提升学生问题表征能力的思考与实践*

伯海英 （福建省厦门市教育科学研究院 福建厦门 361004）

问题解决能力是学生素养中的核心能力，必须在问题解决过程中形成和发展。有意义的学习离不开问题解决，学生理解问题情境中的关键信息，并应用所学知识、技能进行比较、分析、综合、推理等解决问题，有利于发展其高阶思维，实现深度学习。然而，当前初中生物学教学囿于低阶认知目标的现象仍普遍存在，有些教师认为，对于初中学生而言，真实的问题情境过于复杂，因此，对情境过度抽简精炼，或由教师对情境进行详析，以一种“简化”方式教给学生。实际上，少了“问题表征”环节，对发展学生的问题解决能力十分不利。问题表征不到位已然成为初中学生解决生物学问题的瓶颈，笔者通过课堂观察和访谈对改善学生问题表征问题进行了实践探索。

1 对问题表征能力的基本认识

美国心理学家西蒙认为，在解决问题的过程中，当需要解决的问题起始状态是A，目标状态是B，且A→B 的路径未知或不够清晰时，产生的认知冲突状态就是“问题”；解决问题需运用知识、方法、策略等将已知信息进行转化，打通A 到B 的通路，问题表征是解决问题的第1 步[1]。问题表征是学生将情境信息与自身已有知识、经验、解决问题图式等相结合，分析需解决的问题是什么（目标状态），有哪些条件或限制（起始状态），需哪些相关知识和方法（路径）等。即问题表征是学生对具体的问题信息进行感知提取、理解内化、转换表达的认知过程，直接影响解决问题的方向和效率。笔者在课堂观察和学生访谈中发现，不少学生无法解决问题不是因为知识缺失，而是因为看不懂题意、错失关键信息或理解偏差。

观察和访谈的研究表明，学生表征初中生物学相关问题时，主要受问题情境、知识理解和结构化程度及思维能力和方式的影响。问题情境即呈现问题的方式。学生对问题情境的熟悉程度，以及在同类情境中解决问题的经验和技能，直接影响其问题表征。在同等问题难度下，呈现问题情境的方式越新颖，学生问题表征费时越多，不完整表征的可能性越大；在相同新情境下，知识丰富且结构化程度较高的学生，更容易捕捉关键信息，准确关联相关知识，快速形成对问题的正确表征。

2 初中生物学问题表征常用方法及应用

为了方便讨论，将学生需要解决的问题分为2 类，一类是课堂学习任务，另一类是应用知识解题。课堂学习任务具有一定的综合性，需合作并展开解决问题的过程；应用知识解题，更多倾向于学生独立思考的过程。这2 类问题需要的问题表征方法既有共性，也有不同。

2.1 标注关键信息 这是解题最常见的策略之一，主要指向学生的字面表征，要求学生捕捉并理解问题中的关键词句。教师经常强调在解题时应标注关键信息，但很少概括哪些是关键信息。实际上，学生真正困惑的是“哪些是关键信息？”关键信息是指题目情境中与答题有关的信息，选择题往往涉及具体生物、约束条件、图注信息、问题落点等；非选择题中信息更丰富，以科学探究类试题为例，往往涉及研究目的、实验原理、实验变量、研究步骤、实验结果图表等。

例1，黄豆种子在萌发过程中，胚根发育成幼根需要的营养物质主要来自（ ）。

A.胚芽 B.胚根 C.胚乳 D.子叶

例1 是一道简单的选择题，起始条件是“黄豆种子”“胚根发育成幼根需要营养物质”；要解决的问题是“营养物质来自哪里？”学生正确表征问题时需进行如下转换：①黄豆是双子叶植物；②黄豆种子的营养主要储存在子叶中；③胚根发育成幼根发生在种子萌发过程中。其中，关键信息是“黄豆是双子叶植物”，一旦误判就可能错答。

不同水平学生的字面表征能力有显著差异，教师指导策略应有不同。尤其是文字量较大的非选择题，对于优秀学生来说，可在首次快速浏览题目时做一部分标注，再结合设问补充、确定关键信息；对于学习水平中等或较低的学生，应先通读题干，了解概要，再从问题出发有针对性地阅读和标注，甚至还需多次阅读才能有效定位。研究表明，学生的字面表征能力与其阅读能力相辅相成[2]。教师应通过有针对性的训练提升学生科学阅读的能力，使其掌握标注信息的方法，提升问题表征的速度和准确性。

不同的试题呈现方式及标注关键信息的策略不尽相同。例2 以图解形式呈现资料，信息量较大。在快速通读、大致了解内容后，应通过设问反向阅读，才能有针对性地标注有效关键词。

例2（2020 年福建省生物学中考第29 题），人类社会的发展史也是人类与传染病的斗争史。阅读资料（图1）并回答（问题略）。

图1 2020年福建省生物学中考第29题图

2.2 运用图解分析 学生用图解理解问题的方式即图解表征。在课堂学习和解题中均可运用图解进行问题表征。较常用的概念图、思维导图能帮助学生建立与解决问题有关的概念、方法之间的相互联系，提高解决问题的水平。一般来说，学生绘制的图解越丰富概念表征的水平越高。

例3 是在复习课中设计的一个学习任务，要求学生综合所学知识为菜农提高大棚番茄产量提出建议。学生在问题表征时，首先，要明确问题的起始状态是在“温室大棚”种植番茄，目标状态是“提高产量”；其次，在符合起始状态条件下，围绕提高产量这一目标分析相关因素。多数学生能联想到“提高光合作用强度”，部分学生能联想到“降低呼吸作用强度”，其他因素则很容易被忽略。

例3，菜农李伯伯在温室大棚中种植番茄，如何提高番茄产量？请结合所学知识为李伯伯提几点合理建议。

本例中，学生对于“提高产量”问题的认识是笼统、模糊的，经小组讨论逐渐完善图解（图2），将该主问题分解为提高光合作用强度、降低呼吸作用强度、选择优良品种、合理施肥、防控病虫害、松土及防涝等子问题，激活与子问题相关的知识经验，并针对每个子问题提出具体措施。可见，图解表征有助于学生激发思维、拓展角度，问题表征越清晰、准确，越有利于解决问题。

图2 提高大棚番茄产量的分析图解

在教学过程中，教师可通过示范指导学生运用不同的图解将解决问题的过程可视化，帮助学生在不同情境下灵活运用，例如，在表征遗传信息传递过程时运用简易遗传图解；在表征不同类群生物特征时使用韦恩图；在分析生物分类时采用二分法图解等。教师还可通过分析学生所表征的图解，掌握学生思维困难的节点，有针对性地提高学生的图解表征能力。

例4，农业部门在玉米产区推广“粮改饲”，将全株青贮玉米制成饲料，解决粮食玉米供过于求和优质饲料不足的问题，并有效控制焚烧玉米秸秆造成的大气污染。请从环境保护和物质循环的角度分析，青贮玉米作为饲料提供给牛、羊的好处。

例4 中，题干从环保角度提供了直接信息，学生比较容易作答。物质循环角度的问题表征如图3 所示。

图3 从物质循环角度分析青贮玉米饲料

通过图解可知，自然状态下，玉米长久堆放可被细菌、真菌等微生物分解，实现物质循环；如果被牛、羊取食、消化，可促进物质循环；同时，玉米通过光合作用积累的物质和能量，部分进入牛、羊的体内，物质和能量被再次利用。这样，从物质循环的角度至少可分析得出2 个好处：①促进物质循环；②提高能量利用率，使能量流向有利于人类的方向。上述图解中，表征困难的学生往往容易缺失其中一条或数条，教师可根据学生的表征有针对性地指导。

2.3 使用数学符号 将情境信息转化为数学符号或公式以理解问题的方式，称为数学表征，常用于实验情境的题目。通过对数据的分析、转化，学生理解问题初始状态和目标状态之间的逻辑关系。

例5（2018 年福建省生物学中考第25 题改编），将某植物分别置于温度为20℃和25℃的密闭环境中，均先持续光照12 h 后，测得光照下密闭环境中二氧化碳（CO2）的减少量；然后黑暗处理12 h 后，测得黑暗时密闭环境中CO2的增加量，实验结果如表1。

表1 实验数据记录表

请回答：

1）光照12 h 后，植物光合作用消耗的CO2总量较大的是 组。

2）24 h 后，植物积累有机物较多的是 组。

本题的情境较为复杂，教师可指导学生用数学方法进行问题表征：①将表格中“光照12 h CO2的减少量”设为M，“黑暗12 h CO2的增加量”设为N，根据题意，明确M、N都是实际测得的值。②假设光合作用12 h 消耗的CO2总量为X，呼吸作用12 h 产生的CO2总量为Y。默认24 h 植物呼吸强度不变，则根据题意，Y=N，X=M+Y=M+N。

第1 小题问“光照12 h 后，植物光合作用消耗的CO2总量”，即X，所以应比较“M+N”的值，答案为乙组。第2 小题问“24 h 有机物积累”，即“光合作用产生的有机物总量－呼吸作用消耗的有机物总量”，可转化为CO2的变化分析，即“光合作用消耗的CO2总量－呼吸作用产生的CO2总量”，植物光合作用消耗的总量为M+N，24 h 呼吸作用产生的CO2总量为2 倍的N，因此，第2 小题应比较“M+N-2N”，即“M-N”，答案为甲组。

将题目信息转化为数学符号，结合生物学概念原理，能较清晰地表征问题的已知条件及限制因素，例如，将本题的时间、光照等因素，建立已知和未知之间的正确逻辑关系，使问题得以解决。

初中生物学探究类题目往往涉及较复杂的信息，可结合图解和数学模型进行分析，图解用于分析题干中原理、步骤等关键信息，数学符号用于分析实验结果，除了以数学符号代表外，还可采用直方图、曲线图、饼图等形式，使数据表征直观化。

2.4 编制信息分析表 学生接触到一个新问题情境时，首先要界定问题，分析已知和需要知道的信息，才能形成解决问题的方案。例6 是一项课堂学习任务，要求学生设计实验论证自己的观点。为此，学生需要调动已有的知识、方法，通过绘制问题表征图解形成思路（表2）。

表2 实验设计思路分析

例6，二氧化碳是否为光合作用必需的原料？请设计实验证明你的观点。

教师可通过不完全示范、巡视指导等帮助学生深度、全面分析。所谓不完全示范，就是在分析表中提供部分分析角度和信息，说明其用意，以便学生模仿完成其他部分。此外，在巡视过程中，教师可采用启发性、激励性语言加以引导，例如，“我们已学习的……与此是否有相似之处？”“如果想要……应该先知道什么？”“这个方法抓住了解决问题的关键”等，为正确表征问题予以必要的支持。

总之，教师应重视通过具体方法引领，加强对学生问题表征能力的训练，并将这种训练持续融入学生的学习过程。养成良好的问题表征习惯并非一朝一夕之事，只有在日常学习中经常面临解决问题的需求，不断亲历问题表征过程，学生才能真正提升解决新问题的信心和能力。