张红霞：教学中如何体现科学思维——课堂提问策略初探

 

来源公众号：教育科学出版社　作者：张红霞

我的题目是“教学中如何体现科学思维——课堂提问策略初探”，这一内容对适配教科版科学教材的探究式教学或思维型教学的课堂来说更为适用。主要内容可以分为以下四个部分。

一、探究过程：问题的结构性。在思维型课堂中，提问的特点要根据科学本身的特点导出。比如在探究的过程中，教师的提问应依照科学研究的总体思路呈现一定的结构性。

二、求真精神：提问的批判性。科学求真精神一定是批判性的。教师在科学课堂中应尽量避免诸如“我们今天学了什么？”“你愿不愿意给大家分享一下？”这样的问题。

三、小心求证：表述的严谨性。科学要大胆假设，小心求证，反映科学思维的问题要严谨。教师的表述要严谨，避免学生因听不懂或理解错误，造成课堂的混乱与时间的浪费。

四、科学态度：研讨的民主性。科学的态度要平等、民主，这与德育的观念是一致的。杜威说：“科学精神和民主精神是一致的。”所以科学教育必须强调德育，关注民主、平等，即师生平等，学生之间的交流平等。

一 探究过程：问题的结构性

（一） 科学研究过程的一般结构框架

无论是自然科学还是社会科学，科学研究总体来讲都有以下几个步骤。

首先，需围绕实际问题展开文献综述，然后提出研究问题。举例来说，“怎样编好基础教育课程教材？”是实际问题，要将其分解成研究问题就要进行文献综述。所谓文献综述，即了解别人研究过什么、分析前人已经回答了哪些问题，刨除重复劳动。就上述问题而言，从课程教学论的视角，已有诸多专家进行过解读，更有大量现行教材及其评价可供参考。其中可能涉及以下与内容、年级密切相关的重要问题：“大单元究竟好不好？”“什么时候好，什么时候不好？”“用在几年级更好？”等；侧重大单元教学的还有“大单元适合哪些问题？”“大单元多大适合高年级，多大适合中低年级？”“大单元和项目式学习是什么关系？”等。这些均可作为研究问题。

然后，收集数据资料。教科版科学教材“大单元”的编写理念就是依据“项目式学习”的原理，因此，在提出上述研究问题后就应收集教材使用情况的数据资料，进行观察与实验，探究当前的编写思路是否正确。

最后，分析实验后获取的数据，进行交流与讨论，并据此提出新的假说。比如，讨论“哪一些大单元更好、更成功，哪一些还有问题？”“未来怎么改进？”，提出假说“不同的年级、不同的内容，需要用不同大小的单元”。大单元本身没有好坏之分，重点要看怎么编写。

科学研究论文的各部分与我们教材的各部分是有机联系的。例如，论文的第一部分是引言，即研究背景、实际问题，相当于教材中的情境。第二部分是文献综述，相当于教材“四大板块”中的“聚焦”。“聚焦”的问题需要教师通过情境提取出来，好比设置一个“圈套”，让学生能够通过这个“圈套”提出问题。第三部分是研究方法与设计，研究方法体现教材中实验设计的思路。第四部分是研究发现，对应的是学生的记录表。第五部分是讨论，对应教材中的“研讨”板块。论文中的讨论和文献综述是密切相关的，要讨论文献综述中提出的研究问题而不是引言中提出的实际问题，后者应当在最后的结论部分回答。上述是研究论文的结构，也是科学研究的结构，而教科版科学教材的“四大板块”就是简化后的科学研究的结构。

（二） 驱动问`与研究问题

在探究式教学或思维型教学中，要根据对科学研究的理解，提出有结构的驱动问题和研究问题。本文以芬兰拉沃宁（Lavonen）教授的案例为例，解释如何设计驱动问题与研究问题，如上图所示。驱动问题就是前文中的实际问题，类似于项目式学习中的驱动性任务，由此分解出一系列有结构的子问题即为研究问题，而这个分解的过程就对应教材中“探索”板块的设计。所以说，科学、工程都是为了解决实际的问题，只是实际的程度、大小有所不同。拉沃宁教授说：“应该用一个驱动问题，让孩子们自己提出研究问题。”本案例原是针对初中生的，用于小学生则需要教师给予更多的启发和脚手架。另外，这四个研究问题中，前两个问题是“模式”的，后两个问题是“因果关系”的。教师需要让学生建立一种认知，即能够对一个现象进行解释，先要回答“是什么？”的研究问题，这样的问题就是“模式”的；而后再回答“为什么”和“怎么样”的问题，这样的问题就是“因果关系”的。

再以《气味告诉我们》这一课为例，我们解析一个常见的错误设计。本课教材“聚焦”板块提出的驱动问题为“鼻子能够让我们区分不同的物品吗？”。教师在授课时没有采用这个驱动问题，而是让学生回答：“你能闻出多少种气味？”“你怎么描述物体的气味？”在学生描述时，教师又将关注点放在“气味”和“味道”之间的表述差异上，反复向学生强调。

“气味”和“味道”确实不同，但因为这样的描述偏差实际并不会影响后面的探究，所以学生说“味道”教师可以先不去在意；并且，本课的重点是让学生知道鼻子的嗅觉能够区分很多物品，而不是让学生比赛谁的嗅觉更灵敏，“描述物品是什么味道”这样知识中心的问题实则也并不重要。所以，接下来合适的研究问题应为：①不同的物品都有自己特殊的气味吗？②鼻子能闻出哪些气味？③没有气味的物品或气味相近的物品应该怎样识别？通过本课的学习，学生需要理解科学发现和知识记忆是不一样的。

根据兰本达（Lansdown）提出的探究研讨教学法，教学中要经历“探究-研讨”的过程，而在教材中则体现为“探索”和“研讨”两个板块。探究与研讨之间存在隐性的“质疑”环节，即学生在做的过程中提出自己的疑问，教师通过观察学生的探究行为（探索、质疑、研讨），发现学生的困惑与学习的难点，有选择地组织关键问题，然后点拨学生。所以，在这种情况下，小班教学是更好的。兰本达还给出了“‘探究-研讨’教学法促进学生科学概念建构过程的大致模型”。与我的想法不谋而合，该模型指出，科学概念建构的过程要经历感知、认同、同化（内化）和顺应，若能做好上述过程，即可建构出具备结构性特征、能为科学探究服务的问题，而非知识中心的问题。

（三） 单元内容结构与单课时问题结构

1.单元内容结构

科学探究过程与问题结构也可构成单元内容的结构。科学探究的过程就是围绕“情境”提出的驱动问题，然后分解出可以回答驱动问题的一系列研究问题，并针对这些研究问题设计实验方案、执行“探索”活动的过程。其中特别重要的是布鲁纳（Bruner）所说的“要把‘教科学’转化为‘做科学’‘讨论科学’”。探究过程反映思维过程，必然产生系列化、结构化的问题，学生的思维是否有效、有序、有深度，与教师提问的内容、顺序密切相关。

以“探秘恐龙”单元为例，教材单元结构的设计即为科学家发现恐龙、研究恐龙的科学探究过程。首先，学生会和科学家一样好奇：“我们没见过真实的恐龙，只见过博物馆里的化石，恐龙究竟是什么？”。带着好奇进行一定的探究学习后则会了解，恐龙并不是现存的动物，进而引发新的好奇：“化石是什么东西？在哪里？为什么化石会告诉我们那一地质历史时期的故事呢？”于是，开始挖掘恐龙化石，并据其分布，确定恐龙曾经的栖息范围。在获得化石后，学生和科学家都会好奇恐龙的大小，由此引发了测量各处发现的恐龙腿骨、头骨、恐龙蛋等的活动。最后，根据发现把不同部位的恐龙化石拼接起来、复原恐龙的样子，这个过程中学生通过工程技术的实践，使其与科学实现了无缝对接。

2.单课时问题结构

一节课中，课堂提问的问题串应由逻辑化的“驱动问题+研究问题+方法问题等”构成。以兰本达经典的《里面是什么？》一课为例。用一个不透明纸袋，让学生使用不同感官去猜袋子里面放的是什么。首先，教师拿出不透明的袋子，并说明可以将教师当作实验仪器，让学生通过实验探究，猜一猜“不透明的袋子里面是什么？怎样知道？”（驱动问题）。学生可能会指挥教师对袋子摇动、拍打、闻味道，等等。然后，学生提出自己的观点，教师就会反问“你为什么这么说？”或“你的根据是什么？”。这些提问背后暗含的研究问题是“你摸到的形状和记忆中的某物品形状一样吗？”，体现“关系”的特点。最后，教师还要提问“谁还有什么别的看法吗？”或“你们同意吗？”，这体现了科学态度，即不能仅凭个人观点下论断。

有结构的问题串的设计还要注意围绕驱动问题、环节紧凑和内化科学思维。上图呈现了一种常见的不恰当的问题串设计。（1）环节太多，安排一个项目化学习在一节课中完成，太过急功近利；（2）以端午节为情境引入，离题太远，亦未能触及本课真正的驱动问题，正确的问题应为“你的鼻子能帮我们区分所有的物体吗？”；（3）研究问题设计不当，提问学生“怎样描述香囊的气味？”，学生为了能够得到教师的表扬会努力思考形容词，把科学课上成了语文课；（4）因为驱动问题和研究问题已然偏离，探索环节就很难进入正轨，比如“做香囊”活动已经完全脱离了本课设计的初衷，即让学生意识到观察是非常重要的研究方法，观察的过程中要利用各种感觉器官的相互配合，单一的嗅觉是不能完成任务的。最终这堂课看似非常成功，内容丰富且跨学科，但是却没有达成科学思维方面最基本的任务。

再介绍一个体现逻辑与问题结构的案例，涉及的是声音与振动的关系的内容。物体的振动会产生声音，虽然这种声音可能不能被我们人耳所捕捉到。学生要建立“声音必须由振动产生”这一关系可能存在一定困难。因此，教师需要采用“归纳法”，先提问“橡皮筋振动产生了什么现象？”，然后换成尺子、音叉、小鼓等很多其他的物品，让学生自己去尝试、感受。

总而言之，驱动问题对应教材“聚焦”问题，其分解而来的研究问题需对应“探索”中的活动，必须在正确理解教材的基础上因地制宜，再进行创新，不能天马行空、随意分解。

3.结构化的活动材料催生问题串

（1）学具结构化，设置思维冲突

结构化的学具能够催生思维冲突，引导学生自发提出问题。比如小刀刻画花岗岩的活动中，如果时间充裕，学生通过刻画会发现花岗岩有三种硬度，因为花岗岩主要是由三种硬度相差非常大的矿物组成的；再比如将沙子、面粉、黑胡椒、红糖放进水中溶解的实验中，有的学生会提出溶解跟颜色有关，那教师就可以启发他把红糖换成白糖再次实验。总之，教师应当以结构化的学具为引导，给予学生充足时间进行沉浸式探究，观察他们的活动，以此发现问题，做出更有价值的提问。

（2）增加横向比较，不可纵向拔苗助长

课堂内容拓展应为横向，避免纵向深入违背学生认知规律。以《发现生长》一课为例，教材中根据人的生长设计了爬行、站立、行走这一内容顺序。有的教师认为这一编排太过简单，于是增加了诸如“我们会写字了”“我们能控制情绪不哭了”“我们能够助人为乐了”等内容。然而，这并不符合博物学原理，亦不符合一年级学生的认知水平，学生很难理解“情绪”“助人为乐”等概念。所以，教师在课堂中如确需增加内容，应横向拓展而非纵向深入。纵向深入即为科学史中后期出现的、与教育重演论倡导的不一致的内容。小学生做科学研究应遵循博物学原理强调真实体验与感官参与，这也符合皮亚杰的认知发展理论。

（四） AI评课

教师问题串设计完毕后，可利用AI评价提问是否合理。由于AI难以创新思考，其产出内容实际来自学习内容，故而高价值的AI评课需教师自身对本课驱动问题、研究问题、方法问题以及知识中心的问题理解透彻、有效区分。上图为AI评课的范例，供大家参考学习。

二 求真精神：提问的批判性

求真精神体现在提问的批判性上，教师应对学生观察的数据和给出的解释进行质疑。以《给植物画张“像”》一课为例，教师需对学生完成的科学画从客观描述、观察内容、数据真实性与模式正误等方面进行质疑，如上图所示。科学课的求真要区别于文学修辞中的拟人、夸张等。科学画是早期植物观察的重要记录方式，教师需引导学生认识到：科学需要求真，科学画要像照片一样完整地、真实地把植物记录下来。比如学生在科学画中给仙人掌画了眼睛，教师就应提出质疑：“你看到的仙人掌有眼睛吗？”当然，科学创新也需要形象思维，但是它和文学的形象思维是有区别的，主要分为思维对象不同、感情参与程度不同和作用地位不同三个方面（丁家顺，2000），具体如上表所示。

上图为缺乏批判性的教师提问示例，供大家思考。

三 小心求证：表述的严谨性

提问的遣词造句要准确、客观，无需声情并茂。再以《气味告诉我们》一课为例，教师提问：“我们闻出了他们有什么不同吗？”学生则会回答：“是洋葱和花椒，它们的气味不同。”教师提问：“还有谁愿意给大家分享自己的成果？”学生纷纷回答：“我愿意。”学生似乎积极响应了教师的提问，但这与教师想要的回答其实是不一致的。学生回答偏离的原因是教师提问的表达不够准确，此时教师应该提问：“谁的发现与这位同学的相同（或者不同）？”这才能引发学生的思考。

提问应注意区分确定性与可能性。再举两个正面的案例。第一个是通过设置困境与冲突引导学生自主发现。在《我们的身体》一课中，学生说：“我听到了心脏‘咚咚咚’的声音。”教师反问“你肯定那是心脏发出的？”，引发学生思考：没看到心脏，只是听到了声音，怎么知道发声的是心脏呢？于是，教师让学生听肚子里肠道蠕动的声音后再问：“那么这个是心脏的声音吗？”这里教师通过设置困境和冲突，让学生听到身体里面的声音不都是心脏的声音，然后再让学生讨论得出确定的观点：心脏的声音是有节律的，而肠道的声音是没有节律的。第二个是通过提前演示帮助学生做好准确用词的准备。在《观察与比较》一课中，驱动问题是“如何通过视觉区分物品”。教材中安排学生区分颜色的深浅。教师需提前吃透、完善“小情景”，比如预先展示杯子一滴滴加入酱油后水颜色的加深过程，在学生已有颜色加深的概念后再进行后面的活动。同时，教师提问的用词也需要规范，避免对学生的思路产生误导。

教师应引导学生围绕证据回答问题，并对模糊概念予以纠正。如上图所示，以《发现生长》一课为例，本课的意图是让学生理解有生命的东西是可以生长的，教师需要把学生的回答引导到身高变化这样具体的证据上。故而，不应追问“请你具体一点好不好？”这样不符合低年级学生认知情况的问题，而应循循善诱，将学生的模糊概念逐渐具象化，如：“妈妈都很清楚自己宝贝的年龄，但是我和同学们怎么知道你长大了呢，你能给出什么证据呢？”此时学生就会意识到，长大的证据就是“衣服小了”“小时候没有牙齿现在有了”，等等。所以，教师需要培养学生围绕“证据”回答课堂提问，思考自己所说的内容在不同地点或不同时间是否也是合适的。这种添加不同条件的“套路”，正是在培养学生的科学思维，培养他们像科学家一样思考，培养他们像科学家一样追根究底的思维方式。

教师应以活动材料说话，补充脚手架，将笼统的问题转换成清晰、具体的问题。在《气味告诉我们》一课中，教材给出的研讨问题为“通过闻气味，我们都判断对了吗？”。这一问题可转换成“我们通过‘闻’就可以正确区别两个布袋里的物品吗？”这样具体的问题。特别是对低年级的学生，教师可以设置更多的脚手架，将驱动问题和研讨问题分解成若干小问题，使其刚好与“探索”板块的活动一一对应。在《植物长在哪里》一课中，研讨问题是“生长在土壤里的植物，与生长在池塘里的植物有什么不同？”，此处教师应根据校园里的实际观察情况因地制宜地提问，并避免提问超出一年级学生理解能力的概括性的、综合性的问题。合适的提问如：“生长在土壤里的胡萝卜、小树，跟生长在池塘里的荷花、凤眼莲有什么不同？”“胡杨和芦苇、黄菖蒲有什么不同？”这样学生才能意识到，不同环境里生长出来的植物是不一样的。在《动物的“家”》一课中，研讨问题是“如果人们也用这些材料来建房子会怎么样？”。教师要根据材料的不同把问题分解，提问“如果人们也用草来建房子，会怎么样？”“如果人们也用泥巴来建房子，又会怎样？”等具体的问题。教师只有适当地给予学生脚手架，他们才能提出更好的问题，或者进行更有效地思考。

四 科学态度：研讨的民主性

研讨是科学探究的一个步骤，是一种民主生活方式，也是道德教育的内容和方式。本观点来自杜威的专著《民主主义与教育》，可以说，没有民主就没有科学，因为民主才能求真。要将耐心侯答、少讲多听作为科学教师必备的道德修养，否则不可能培养出有创新能力或者创新精神的下一代。另外，要允许学生观点和解释的多样性、暂时性和不确定性，不要预设标准答案。即便是像“自由落体运动”这样已经成熟的现代科学理论，在学生表达“重的东西先落下”时，教师也不要当场否定学生的行为，而应引导学生像早期的科学家那样去思考和探究，重演伽利略、牛顿的故事，之后他就会知道：“原来这么复杂的问题被我简化了，我必须一步一步地走。”同时，要鼓励学生成为提问的主体，学生只有在觉得不会招致批评或嘲笑的时候，才会主动提问。作为教师，我们不仅要关注教学内容和课时限制，更要关注学生的情感（具身认知理论）和认知能力等心理因素。

提问不是目的，目的是了解学生的思维，鼓励他们真正地思考。在《气味告诉我们》一课中，围绕研讨问题“通过闻气味，我们都判断对了吗？”教师已预设了答案。但是有个很优秀的学生没有按照教师的思路出牌，他觉得这个题目太简单了，所以站起来就说：“鼻子虽然可以区分物体，还有一些其他办法，但鼻子又有很大帮助的。”因为年龄太小，学生表达的逻辑并不清楚，也不够流畅。教师如果认真倾听了学生的话，就应该表扬他。相反这位教师移走了话筒，不加任何评判，等于是批评了他。这个学生很沮丧，然后缓慢地坐下来——一个优秀的学生就这样被逆向淘汰了。很多情况是这样，教师总会表扬那些反应快的，而真正认真思考了的，反而还被淘汰了。

课堂上，教师的沉默可能是积极的。兰本达的“一半对一半”理论说：“一节课，你如果一半时间让学生活动，一半时间自己讲课，那么你就是个及格的教师。”教师在课堂中要注意教与学的时间分配，以及学生活动内容与教师提问的密切配合。真正有结构的教材是“此处无声胜有声”的。什么叫“有结构”？就是不多不少，在学生需要的时候及时添加，不需要的时候不要添加，避免误导。

要营造宽松的探索环境，给学生充足的时间，而不是以培养学生的时间观念为由，对学生回答问题进行竞赛训练。就像汤明清老师在论文《指向高阶思维的课堂提问策略探究》中提到的一样，教师提问后应注意“留白”，让位于学生思考，便于学生进行知识的重组和建构。如果一名教师很难忍受课堂里的安静，那说明他还不合格。因为虽然学生的思维在活动，但教师的思维却停止了。教师只有学会思维，才能成为高水平的教师，就像兰本达一样。另外，对于学生错误的应答，教师应给予适当的反馈，可以是澄清、启发、追问、转问，而不是直接呈现正确答案或请其他学生代答。同时，对于学生的打岔行为，教师可以简要跟进、借科学史“拨乱反正”，或者谦虚地说“老师也不清楚，课后我们一起来探究这个问题”，而不是一味地批评，使课堂氛围变得紧张。

最后回到针对教科版科学教材的探究型课堂教学特点上，以一首打油诗概括：聚焦提问题，返璞戒华丽。放手做实验，材料是动力。探索有挑战，课堂易管理。材料有结构，沉默有意义。评价藏心里，研讨有目的。教材四板块，探索是基底。放手学生做，低调不抢戏。教学须忘我，学生有生气。

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