侯小英

摘? ? 要：反向建構(gòu)策略，區(qū)別于傳統(tǒng)順勢而為的教學(xué)策略，不采取由點(diǎn)到面的教學(xué)方法，它首先呈現(xiàn)出整片知識生態(tài)，經(jīng)過學(xué)生的設(shè)計、質(zhì)疑、完善，以習(xí)得系統(tǒng)性知識。

關(guān)鍵詞：反向建構(gòu);逆向思維;關(guān)鍵能力;高階思維

“逆向設(shè)計”會使預(yù)期結(jié)果、關(guān)鍵表現(xiàn)以及教與學(xué)之間產(chǎn)生更大的一致性，從而使學(xué)生有更好的表現(xiàn)。研究表明，逆向思維是結(jié)果導(dǎo)向，以解決問題為首要目的，是學(xué)生獲得創(chuàng)造性思維的重要組成部分和關(guān)鍵能力[1]。本文以“逆向設(shè)計”和“逆向思維”為指導(dǎo)，在初中科學(xué)教學(xué)中，采用“由果及因，反向建構(gòu)”的方式，即以已知結(jié)果或者一個客觀現(xiàn)實(shí)為起點(diǎn)，追本溯源，探索式學(xué)習(xí)，通過自我認(rèn)知的整合，逆向推導(dǎo)，利用已有知識解釋并加以建構(gòu)形成新的認(rèn)知，教師對認(rèn)知活動進(jìn)行引導(dǎo)與反饋，從而得到思維活動的一般步驟，最后再將思維方式進(jìn)行應(yīng)用與遷移，提高學(xué)生的高階思維能力。

“由果及因，反向建構(gòu)”教學(xué)活動以“思維活動”為核心，在課堂教學(xué)中注重深度學(xué)習(xí)，在自我建構(gòu)和解釋的過程中，學(xué)生的認(rèn)知不再僅僅局限于淺層的知識識記層面，而是對于之前學(xué)習(xí)獲得的知識進(jìn)行分析、評價與創(chuàng)造的復(fù)雜過程，學(xué)到的知識“活”起來了，知識體系在設(shè)計、質(zhì)疑和完善的過程中得到了真正的建立。

反向建構(gòu)的實(shí)施過程是對知識體系的再建造，是形成評價性知識的過程，對于知識資源的整合力度大，需要學(xué)生有前期知識儲備，因此這種策略在復(fù)習(xí)課中使用便得心應(yīng)手。有些新課內(nèi)容，雖然學(xué)生不具備新課內(nèi)容的知識技能，但是學(xué)生具備基本的邏輯判斷和簡單的推理能力以及能夠建構(gòu)出新知識的元認(rèn)知，在問題鏈的推動下，也可以實(shí)施開展反向驅(qū)動課程。因此，在新授課和復(fù)習(xí)課兩種課程類型中，反向建構(gòu)都能體現(xiàn)出其特點(diǎn)。不同類型的課程，使用的具體策略也有差異性。

一、基于課程觀點(diǎn)的反向建構(gòu)

（一）結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)

科學(xué)課程的基本觀點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，常規(guī)思維模式是從結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行分析，可以得到各個部分它具備的功能。例如小腸的長度很長，并且有小腸絨毛，這與它什么樣的功能相適應(yīng)？這樣的教學(xué)中，學(xué)生形成順勢思維，能夠知道并理解內(nèi)容要點(diǎn)。

反向建構(gòu)則是將功能需求前置，進(jìn)而推演出生物所應(yīng)該具備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。首先創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到小腸是我們?nèi)梭w消化和吸收的主要部位，將功能前置，再引導(dǎo)學(xué)生去建構(gòu)小腸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：你覺得小腸應(yīng)該具有什么樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？

通過功能特點(diǎn)反推生物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這樣的反向建構(gòu)對于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，特別是高階思維的培養(yǎng)起到了事半功倍的效果。

心臟中瓣膜和四個腔室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是教學(xué)難點(diǎn)，例如瓣膜，為什么心臟中需要這樣一個結(jié)構(gòu)？常規(guī)方法是從瓣膜的結(jié)構(gòu)入手，然后推測出它的功能，告知這樣的結(jié)構(gòu)是可以防止血液倒流。反向建構(gòu)則要求學(xué)生通過自我探究知道瓣膜所應(yīng)該具備的功能是使血液單向流動，從而逆向建構(gòu)去完善心臟結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

例1? ?心臟的結(jié)構(gòu)

正向建構(gòu)策略：心臟的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)→對應(yīng)著什么樣的功能？

反向建構(gòu)策略：心臟具有這樣的功能→? ? ?它應(yīng)該具有什么樣的結(jié)構(gòu)？

（1）瓣膜知識教學(xué)演示

問題：我們的心臟結(jié)構(gòu)是怎樣的？你能畫一畫你想象中的心臟結(jié)構(gòu)簡圖嗎？

學(xué)生繪制結(jié)果展示（圖1）。

質(zhì)疑：心臟收縮和舒張時，血液能夠按照一個方向循環(huán)嗎？（圖2和圖3）

反向建構(gòu)：為了使得血液按照同一個方向流動，你覺得需要一個什么樣的裝置？

學(xué)生：一個可以單向開啟的閥門，就像自行車氣門芯一樣的裝置。

教師演示單向閥裝置（圖4）。

學(xué)生進(jìn)行模型改進(jìn)（圖5）。

核心概念：在心臟中，確實(shí)存在這樣的“單向閥”，也就是“瓣膜”。

（2）心臟腔室建構(gòu)教學(xué)演示（帶一帶）

學(xué)生展示心臟初步設(shè)計（圖6）。

質(zhì)疑：如果按照同學(xué)們這樣的設(shè)計，從血液成分分析，大家覺得有什么問題？

學(xué)生：含氧量高的血液和低的血液相混合。

反向建構(gòu)：為了提高效率，在心臟中實(shí)現(xiàn)多氧血液和缺氧血液的分離，你覺得要對心臟進(jìn)行怎樣的設(shè)計改進(jìn)？

學(xué)生改進(jìn)（圖7），將心臟分成四個小房間。

核心概念：人體心臟比爬行類和兩棲類動物的心臟更加高級，具有四個腔。

（二）結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)

科學(xué)課程的另一項(xiàng)基本觀點(diǎn)是結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，因此，也可以嘗試在化學(xué)課程中采用反向建構(gòu)的課程設(shè)計思路。首先呈現(xiàn)物質(zhì)不同的性質(zhì)，由學(xué)生大膽想象和設(shè)計，理解結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的決定作用。例如，金剛石和石墨的化學(xué)組成一致，但是性質(zhì)差異很大，在學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)組成的知識模塊中加以使用，可以很好地體現(xiàn)對學(xué)生高階思維培養(yǎng)的功能。

例2? ?金剛石和石墨

正向建構(gòu)策略：金剛石和石墨組成結(jié)構(gòu)不同→具有不同的物理性質(zhì)。

反向建構(gòu)策略：體會金剛石和石墨具有不同的物理性質(zhì)→解釋原因。

教師：自然界里硬度最大的物質(zhì)是什么？鉛筆芯的主要成分是什么？

學(xué)生：金剛石和石墨。

反向建構(gòu)：金剛石和石墨硬度差異非常大，同學(xué)們能不能從微觀的角度來猜想一下原因是什么？

學(xué)生：可能是兩者的組成成分不同。

教師質(zhì)疑：金剛石和石墨都是由碳元素組成的。

學(xué)生：可能是兩者的碳原子排列方式不同。

教師：沒錯，我們來看看碳原子在兩種物質(zhì)中的真實(shí)排布情況。

核心概念：碳原子排列方式不同導(dǎo)致金剛石和石墨性質(zhì)有差異。

二、基于工程理念的反向建構(gòu)

科學(xué)教學(xué)與工程應(yīng)用是分不開的，學(xué)生需要具備基本的工程設(shè)計和組織實(shí)施簡單工程的能力。工程設(shè)計中，元件工作原理的適用范圍是否明晰是工程能否完成的關(guān)鍵，但是各部分元件的應(yīng)用是一個難點(diǎn)，反向建構(gòu)將目標(biāo)明確化，對于工程元件的原理進(jìn)行針對化設(shè)計體驗(yàn)，從而真正達(dá)到理解運(yùn)用并形成評價的知識維度。

例3? ?研究電流與電壓的關(guān)系

正向建構(gòu)策略：閱讀該電路圖，說一說滑動變阻器在電路中的作用是什么。

反向建構(gòu)策略：為了研究，我們需要多組數(shù)據(jù)來獲得普遍規(guī)律，如何改變定值電阻兩端電壓？

教師：請同學(xué)們設(shè)計電路以研究通過導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓之間的關(guān)系。

反向建構(gòu)：為了研究，我們需要多組數(shù)據(jù)來獲得普遍規(guī)律，如何改變定值電阻兩端電壓？

學(xué)生：更換電池和串聯(lián)一個滑動變阻器。

質(zhì)疑：哪個更方便？

學(xué)生：串聯(lián)一個滑動變阻器（圖8）。

學(xué)生設(shè)計：滑動變阻器作用為改變定值電阻R兩端電壓。

核心概念：串聯(lián)電路為分壓電路。

STEM課程中，基于一個工程理念來建構(gòu)設(shè)計方案，在日常教學(xué)中也有著非常好的效果。因?yàn)槭且粋€真實(shí)情境中的問題，此類的反向建構(gòu)課程驅(qū)動力很強(qiáng)，建構(gòu)的結(jié)果可以進(jìn)行切實(shí)的檢驗(yàn)。

真實(shí)情境的反向建構(gòu)往往是對一個客觀需要進(jìn)行設(shè)計，例如需要一個自動開關(guān)時，學(xué)生可以設(shè)計電磁繼電器，需要顯示壓力大小時，可以設(shè)計帶有壓敏電阻的電路。

例4? ?電磁繼電器

正向建構(gòu)策略：利用電磁繼電器是如何實(shí)現(xiàn)自動控制的？

反向建構(gòu)策略：需要一個自動控制的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用什么可以實(shí)現(xiàn)？

某入口的稱重裝置（圖9）可以顯示車輛載重信息，同時如果車輛超載，旁邊的指示燈顯示為紅色，未超載則顯示為綠色。

反向建構(gòu)：請你設(shè)計一個電路，能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的自動控制。

學(xué)生：利用電磁繼電器可以實(shí)現(xiàn)自動控制（圖10）。

質(zhì)疑：利用彈簧裝置應(yīng)用于道路有什么缺陷？有更加合理的裝置進(jìn)行改進(jìn)嗎？

設(shè)計結(jié)果：利用壓敏電阻進(jìn)行改進(jìn)（圖11）。

核心概念：電磁繼電器或者干簧管都可以成為自動開關(guān)的核心部件。

三、基于物質(zhì)特點(diǎn)的反向建構(gòu)

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，雖然學(xué)生已經(jīng)掌握一些物質(zhì)的性質(zhì)和特點(diǎn)，但對于某些知識點(diǎn)的理解始終存在困難，這是因?yàn)橹R在遷移過程中出現(xiàn)障礙，表現(xiàn)出知識未形成體系，習(xí)得的知識為碎片化知識的狀況，可以嘗試將這部分知識轉(zhuǎn)型為反向建構(gòu)知識，促使學(xué)生不斷思考，不斷改進(jìn)，逐漸達(dá)到綜合和評價的思維高度，真正消除學(xué)生學(xué)習(xí)不透徹的情況。

例5? ?反應(yīng)表面積影響反應(yīng)速率

正向建構(gòu)策略：反應(yīng)表面積越大，反應(yīng)速率越快。

反向建構(gòu)策略：反應(yīng)速率加快是由什么因素引起的？

教師演示：在空氣中加熱鐵絲，鐵絲發(fā)紅未燃燒，利用草酸亞鐵（FeC2O4·2H2O）加熱分解產(chǎn)生的鐵粉，冷卻到常溫后，將其撒在報紙上，發(fā)現(xiàn)鐵屑燃燒發(fā)紅，報紙冒煙起火，證明鐵粉在空氣中也發(fā)生了燃燒。

反向建構(gòu)：原本在空氣中不能燃燒的鐵，為何會燒起來？請從影響反應(yīng)速率的角度展開討論。

學(xué)生：鐵粉比較細(xì)，和氧氣反應(yīng)的接觸面積大，加快了反應(yīng)速率。

教師：查閱資料發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eC2O4·2H2O加熱可分解為FeO 和CO以及 CO2，鐵粉又是怎么來的呢？

學(xué)生：CO進(jìn)一步還原FeO，產(chǎn)生了鐵粉。

核心概念：反應(yīng)表面積越大，反應(yīng)速率越快。

四、基于科學(xué)史實(shí)的反向建構(gòu)

科學(xué)史是初中科學(xué)教學(xué)中的一塊重要內(nèi)容，承擔(dān)著學(xué)生情感態(tài)度和探究方法的教育。傳統(tǒng)的科學(xué)史教學(xué)按照時間流程，將歷史上的故事羅列呈現(xiàn)，起不到學(xué)生思維促進(jìn)的作用，所學(xué)的知識維度較低。

反向建構(gòu)模式倡導(dǎo)以探索者的身份走進(jìn)歷史，對各個時期的結(jié)論、模型展開逆向討論。今天的結(jié)論和模型到底好在哪里？以往的又存在哪些缺陷？促使學(xué)生真正參與歷史史實(shí)，真正促進(jìn)高階思維的形成。

例如在原子結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)史教學(xué)中，盧瑟福做了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，如果按照湯姆生的模型，這個模型不能解釋盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，如大部分α粒子按照原方向穿過，少部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)，部分甚至反彈回來。引發(fā)學(xué)生思考，如果內(nèi)部分布較均勻，則不會出現(xiàn)這些現(xiàn)象，進(jìn)而證明原子內(nèi)部情況不均勻的這樣一種模型。

例6? ?長度標(biāo)準(zhǔn)

正向建構(gòu)：按照歷史沿革，講解長度標(biāo)準(zhǔn)制定的歷史。

反向建構(gòu)：對比今天的長度標(biāo)準(zhǔn)，以前的長度標(biāo)準(zhǔn)存在什么缺陷？

在唐朝時，唐太宗規(guī)定自己的左腳和右腳各邁一次的距離為“一步”并作為全國的長度標(biāo)準(zhǔn)。

反向構(gòu)建：你對這個長度標(biāo)準(zhǔn)有什么看法？如果讓你制定一個長度標(biāo)準(zhǔn)，你會關(guān)注到哪些方面？

學(xué)生：這個標(biāo)準(zhǔn)容易變化，也不穩(wěn)定。我會使用一個比較確定的東西作為長度標(biāo)準(zhǔn)。

核心概念：標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該具備確定性、穩(wěn)定性和可復(fù)制性。

在教學(xué)中應(yīng)該給予學(xué)生充分的自主權(quán)，注重學(xué)生生成內(nèi)容，選取有價值的疑問推進(jìn)課程，引導(dǎo)學(xué)生用他們已知的知識來解決自己的問題，鼓勵學(xué)生用創(chuàng)新的方式解決當(dāng)下的問題，從而真正促進(jìn)其思維的深度發(fā)展，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計型高階思維的目標(biāo)。

反向建構(gòu)的策略方向較為多樣，具體的反向建構(gòu)策略要根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和具體情境進(jìn)行針對性設(shè)置，但是不論何種設(shè)置方式，都需要將學(xué)生的高階思維發(fā)展作為重要的歸宿點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的真正提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]余中賓，申定健.運(yùn)用逆向思維培養(yǎng)科學(xué)思維素養(yǎng)的教學(xué)探析[J].中學(xué)生物學(xué)，2019，35（4）：70–72.