学生学习赋予了新的意义。

参考文献

[1]陈锋.初中科学概念教学范式的创新研究[M].上海：上海教育出版社，2017.

[2]江琦、杨山，问题解决的信息加工机制探析[J].宁波大学学报，2002（1）.

[3]陈爱苾.课程改革与问题解决教学[M].北京：首都师范大学出版社，2010.提升综合运用能力有着极其重要的作用.