基于高阶思维能力培养的小学科学探究问题串探析
黄威
摘要：高阶思维能力是一种较高层次的认知水平与心智能力，是综合运用分析、评价与创造思维的能力。在小学科学探究教学中，教师应以真探究问题串驱动教学，引导学生在真情境、真问题、真学习与真思考中自我建构小学科学概念。课堂实践表明，并列式、探究式、递进式及延展式四种探究问题串对提升学生的思维力与探究力等科学素养，发展其高阶思维能力具有较高价值。
关键词：高阶思维；小学科学；探究问题串
中图分类号：G623.6文献标识码：A文章编号：2095-5995（2018）02-0053-04
《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》明确指出，小学生学习科学要以探究为核心。然而，时下许多小学科学课堂教学普遍存在以下问题：一是教师有意识地强化实验操作技能与探究方式，缺乏对学生科学探究思维过程的引导与点拨；二是分组科学探究活動多采用模式化、扁平化操作模式，停留在认知、理解与运用等低阶思维层次，难以有效培养学生的分析、综合与评价等高阶科学思维能力。鉴于此，研究者尝试在小学科学探究教学中强化探究问题串教学，引导学生深入体验探究过程，促进其高阶思维能力发展。
一、探究问题串与高阶思维
（一）探究问题串的内涵与类型
王后雄教授认为探究问题串是教师以科学探究为目标，设计并组织以汇集科学探究活动中内在联系、实施过程及学思结合的问题群，构成一个目标明确、概念清晰、容量庞大且组织严密的问题链。[1]王露萍等学者进而提出了探究问题串教学法，并将其视为一种高效的教学方式加以推广，同时探讨了问题串的类型、教学功能以及设计原则。[2]时下越来越多的学者尝试将探究问题串应用于不同的教学内容与课型，取得了较好的教学效果。笔者通过文献检索与分析，梳理出适合小学科学教学的四大探究问题串类型，分别是并列式问题串、探究式问题串、递进式问题串以及延展式问题串，如表1所示。表1科学探究问题串类型
探究问题串类型内涵与特点并列式问题串探究问题无主次之分，探究问题之间呈并列的逻辑关系探究式问题串教师在探究问题情境中设计问题，学生在此情境中发现问题、解决问题递进式问题串探究问题难度分层级，由易到难、层层递进、环环相扣延展式问题串探究问题具有发散性，教师通过若干小问题的引导，使学生的知识结构呈现网络化与系统化（二）高阶思维与探究问题串的关系
高阶思维集中表现为在问题解决中所表现出来的具有较高认知水平层次的能力或心智活动。布卢姆将认知目标分为记忆、理解、应用、分析、评价与创造，前三者属于低阶思维，后三者则是高阶思维。这三类高阶思维包含了若干子类目，有其各自对应的转换说法与定义，如表2所示。
在小学科学教学过程中，教师要将高阶思维训练有机融入日常教学活动之中，引导学生依托实验观察进行比较、归纳，建构科学概念，有助于培育他们的高阶思维能力。表2高阶思维过程维度分类
分类转换说法定义分析——将材料分成若干组成部分，并确认这些部分的相关性1.区别识别、辨别、聚焦按照恰当性或重要性辨析某一整体结构中的各个组成部分2.组织寻求一致、整合、概括确定事物与情境的要求，识别形成一致结构的方法3.归因解构判断当前材料背后潜在的观点、偏见、价值或意图评价——依据标准和准则做出判断1.检查协调、检测、监督、测试对某一操作或产品检查其内在的一致性2.评论判断基于外部准则或标准来判断某一产品或操作的恰当性创造——整合各要素以形成一个连贯的整体，重新组成一个新的模式或结构1.生成假设表征问题和基于标准提出其他假设2.计划设计形成一种解决的计划3.贯彻建构执行计划以解决既定的问题二、高阶思维视阙下小学科学探究问题串的设计探究问题串作为具有一定逻辑关系的问题群，是教师渗透高阶思维能力培养的有力抓手。因此，教师要重视小学科学探究活动的设计与开发，将符合学生心理特点的探究问题串有机融入学生自主、合作与探究活动的过程中。
（一）构建“探究问题串”学习共同体
教师在设计探究问题串时要关注问题与问题之间的关联度与坡度，将问题串等灵活地应用于教学环节，尽量让各个问题之间形成并列、递进、因果与发散等逻辑关系，引导学生整体认知、突破难点、激趣促学，培养其宏观、全面与缜密的思维方式，体现探究问题串教学的有效性。
在实际操作过程中，教师要将促进学生高阶思维能力发展视为教学的出发点与落脚点，充分研究学情，设计一系列与探究主题紧密相关的探究问题串，搭建螺旋上升的教学系统，营造多维、开放与和谐的学习共同体（如图1），在教师、学生与学习环境的互动中搭建探究式阶梯，最终促进学生高阶思维能力的发展。
教师在“探究问题串”学习共同体的建设中要注重以下几点原则：
第一，以探究的真情境为抓手。学生在科学探究之前已积累了一定的科学前概念与背景知识。在探究教学中，倘若教学内容不能以此为基础就无法激发学生的学习欲望与探究热情。因此，教师要以探究的真情境为抓手，通过引入或创设真情境唤醒学生的科学前概念，引发学生的学习兴趣。第二，以学生的真问题为核心。小学生好奇心强，这是他们热衷科学探究活动的动力源泉。因此，教师以学生的真问题为核心组织教学，可以给学生带来良好的探究体验，使其仿佛置身于真实的探究场景，激励其进行深入分析、评价与创造。第三，以学生的真思考为动力。教师要以探究的真情境为抓手，围绕真问题全方位设计探究问题串，引导学生围绕一个中心问题，将问题串环环相扣，形成一个整体，培养学生系统化意识，组织学生在与同伴交流互动中萌生新问题与新见解，不断质疑问难，深入思考，最终指向问题解决。第四，以学生的真学习为目标。教师在组织科学探究活动时要深入研究学生的思维特征，设计具有层次性与开放性的探究问题，秉持由浅入深、循序渐进的原则，基于科学知识的逻辑顺序，引导学生进行思维发散，强化对新知识的理解，并在此基础上培育学生的高阶思维能力。
（二）小学科学探究问题串的设计策略
教师应将探究问题串融入科学探究教学之中，紧扣教学目标，搭建一系列探究问题串的“认知支架”，唤醒学生已有的科学前概念与探究热情，引导学生通过观察、实验、分析等亲历探究学习过程，学会演绎、推理、解构、归纳与反思。
1.并列式问题串策略
在并列式问题串中，教师所呈现的问题之间呈平行并列关系，问题之间无主次之分，适用于低年级的科学课。学生以探究对象的身份融入活动，在模仿探究问题的基础上批判性地分析自我角色，将主体情感投入探究活动，让自身的思维随疑而动、随问而变，这是培育学生高阶思维能力的有效途径。
例如，教学《给蚕宝宝记日记》时，教师可以提问：如果你就是那条蚕宝宝，在你的生长过程中，你会选择怎样的环境和条件？并适时引出下列问题串：（1）你选择22～28℃还是20℃以下或30℃以上的温度？为什么？（2）你选择吃自然状态的桑叶还是用水洗过的桑叶？为什么？（3）你在蜕皮时是喜欢有人帮助还是喜欢自己完成蜕皮？为什么？
教师通过这些问题让学生在问题串的引领下思考蚕宝宝的身体特征以及生长过程。学生从探究者变为探究对象，以蚕宝宝的角色进行思考并做出选择：有的学生说：“我选择22～28℃的温度，这样的温度最舒服。”“我”是蚕宝宝，“水洗过的桑叶吃了会让我拉肚子，要吃自然状态的桑叶。”有的学生认为：“蜕皮时有人帮助会蜕得更快。”反对的学生认为：“蜕皮时外界的作用反而会带来干扰，不利于蜕皮。”
上述三个问题之间呈平行逻辑关系，简单的探究问题串不但让学生运用了低阶思维方式，而且引发了学生深层次的思考。这种强有力的思维驱动效应不仅有利于学生运用记忆、理解等低阶思维方式探究科学问题，并能提升学生的归因、创造等高阶思维能力。
2.探究式问题串
设计、提出探究式问题串的过程是学生自我建构知识的过程，这一过程有助于学生形成严谨的科学态度、正确的思维方法与务实的科学精神。教师要引导学生从现实生活中发现与提炼探究式问题，促进自身知识的建构。探究式问题串有多种解决方法，有时甚至要求学生整合不同领域的知识方能求解，有助于培育学生演绎推理、模型建构、批判思维、归纳与创造等高阶思维能力，建构科学概念。
例如，教学《不同的声音》时，教师用玩具钢琴弹奏一段乐曲之后，学生对探究声音音调有高有低的原因产生了兴趣，学生会产生疑问：“为什么看起来一样的琴键按下去产生的音调有高有低呢？造成音调高低的主要因素是什么？”针对学生的问题，教师设计了一系列验证性问题：（1）粗橡皮筋和细橡皮筋，哪个弹出的音调高？（2）长橡皮筋和短橡皮筋，哪个弹出的音调高？（3）松橡皮筋和紧橡皮筋，哪个弹出的音调高？（4）通过对以上探究实验进行分析归纳，我们可以得出什么结论？
教师让学生对这些验证性问题进行探究，解决自己提出的问题，能培养学生综合运用多种思维类型的能力。例如，第三题需要学生排除各类干扰因素，实验操作准确无误，方能得出正确结论；第四题为学生提供了批判性、反思性、推理性思维空间，有助于学生评价性、创造性思维的发展。学生直面新问题情境时要整合观察与探究的发现结果，经过分析、推理、归纳、反思等思维过程，最终发现橡皮筋与音调高低之间的关系：橡皮筋引起振动频率快慢导致音调高低不同，建构起了“声音音调高低取决于物体振动频率快慢”的科学概念。这种引发学生认知变化的“做思结合”的学习活动，是学生高阶思维培育的关键环节。
3.遞进式问题串
教师在搭建问题支架时进行恰当的教学干预，对培育学生的高阶思维能力至关重要。递进式问题串实际上为学生搭建了一个难度适中、思维分级、导学激趣的学习脚手架，使学生在由浅入深、环环相扣的精细化科学问题情境中不断建构知识，提升高阶思维能力。
例如，教学《铁钉生锈了》时，教师设置了一级问题“什么样的环境，铁钉会生锈呢？”统领后面三个二级问题：（1）无水无空气的环境，铁钉会生锈吗？（2）水和空气有其一的环境，铁钉会生锈吗？（3）有水有空气的环境，铁钉会生锈吗？三个问题之间存在层层递进的逻辑关系。教师通过设计“两者均不满足”，“两者只满足其一”以及“两者均满足”三种条件呈递进关系的问题串，探究空气和水与铁钉生锈之间的关系。学生通过观察、分析、归纳、整合与评价实验现象，得出“铁钉生锈源于空气和水”的结论，使自身的思维方式逐渐从低阶走向高阶。
教师设计递进式问题串有助于搭建学生思考的有效支架，引导学生自觉对比与梳理实验现象，在各阶段探究过程中发现实验现象蕴涵的原理。学生运用整合、解构、归纳等高阶思维能力，能发展思维的严谨性与逻辑性。
4.延展式问题串
教师设计延展式问题串有助于培养学生的发散思维，延展式问题串呈现于教学的巩固与拓展环节，有助于学生在巩固所学知识的基础上，构建系统化与结构化的知识，突破科学探究的难点。
例如，教学《变色花》时，教师设计了如下延展式问题串：（1）紫甘蓝水与不同物质发生反应呈红色、紫色、绿色说明什么？（2）紫甘蓝水分别与茶水、白醋反应呈现不同红色说明什么？（3）紫甘蓝水分别与石灰水、小苏打水反应呈现不同绿色说明什么？（4）分析以上问题我们可以收获什么？教师引导学生围绕上述问题串，制订实验方案并进行操作，通过分析、归纳与反思实验现象，促进学生思维的立体化与纵深化发展。
上述问题之间呈现出延展关系：第二、三题是第一题的延展，第四题与前三个问题之间形成递进关系，是前三个问题的升华。教师在经典实验基础上，模拟经典实验设计生活化延展实验，并设计出延展式问题，有助于唤醒学生发散思维、类比推理思维，引导学生深度反思模拟实验，强化学生对酸碱指示剂、酸性、中性与碱性物质概念的理解，同时学生也延伸出对定性实验多样性与可研究性的认知以及对酸碱物质强弱比较的认知。
延展式问题串重在唤醒与分析，即唤醒学生储备的科学前概念并分析已有认知情境的要求，帮助学生理解与内化经典实验的共性特征。学生经历了对整体实验现象与本质的思辨过程，加深了思维深度，掌握了多维链接技能，极大地促进了自身的分析、评价、创造等高阶思维能力向纵深方向发展。
三、反思与总结
这四种探究问题串各有优点：并列式问题串的问题呈平行结构，有助于学生理清知识脉络，实现从低阶思维向高阶思维转换；探究性问题串的核心是“探究”，有助于引导学生从实验现象看出本质，进而提出问题、分析问题与解决问题，实现培育学生科学探究意识的目的；递进式问题串有助于学生形成逐层递进思维方式，加深思维深度与拓宽思维广度；延展式问题串有助于学生形成发散思维、类比推理思维，进而将已学知识系统化与结构化，形成系统性思维框架。当然，教师在教学同一个知识点时，可根据不同的学情选择不同形式的问题串，也可将之整合使用。
哈佛大学心理学教授D.Perkins认为，高阶思维能力就像百米赛跑一样需要训练才能掌握。[3]因此，教师以探究问题串为抓手设置贴切的问题情境，引发学生深层次思考，凭借探究来独立分析解决问题，能培育学生的高阶思维能力。这与日本数学家广中平佑所倡导的“长期思考有助于思维发展，缺乏经历或充分体验长期思考训练，就无法深刻思考问题”[4]观念不谋而合。因此，在实际教学中，科学教师要充分利用探究问题串，设计多样的探究问题，推动学生高阶思维的发展。
参考文献：
[1] 王后雄.“问题链”的类型及教学功能——以化学教学为例[J].教育科学研究，2010（5）：50-54.
[2] 王露萍.试论化学教学中的“问题链”设计[J].化学教学，2011（3）：6-10.
[3] 钟志贤.促进学习者高阶思维发展的教学设计假设[J].电化教育研究，2004（12）：21-28.
[4] 李愉均.高阶思维视域下的小学科学探究性问题串设计策略[J].中小学教师培训，2012（12）：50-53.
（责任编辑：夏豪杰）
