例谈生物教学问题设计中的“三性”

［摘 要］精心设计课堂问题，能有效为学生搭建思维支架，推动他们进行深层思考和主动深度学习。以高中生物学的重要实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解”为例，部分教师在处理“探究·实践”及“控制变量和设计对照实验”这两个关键教学环节时，相关的问题设计不够妥当，表现为缺乏足够的驱动性、层次性和开放性。为此，文章选取两个教学片段进行诊断分析，并根据相关教学理论进行重构设计，据此给出三点建议：一是以真情境为载体，重视问题的驱动性;二是以子问题为支架，聚焦问题的层次性;三是以激活思维为目的，增强问题的开放性。

［关键词］过氧化氢的分解；问题设计；驱动性；层次性；开放性

［中图分类号］    G633.91                ［文献标识码］    A                ［文章编号］    1674-6058（2024）29-0079-04

问题是思维活动的发动机和推进器。高质量的教学需要通过设计高质量的问题来推动学生思维发展，使他们主动深入学习。“比较过氧化氢在不同条件下的分解”是人教版高中生物学教材中的重点实验[1]，也是必修1第五章“降低化学反应活化能的酶”的重要内容。该实验涉及科学实验过程和科学研究方法的知识，对整个生物学实验教学有着非常重要的作用，是进行探究式教学的好素材[2]。开展实验探究是落实生物学学科核心素养的关键，充分参与实验探究过程可有效促进“科学思维”和“科学探究”两个核心素养的达成。为实现引导学生深入开展实验探究学习的目标，教学设计的重点在于设计出有效问题，进而引发学生认知冲突，组织探究性学习活动。然而，部分教师在教学实施过程中对于问题的设计较为低效、浅层，缺少驱动性、层次性、开放性，难以使学生在探究过程中高效学习知识和掌握科学研究的基本方法。下面，针对本节中的“探究·实践”和“控制变量和设计对照实验”两个环节，选取公开课中的教学片段，诊断和分析其存在的问题，并根据建构主义和最近发展区相关理论优化问题设计，以期提供一些教学建议。

一、教学片段诊断分析

（一）“探究·实践”教学片段及诊断分析

【教学片段】教师首先介绍过氧化氢作为一种代谢废物，它对细胞具有危害性，因此细胞需要及时将其分解。随后，教师出示问题：“怎样可以加快过氧化氢的分解？”接着，教师提到在加热、FeCl3（无机催化剂）、过氧化氢酶等条件下均可促使过氧化氢分解，并引导学生思考问题：“哪种条件下过氧化氢的分解速率最快？”进而引出教材中的实验原理和目的要求。接着，再次引导学生思考问题：“过氧化氢分解速率快慢的依据和检测指标是什么？”教师展示材料和用具并提出问题：“该实验将分为4组进行，每组需要设置的条件是什么？”在介绍完实验方法和步骤后，教师组织学生以4人为一组进行实验，讨论并完成结果分析，最终得出实验结论。

【诊断分析】在这次探究实验的开展过程中，教师首先通过介绍过氧化氢及其对人体细胞的危害来设置情境，并尝试通过提问来激发学生的探究欲望。然而，该情境不够贴近生活，未能较好驱动学生思维和激发学生的探究欲望。其次，教师采用直接讲述的方式来介绍可以促使过氧化氢分解的条件，并紧接着提出了“哪种条件下过氧化氢分解速率最快？”的问题。这种由教师强加给学生某种认识的教学方式，虽然能直接引出本实验的目的和原理，但未能有效引发学生的认知冲突。此外，教师在介绍实验步骤时提出的问题“该实验将分为4组进行，每组需要设置的条件是什么？”也存在一定的问题，学生很容易从教材的实验步骤中获取答案，从而限制了学生的思维发散和开放性思考。

（二）“控制变量和设计对照实验”教学片段及诊断分析

【教学片段】教师首先带领学生分析典型的学生实验设计和结果，并引导学生推出实验结论。随后，让学生自主阅读教材第78页科学方法的相关内容，并结合上述实验思考以下几个问题：变量有哪些类型？自变量、因变量和无关变量分别指的是什么？什么是对照实验？哪个试管是对照组，哪个试管是实验组？设置对照组的意义是什么？学生经过一定时间的自学后，教师结合自变量、因变量和无关变量的概念，预设在学生理解这些概念后能回到实验设计中进行变量分析。接着，教师讲解变量应用的原则，给出对照实验的概念，并让学生判断哪个是实验组，哪个是对照组。

【诊断分析】学生在初中阶段学习过对照实验和变量的概念，但对自变量、因变量、无关变量的具体含义以及如何严格控制变量和设置对照实验缺乏系统的认识。因此，教学中教师应充分利用这一探究性实验，帮助学生掌握科学探究的基本方法，培养他们的科学探究能力和生物学学科核心素养。虽然教师试图通过实验设计的分析，引导学生在探究对照实验的过程中自主关联变量的类型，但这样的教学未能让学生体验知识的自然生成过程。教师先直接给出概念，再让学生进行判断，跳跃性太强，且设问缺乏一定的层次性，难以让学生真正理解并辨析几种变量的关系。实验设计的关键在于变量的确定及控制。在实际教学过程中，学生常因无法正确分析变量而难以独立设计出完整的实验方案。因此，教师应加强有关变量分析的教学，帮助学生掌握对各种变量的识别以及控制变量的方法，从而有效提高他们的实验设计能力。此外，教师虽然带领学生分析了如何判断实验组和对照组，但并没有对对照组的设置进行深度剖析，问题的设置也没有将对照实验和控制变量联系起来，导致学生无法深层次理解“对照原则”和“单一变量原则”，也没能很好地掌握控制变量和设置对照实验的方法。因此，教师应结合本实验设置一系有层次的问题串，引导学生判断变量的类型并归纳出变量的概念。这样才能有效帮助学生深入理解这些概念，进而掌握控制变量的方法。

二、问题设计优化

（一）“探究·实践”教学片段的问题设计优化

基于上述对“探究·实践”教学片段的诊断分析，提出教学重构方案：提供资料创设生活情境，激发探究欲望；搭建问题支架，引领合作探究；展示交流，分析评价。

首先，播放皮肤出现小伤口用医用双氧水（H2O2）消毒的视频，并提出以下两个问题：

问题1：你观察到什么现象？

问题2：你能尝试解释出现该现象的原因吗？

设计意图：从生活中处理伤口的场景出发，基于学生熟悉的生活情境和学生原有的认知，设置问题并引导学生解释现象。这样不仅能驱动学生应用所学知识解决实际问题，还能发展学生的科学思维，并为后续理解过氧化氢的分解产物做铺垫，使教学组织更具条理。

其次，提供如下资料：

资料1：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢。体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄、毛发变白，加速人体衰老。细胞中含有的过氧化氢酶能够将过氧化氢及时分解，起到解毒的作用。

资料2：过氧化氢在储运过程中有特殊要求，严禁与FeCl3等金属化合物混存混运。

资料3：药用过氧化氢溶液的说明书上关于过氧化氢的贮藏说明为“密闭、在阴凉处（温度不超过20 ℃）保存”。

基于上述三则资料将原问题“怎样可以加快过氧化氢的分解？”“哪种条件下过氧化氢的分解速率最快？”改为以下几个问题：

问题3：通过以上资料分析，你认为哪些因素可以影响过氧化氢的分解？

问题4：对于“哪种条件下过氧化氢的分解速率最快？”这一问题，你能作出怎样的假设？

问题5：如果你的假设是正确的，会有什么样的实验结果？

问题6：过氧化氢分解后，可能出现哪些可观察和检测的变化？具体如何检测呢？

设计意图：通过问题串的形式，引导学生分析资料素材、提出问题、作出假设、预期结果。这样不仅使问题呈现出一定的层次性，还能让学生通过问题指引主动探究，进而掌握科学探究的基本思路和方法。

最后，基于以下问题进行交流分析。

问题7：你认为本实验应该设置为几组较为合适？并说明理由。

问题8：根据以上分析和所提供的材料用具，你们小组能否设计出本实验方案？

设计意图：相较于原问题“该实验将分为4组进行，每组需要设置的条件是什么？”，问题7、8更具开放性，更能发散学生思维，驱动学生大胆思考，帮助学生摆脱定向思维。同时，问题8还能培养学生的团队合作能力和创新意识。此外，这样设置还能为下一个教学环节“控制变量和设计对照实验”做好预设。

（二）“控制变量和设计对照实验”教学片段的问题设计优化

基于上述对“控制变量和设计对照实验”教学片段的诊断分析，建议在学生设计实验方案并完成实验后，采用问题串的方式引导学生思考分析，进而生成几种变量和对照实验的概念及关系，并逐步掌握控制变量的方法。

问题1：每组实验中人为控制的因素分别是什么？

问题2：不同的实验条件下，过氧化氢分解的快慢是否随之发生变化？如何判断并检测过氧化氢分解的快慢？

问题3：为何各组的底物量要一致，如果底物量不同，是否会影响实验结果？还有哪些因素会影响实验结果？

问题4：自变量、因变量和无关变量之间存在什么关系？

问题5：请结合表1，小组讨论控制变量的一般思维路径（步骤）。

设计意图：前三个问题的设置分别对应自变量操作、因变量观测和无关变量控制，通过实验设计和操作中的具体问题驱动学生理解三个变量，逐步得出各变量的处理方法。随后，教师引入自变量与因变量、无关变量的概念，并通过问题4、5引导学生归纳总结各类变量的概念以及变量之间的关系，学会确定变量以及控制变量的一般思维路径：先进行实验分组、自变量操作，再设置对照实验，控制无关变量，最后确定观测因变量的方法。

问题6：试管1设置的目的是什么？可否去除这一组？

问题7：试管1、2、3、4能否构成对照实验？若能，其中的实验组、对照组分别是哪些？

问题8：试管1、2，试管1、3，试管1、4，试管3、4分别能构成对照实验吗？请完善表2。

设计意图：基于对上述教学片段的诊断分析，原问题在设置上存在无法深入剖析对照组概念，以及未将对照实验与控制变量相联系等问题。为了解决这些问题，首先通过问题6引导学生明确设置空白对照的目的和意义，然后通过问题7、8让学生理解对照实验的概念，并学会辨别实验组和对照组。在完成表2的活动过程中，学生将能够厘清对照实验和控制变量的关系。这样，以子问题为支架，逐层深入引导学生理解“对照原则”和“单一变量原则”，进而掌握控制变量和设置对照实验的方法。

三、教学启示

（一）以真情境为载体，重视问题的驱动性

新课程改革要求以培养学生的核心素养作为课程学习的目的，强调在真实情境下创设任务，让学生在解决实际问题的过程中获得对事物的认识，形成和发展相关概念，从而培养学生的核心素养。因此，教师在设计教学问题时，应以真实情境为载体，驱动学生以研究者的身份主动参与学习。例如，在进行上述“探究·实践”教学的优化重构时，教师利用医用双氧水（H2O2）消毒的生活情境，设计了一系列问题，让学生尝试解释现象。随后，基于三则情境资料，教师又设计了一系列问题，以引导学生分析资料素材、提出问题、作出假设、预期结果，自然而然地驱动着学生围绕实验课题“比较过氧化氢在不同条件下的分解”展开深入探究。在以真实情境为载体的问题驱动下，学生主动地参与学习，亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程，从而习得生物学知识，养成科学思维的习惯。