劉芷瑜 楊 青 胡 薇

(福建師范大學生命科學學院 福州 350108)

生物科學是人們在科學探究過程中逐步發(fā)展起來的，探究始于問題，只有觸及事物本質(zhì)的問題才能成為科學探究的起點，而對現(xiàn)象或情境引發(fā)的好奇與無知只是對疑慮的一種簡單表達，不具“探究性”。一個具有探究性的問題是滲透一定的知識理論、有所知又有所不知的“科學問題”[1]。提出一個“科學問題”是具備科學探究能力的表現(xiàn)，而科學知識要轉化為科學探究能力需要一定的探究技能。教師在進行科學探究教學時，如果其本身缺乏或沒有以正確的外部信息表征方式體現(xiàn)“提出問題”的思維方法和過程，將使學生難以提出“科學問題”。因此，明確“提出問題”的邏輯意義尤其重要。

1 生物科學史中“提出問題”的技能要素

縱觀科學家的探究歷程，在問題提出上都遵循一定的“范式”，現(xiàn)以高中生物學教學中“植物生長素的發(fā)現(xiàn)”為例，說明達爾文在“提出問題”中運用的技能。

1.1 科學探究中“提出問題”的歷程 達爾文在植物向光性研究中注意到人們熟視無睹的普遍現(xiàn)象——窗邊植物向窗外生長，且觀察到植物生長方向的改變發(fā)生在植株芽幼嫩部分的現(xiàn)象(觀察)。他綜合窗邊植物所處的環(huán)境發(fā)現(xiàn)這些植物均于單側光的環(huán)境下，同時剖析了彎向光源生長的芽內(nèi)部細胞形態(tài)，認為植物向光性是由于單側光下，芽發(fā)生不均勻生長(分析)。那么，單側光是如何使植物的芽發(fā)生不均勻生長呢？(提出疑問)對此，他以金絲雀虉草為實驗材料進行了對照對比實驗，通過實驗結果推測光接受點與效應點不同(實驗)，并據(jù)此假設單側光照射胚芽鞘尖端，使其產(chǎn)生“影響”下傳至胚芽鞘尖端以下部分即伸長區(qū)(想象)，使伸長區(qū)不均勻生長，導致植物向光性。

1.2 “提出問題”的技能要素 回顧科學史不僅是要明確其研究成果的進化過程，更重要是利用其反思科學的內(nèi)涵，領悟科學工作者的思維方式，從而以一種科學的態(tài)度對待科學及其應用。對高中生物學探究教學中“提出問題”涉及的技能，其要素間的邏輯關系及技能要點歸納如下。

1.2.1 觀察、分析并提出疑問 一個問題要與科學發(fā)現(xiàn)發(fā)生必然聯(lián)系，就必須與發(fā)現(xiàn)本身所提供的知識發(fā)生某種必然的聯(lián)系，就必然會對現(xiàn)有知識提出質(zhì)疑[2]。這里就涉及一個連續(xù)的過程，即觀察、分析和提出疑問。

信息加工理論界定的問題包含三個基本成分——給定(即問題的起始狀態(tài)，是導致現(xiàn)象發(fā)生的原因)、目標(即問題的目標狀態(tài))和障礙(即問題的起始狀態(tài)轉入問題目標狀態(tài)的阻礙)?？茖W問題是蘊含事物本質(zhì)的初始狀態(tài)[3]，通過分析可獲得導致現(xiàn)象發(fā)生的原因(給定)，但事物因受非本質(zhì)屬性干擾，要提出最終的問題，必然會產(chǎn)生障礙。由于障礙一詞對高中學生較為抽象，故特稱為“提出疑問”。其技能要點包括：①觀察：有目的的觀察(即指向引起情境發(fā)生的關鍵事物)、在事物間建立聯(lián)系的觀察等；②分析：以同中求異、異中求同或求變化程度來獲取事物間普遍聯(lián)系的實質(zhì)，并將其納入概念體系進行比較，進而獲得導致現(xiàn)象發(fā)生的原因(即給定)；③提出疑問：將給定與目標狀態(tài)進行比較，發(fā)現(xiàn)障礙。例如“探究細胞呼吸方式”中利用酵母菌制作饅頭(表1)。

1.2.2 概念分析或?qū)嶒?障礙本質(zhì)的揭示需要科學家對已有知識做進一步處理，從而發(fā)現(xiàn)已知與未知存在的某種必然聯(lián)系，依照不同情境采用不同處理方式。即運用概念的形式進行分析，比較同一概念體系中的不同事物，運用已知概念對未知對象進行分析，從而獲得未知對象的本質(zhì)屬性；或利用實驗來驗證對“疑問”的假設性解釋。其中涉及的技能要點包括：① 概念分析：從事物的現(xiàn)象、條件及邏輯等方面入手，分析比較已有概念和給定概念，運用同中求異、異中求同或求變化程度的方式獲得新信息，或通過異中求同歸納兩者共有屬性的本質(zhì)。例如“探究細胞呼吸方式”中比較物質(zhì)體外燃燒和饅頭制作(細胞呼吸)在物質(zhì)和能量方面的變化及發(fā)生條件，歸納兩者的本質(zhì)是徹底氧化分解有機物,釋放大量能量(表1)。②實驗包括設計和實施實驗(含進一步觀察)。

1.2.3 想象或推理 由于事物之間存在著直觀或非直觀的聯(lián)系，科學家在說明某些問題時，會借助包括推理和想象。達爾文在物種經(jīng)人工選擇與自然選擇的變異在生物連續(xù)世代發(fā)生的論證上，運用了歸納及類比推理。他提出，自然選擇和人工選擇在變異的存在及其效能上具有眾多共同屬性，因此人工狀態(tài)下變異會在連續(xù)世代中發(fā)生可類比至自然狀態(tài)下[3]。高中生物學探究教學在“提出問題”的過程中，常用到類比推理、歸納推理及演繹推理等。事實上，在科學發(fā)現(xiàn)進程中，僅著眼于邏輯途徑探索事物本質(zhì)是遠遠不夠的，科學探究中的想象需要更為嚴謹?shù)耐评砘驅(qū)嵶C，如果排除孟德爾在建構遺傳基本規(guī)律中應用的想象(如“遺傳因子”),則同樣不可能揭開生物遺傳的神秘面紗。想象或推理的結果是對障礙本質(zhì)的假設性解釋，“假設非臆測”，需將概念分析或?qū)嶒灚@得的概念納入概念體系，并以此為想象或推理的依據(jù)來揭示障礙本質(zhì)。其中涉及的技能要點為： 想象與推理均需以給定概念、概念體系及已有的科學理論為依據(jù)進行，想象指向當下不存在的事物(如達爾文提出的“影響”是他想象出來的)；推理指向挖掘新舊事物的一致性或相似性。

表1 “提出問題”的技能工具訓練：利用酵母菌制作饅頭

上述的概念分析、推理、想象及實驗可根據(jù)不同情境擇選使用，運用以上技能要素揭示的情境原因和障礙本質(zhì)，有助于指導定位“科學問題”，從而使科學探究有目的地進行。

1.2.4 分類、歸納和評價 課程標準對學生“提出問題”能力的基本要求包括“嘗試書面或口頭表述這些問題”，但目前大部分學生往往不能清晰準確地表述問題，甚至對已分析的情境無所適從，其主要原因在于缺乏整合已有信息的能力?！皣L試書面或口頭表述這些問題”要明確問題所屬類別(即分類)；需要將特定的個例劃入具有普遍性的概念體系中，以實現(xiàn)個別到一般的過程(即歸納)；將確立的問題運用所涉及的相關概念進行判斷，形成問題(即評價)。其中涉及的技能要點：① 分類：劃定問題所屬類別，例如探究酵母菌呼吸方式隸屬細胞代謝類問題；②歸納：將個別事物納入其所屬概念體系，以實現(xiàn)從特殊到一般的過程；③評價：運用概念對事物進行判斷，以確定一個科學規(guī)范的問題。

例如“細胞在有氧條件條件下進行有氧呼吸產(chǎn)生大量CO2嗎？”這里從“酵母菌”到“細胞”就是從個別至一般的過程。

2 構建“提出問題”的邏輯

認知心理學將提出問題的過程分為三個階段：①構建問題，即深入理解問題情境，明確給定，找出給定與問題目標之間的障礙；②表述問題，即結合已有知識與情境事實，分析揭示障礙的本質(zhì)和內(nèi)涵，并通過書面或口頭語言表達形式對抽象思維進行呈現(xiàn)，這是一個“已知復求知”的過程；③確定問題，即通過對問題目標進行分類、歸納、評價，以確定問題目標狀態(tài)的具體內(nèi)容。可將科學探究中“提出問題”所涉及的技能要素納入“提出問題”程序，借鑒波普爾“科學博弈的邏輯”[4]，構建“提出問題”的邏輯如圖1。

探究能力本身是一種內(nèi)隱知識，但其建立與培養(yǎng)卻需要學生以外顯的學習形式進行[5]，即明確“科學探究的邏輯”，可借鑒如表1的工具表形式。同時，探究技能的習得并非一蹴而就，教師應有目的地統(tǒng)整教材中適于訓練學生“提出問題”的課程資源，指導學生基于已有知識利用“提出問題”的邏輯提出“科學問題”。由于課時限制，學生很難做到逐一經(jīng)歷探究歷程，故可運用案例教學法，將科學探究的邏輯融于案例中，這不僅對教師的專業(yè)成長具有促進作用，也利于在學生體驗科學探究邏輯的互動中實現(xiàn)有效教學。

圖1 “提出問題”的邏輯