科学课堂活动教学课型谱系的优化

第二节　科学课堂活动教学课型谱系的优化

在教学过程中，某一学习内容（纵坐标）转化为问题连续体，相应的，某一时段的活动基元（横坐标）转化为活动连续体。沿纵坐标从事实到探究，“逐步加深对下列自然科学中统一的概念与原理的理解：物质、运动与相互作用，能量，信息，系统、结构与功能，演化，平衡，守恒”⁽⁷⁾，当然，在这个过程中，作为科学学习特征的实验与探究，也是必不可少的学习内容与学习方式。

一、从问题连续体角度对课型的优化

这是对课型谱系纵坐标优化的思考。纵坐标是有层次的学习内容，也是一种知识问题化的结果，在教学设计中，转化为问题连续体，于是，对纵坐标的思考，也就转化为对一种由学习内容组成的问题连续体的思考，是一个从已知到未知的发现过程。

（一）创造程度角度的问题分类

梅克和斯克维把解决该问题所需的创造性的程度来划分等级，即从教师和学生两方面，就问题本身、解决问题的方法、答案这三个维度的已知或未知状况，或从问题、方法、答案是唯一的、系列的还是开放的这些不同层次，把问题分为五个类型（见表9‐1），构成了问题“连续体”，被称为“梅克——斯克维的问题类型连续体”或“Discover问题连续体矩阵”。

表9‐1　问题的基本类型⁽⁸⁾

梅克的“问题连续体”作为操作工具来设计教学中的多类型“问题”，即把问题按解决它所需的创造性的程度，随着问题结构性的递减来划分等级。

类型一：师生知道该问题及其解法，但问题的正确答案只是教师知道，对学生来讲是未知的。问题、方法和答案都只有一个。

类型二：问题已为师生所知，但问题的解法及其答案只有教师知道，问题、方法、答案也都只有一个。

类型三：问题为师生所知，有一系列方法可以解决，且有一系列的答案或结论，解决方法及答案对学生来说是未知的。这种问题，有不止一个正确的或被认可的答案。

类型四：有一个定义清楚的问题，且为师生所知，但方法和答案师生都还不知道。这种开放式的问题可有多种方法解决，并可有无数个答案或结论。

类型五：对于问题的提出者和解决者而言，问题、方法和解答都是未知的。这类问题的一个例子是：学完溶质质量分数后，要求学生观察与思考现实生活中哪里用到溶质质量分数，自行提出有关问题并加以解决。在这类问题的解决情境中，在解决问题之前，问题的解决者必须自己先定义问题。这种类型问题的解决，允许个人发挥最大限度的创造性，也要求个体具有“发现”或“定义问题的能力”。

（二）日常教学角度的问题分类

问题的分类方法是多样的。教学中的问题习惯又分为“是什么”“为什么”“怎么样”“怎么办”四类，这四类问题都可以源自教材、教师、学生，但问题的质量并不决定于问题的来源。一节课中通常同时存在着四类问题，形成问题连续体，如“物体为什么会下落”⁽⁹⁾中，按教材的教学序列是这样的：

是什么类：松开抓在手中的书，会发生什么现象？这是重力作用的事实，形成重力概念。

为什么类：为什么书会往下掉？这是重力产生的原因，找到符合力原理的解释。

怎么样类：把一个重物系在一条细绳下，会出现什么情况？这是重力的规律，为建立力学体系打基础。

怎么办类：这张桌子放水平了吗？这是利用重力解决问题，发现与主题相关的问题。

当然还包括对重力大小影响因素的探究。

教材的编排体系中就隐含着这四类问题，也隐藏着与学生学习能力相适应的结构化，目录中也会有四类问题分类的冰山一角。

“是什么”类问题，如《科学·七年级上》（2012课标浙江版）中的第3章中的第1节“地球的形状和内部结构”⁽¹⁰⁾。这一类问题对应于“梅克‐斯克维的问题类型连续体”中的第一类问题。这类问题，基本是事实水平的问题，通常是以了解某个别范例的事实为目标。要求学生对事实在进行感知的基础上解决问题。

“为什么”类问题，如《科学·七年级下》（课标浙江实验版）第2章中的第5节“物体为什么会下落”、《科学·八年级上》（课标浙江实验版）第2章中的第6节“为什么会降水”、《科学·八年级下》（课标浙江实验版）第4章中的第1节“指南针为什么能指方向”等。这一类问题对应于“梅克‐斯克维的问题类型连续体”中的第二类至第四类问题。第二类问题，仍然是事实水平的问题，但需进行必要的推理等思维活动方能解决问题，如用到已有实验等知识与方法。第三类问题，是以形成概念、掌握原理或规律、认同模型或理论为目标。注意引导学生从个别扩展到“类”，再从“类”把握其背后的规律。学生不仅需要完成抽象概括的过程，还要完成从系统化到具体化的过程。第四类问题是运用所掌握的概念、原理、规律、模型、理论，把握该“范例”的上位主题，以解决主题范围内的定向问题为目的。引导学生发散思维，主动参与，互动合作，解决问题。

“怎么样”类问题，如《科学·八年级下》（课标浙江实验版）第2章中的第4节“生物是怎样呼吸的”、《科学·九年级上》（课标浙江实验版）第1章中的第3节“探索碱的性质”等。探索碱的性质因为有了前一节“探索酸的性质”为基础，所以方法上学生就有了参照，重心自然就落在探索的结果是“怎么样”上。这一类问题大致也对应于“梅克‐斯克维的问题类型连续体”中的第二类至第四类问题。

“怎么办”类问题，如《科学·九年级上》（课标浙江实验版）第1章中的第2节“探索酸的性质”等。“探索酸的性质”首先要面对的是我们应该“怎么样探索”的问题，这种问题大致对应于“梅克‐斯克维的问题类型连续体”中的第三类或第四类问题。而《科学·九年级下》（课标浙江实验版）第4章中的第3节“实现可持续发展”等问题，对应于“梅克‐斯克维的问题类型连续体”中的第五类问题，“对于问题的提出者和解决者而言，问题、方法和解答都是未知的”。⁽¹¹⁾第五类问题是在主题范围内自行发现与主题相关的综合性问题，自行提出解决方案，解决问题，如STSE、实验设计、探究等范围的内容。要求学生不仅提高解决真实问题的能力和创造性，同时要完善对人、对世界的态度、情感和价值观。

（三）问题连续体

我们按教学中结构化程度的高低排序（见图9‐2），组成一个由不同结构化程度的问题类型组成的连续体，这是对纵坐标的另一种结构化的目标与追求，从居于纵坐标下端的“事实”到居于纵坐标上端的“探究”，问题类型的发展过程中，学习的性质由教师主导向学生自主过渡。这四类问题与“梅克‐斯克维的问题类型连续体”在结构上有相似性，从结构完善、问题封闭、因素单一、答案求同到结构不良、问题开放、因素综合、答案求异。反映了教与学从书本到实践、从基础学习到发展创造力、从学科领域到真实生活、从接受学习到发现学习的连续性，并共同构成有机统一的整体。

图9‐2　不同问题类型的结构化程度组成的问题连续体

在教学实践中，课型谱系纵坐标中“事实、概念、原理、规律、模型、理论、STSE、实验、探究”的序列，与“是什么、为什么、怎么样、怎么办”等不同问题类型的结构化程度组成的问题连续体序列有比较高的一致性。“事实”等对应于“是什么”的问题，是对教师教学和决策的强调，主要是知识问题化的结果。“探究”等对应于“怎么办”的问题，是对学生生成和指导的强调，主要是问题解决问题化的结果。

“低结构化问题”以“怎么样”“怎么办”这类问题为主，“学生解决问题的方法与结论开放、综合”，需要学生“主动参与、主动探索、主动思考、主动实践”，运用所掌握的概念、原理、规律、模型、理论，解决STSE、实验设计、探究等范围的内容，强调“对学生生成和指导”。低结构化的问题需要学生发现的眼光和探究的勇气，学生在一定的主题情境下自行发现与主题相关的综合性问题，自行提出可行的解决方案解决问题。要求学生不仅解决真实问题，还要在解决问题中产生新的问题，同时完善情感、态度和价值观，是问题解决问题化的学习过程。

相反，“高结构化问题”以“是什么”类问题为起点，“学生解决问题的方法与结论单一、客观”，需要教师以学生必须掌握的核心知识为主导，强调“教师的教学和决策”。高结构化的问题，通常是以了解某个别范例的事实为目标，基本是事实水平、原理、规律、模型、理论、实验等简单再现的问题，要求学生对事实在进行感知的基础上解决问题，课堂教学中利用简单的问答、观察、讲授等高结构化的活动就能实现，是知识问题化的学习过程。

从问题的结构看，“是什么”类问题是相对封闭和收敛的，而“怎么办”类问题是完全开放和综合的，其他问题处于这两个极端之间，呈现出“系列的、连续的”状态，而不是相互隔绝、彼此独立的。

从解决问题的方法看，“是什么”类问题仅有一种方法，而“怎么办”类问题有无限种方法，在这两个极端之间，解决问题的方法从一种到多种，再到无限种，呈现出多样性和开放性。

从问题的结论看，“是什么”类问题有着单一正确的结论，“怎么办”类问题通常是非常开放的，以至于也许有无数个可能的结论或根本就没有正确的结论，具有高度的主观性。对问题连续体来说，从“是什么”类问题到“怎么办”类问题，解决问题的结论也从一元到多元呈现出多样性与开放性。

问题连续体是对学习内容的一种细解，可以帮助我们在课堂设计中能更加精细而准确地选择活动基元，从而达到课型优化的目的。

二、从活动连续体角度对课型的优化

这是对课型谱系横坐标优化的思考。横坐标是有层次的活动基元，也是一种问题活动化的需要，在教学设计中，转化为活动连续体，于是，对横坐标的思考，也就转化为对一种由活动基元组成的活动连续体的思考。因为学生的学习方式体现在各种各样的活动中，所以，这也是一种由学习方式组成的活动连续体，是一个从接受到自主的发现过程。

为了能从一定程度上说明“科学课堂活动教学”与其他各种科学教学方法的异同，我们分析了科学课堂活动教学中常用的活动基元，按教学中结构化程度的高低，排了一个序列（见图9‐3），组成一个由不同结构化程度的活动基元组成的连续体，这是一种课堂教学结构化的目标与追求。

图9‐3　不同活动基元的结构化程度组成的活动连续体

在教学实践中，课型谱系横坐标中“讲授、观察……探究、发现”的序列，与不同活动基元的结构化程度组成的活动连续体序列是一致的。“讲授”是对教师教学和决策的强调，主要是问题活动化的结果。“发现”是对学生生成和指导的强调，主要是活动问题化、问题解决活动化的结果。

“低结构化活动”以探究与发现为最要，是学生自主的“发起深层探索与活动”，强调“对学生生成和指导”。

“高结构化活动”以讲授与观察为起点，是教师主导的“决定教学内容与方式”，强调“教师的教学和决策”。

低结构的活动如发现或探究，能比较充分地培养学生的自主、合作、探究学习方式。相反，高结构的教学活动，教学内容的陈述详尽，步骤清晰，活动材料交代具体，可操作性强，往往使教师按部就班即可实施活动。

从活动的结构看，讲授、观察等活动对学生而言是相对被动和封闭的，而探究、发现等活动是比较自主和开放的，其他活动处于这两个极端之间，呈现出“系列的、连续的”状态，而不是相互隔绝、彼此独立的。

从活动的方式看，讲授、观察等活动是以教师为主呈现的，学生只能“用这个方法面对这种活动”，而发现、探究等活动学生就会有更多的机会与更多的可能方法，在这两个极端之间，活动的方法从被动走向自主，呈现“主动参与、主动探索、主动思考、主动实践”的科学课堂活动教学基本特征。

从活动的结果看，讲授、观察等活动产生的学习结论普遍趋同，而探究、发现等活动学生的学习结论有较大的差异性，各角度的异中求同，可让加深对问题的理解。对活动连续体来说，从“讲授、观察”到“探究、发现”，活动的结果因“主体活动”的增加而各自多元发展。

“教和学之间的关系结构比较适宜于用‘条件性活动’与‘目的性活动’之间的关系范畴去描述和概括，教师教是学生有效地学的条件性活动，学生有效地学是教师教的目的性活动。教学活动的基本结构是条件—目的性活动结构。”⁽¹²⁾所以，问题连续体、活动连续体中既包含条件性活动，也包括目的性活动，问题的结构化与活动的结构化是科学课堂活动教学的思考重点。

三、课型教学定式与衍生变式的优化

课型谱系中，“左下角”的课型，如“事实·讲授”“概念·讲授”“事实·观察”，是一种高结构化的课型，是以教师为中心的教学定式，这类课型在教学中也有固有的价值，相应的如“科学观察”⁽¹³⁾“地形和地形图”⁽¹⁴⁾“组成地壳的岩石”⁽¹⁵⁾等事实内容的教学。当然，这种课型中较多地把教学过程呈现为教师系统地向学生传授知识的过程，课堂中教师单方面的活动较多，学生不容易找到自主实践的感觉。优化的方法可以是借助学习要点的精选，借助于教师对问题的精心设计，选择结构化程度较低的活动基元，吸引更多的学生主动参与，促进课型从一种定式向学生更为自主的方向衍生，一个新的课堂教学变式产生了。这是我们在课堂教学中应该努力的方向，也是课型谱系带给我们的启示。

课型谱系“右上角”的课型，如“探究·发现”“探究·探究”“实验·发现”“模型·探究”“规律·发现”，是一种低结构化的课型，是以学生为中心的教学定式，这类课型是近期课程改革所倡导的，在概念、规律、原理、实验、探究等学习内容的教学中，都能充分体现出它们的优势。相应的如“物体为什么会下落”“光合作用”“指南针为什么能指方向”“地球仪和地图”“探索酸的性质”等内容的教学。

其中对“探究”的“探究学习”，虽然这种课型还不常用，但也不是不可为，这是课型谱系带给我们的一种思考方向。如“光合作用”的教学课型：

讨论·事实学习：绿色植物能带给我们什么？

思考·探究学习：植物能带来氧气吗？实验设计再现1771年普利斯特勒利用植物把污浊的空气变成新鲜的空气。

演示（实验）·探究学习：利用溴百里酚蓝探究植物（金鱼藻）在光照下能吸收二氧化碳。同时再现1779年英根豪斯“绿叶在光照下才能制造氧气”实验。

实验·探究学习：实验设计再现1864年德国科学家萨克斯的实验，探究绿叶淀粉的产生及其条件（光、叶绿体）。

阅读·探究学习：1648年，海尔蒙特把2.27千克的柳枝栽培在装有90千克（烘干）土壤的木桶里，并只用雨水浇灌（不供给任何其他物质）。5年后，他发现柳树增加了74.33千克，而土壤只减少了0.0567千克。⁽¹⁶⁾定量角度讨论、探究这些数据的意义。

问答·原理学习：光合作用的原料、条件、产物。

发现·模型学习：光合作用的文字表达式。

思考·概念学习：现在你对光合作用有什么认识？还有什么进一步的想法？

光合作用的科学史料是比较丰富的。

1648年，荷兰化学家赫尔蒙（海尔蒙特）第一次用实验方法对植物的生长进行了科学研究。他得出这样的结论：植物一定是用水来制造它所需要的物质。⁽¹⁷⁾

1771—1780年，英国化学家普利斯特勒进行了有关光合作用的重要实验。他将燃烧的蜡烛和一只活的小家鼠放在有一定空气的密闭瓶中，他发现，点燃的蜡烛火焰慢慢变小，最后熄灭，而小家鼠也慢慢死去。但是，如果在瓶中放置一株活植物，上述现象便不会发生。他由此断定：绿色植物会向外排放他称之为“活命空气”的气体即氧气，它似乎是动物呼吸的逆反应。

1779年，英根豪斯出版了《植物实验：发现植物在阳光下净化空气的巨大能力以及夜间和阴天对这种能力的破坏》一书。这是一部关于光合作用研究的奠基性著作。正是在这部著作中，英根豪斯把人们对植物与光、空气（二氧化碳与氧气）和水的关系的认识，概括成一个经验公式：

这是人类第一次用化学语言对光合作用的表达，初步揭示了光合作用反应过程各个侧面之间的联系，在认识上完成了从分析到综合的飞跃。

课型优化的方式，是以海尔蒙特等科学家的科学探究史为中心重组学习内容，从分析到综合实现课堂教学中对科学探究的再探究，带来课堂教学全新的变化。

如同实验的“实验学习”越来越受到科学教学的重视一样，相信随着课程改革的深化，对探究的“探究学习”也会在不断的探索过程中成为一种教学常态。

这种课型不是简单地否定“教师中心”，而是对“教师中心”作用提出了更大的挑战，教师要指导学生在活动过程中获得直接经验，在学生获得直接经验后，突出对学生获得经验的提升，并形成知识体系，避免因学生活动而“忽视书本知识系统”。