初中科学开放性试题教学的实践研究

王晓丹

摘 要：新一轮课改正在大力推进中，在新课程理念的引领下，初中科学学业水平考试试题中的开放性试题日渐增多。相对于传统答案较固定的试题而言，开放性试题解答出现个性化答案居多。但是要直接回答题目要点上，这个能力并不是一朝一夕能训练成的，而是靠教师平常在教学中积累并渗透于课堂教学中。本文试图从初中科学开放性问题教学中，找到一种方法进而提升学生的学

习力。

关键词：开放性问题教学；学习力

一、研究的背景和意义

开放性试题是指题设条件不确定，解题方法多样化，答案不唯一的题目。这些试题或条件开放、或结论开放、或策略开放，可谓千姿百态。开放性试题在注重基础的同时，强调思维的发散性和创新性，能较好地考查学生的发散性思维能力和创新能力，因而是近年来杭州市科学中考科学命题的热点。然而从近几年改卷中，我们发现学生对于这种类型的题目的解答有失水准，看似简单的问题却没有回答到要点上，所以得分率不高。

[案例1]：2013年杭州中考科学第35题：小张将一瓶矿泉水在冰箱中放较长时间后取出，一会儿发现瓶外壁出现小水珠。用干毛巾擦净，等一会儿又出现小水珠。于是他与小吴一起对此现象进行研究，但观点不一致。小張认为这是矿泉水瓶内的水往外渗透后，附着在矿泉水瓶外壁上；而小吴则认为是空气中的水蒸气液化成小水珠附着在矿泉水瓶外壁上。请你设计一个实验证明他俩的结论是否正确。

从萧山区2013年中考改卷的信息反馈中，发现看似简单的这类开放性试题，难度系数只有0.42。也就是说：7分为满分，平均得分只有2.94分！究竟是什么原因导致学生失分？课题组成员大致分析了一下学生答题失分的原因：

1.学生的学习毅力不足。有的学生回答时把题目抄了一下，接下去就不知所云了，在平常相应的训练中，学生一碰到类似开放性问题出现时，表现出信心不足，总觉得自己做不好相关类型的试题，久而久之丧失了对这种题型的信心，不仅影响了学生的学习毅力，也会影响到学生的学习动力。

2.学生的学习创造力缺失。有的学生仅根据自己的生活经验，认为水从瓶中渗透出来是不可能的事，想当然认为是小吴同学对。学生分析问题的层面比较肤浅，设计开放性实验的目的不明确，没有围绕题目的中心意图，东拉西扯。思路比较狭窄，按照自己已有的思维单方面知识进行回答，所设计的开放性实验中体现科学创造性能力缺失。

3.学生的学习转化力缺失。有的学生在回答时，没有联想到实验所处的场景，如拿到冰箱放入的是玻璃瓶，想当然认为玻璃瓶是不会渗出水滴的。有的学生用保鲜膜将其包裹好，从而来判断是否是渗出的水。学生在看问题时角度比较单一，导致学生在表达时，实验材料偷梁换柱，想当然用其他自己认为合理的材料代替题目的本意。实验的严密性缺失导致失分，学生学习转化力方面存在不足。

4.学生的学习能力缺失。有的学生将瓶子里面注入的是红墨水，认为红墨水渗出与不渗出可以判断是不是渗透出的水。有的用油来代替水，使得渗出的是不是水得以判断。暴露出学生对题目呈现的情景，与要回答者的科学知识缺乏相应的迁移的能力，学习能力上有待提升。

5.学生科学素养有待提升。开放性实验时没有体现前后对照，或者相近对照的思想，没有体现基本的控制变量思想，导致实验的结果在表达时，缺乏相应的科学性。学生的科学素养培养就予以强化。

6.教师执教力应当顺应教改。诚然，不否认传统的对开放题目的教学，短时间内学生经过大量训练后强化巩固了。所谓“高效性”，然后随着时间的推移，学生忘记也快，更不用说能力的提升。随着新一轮课改的深入，教师更应该更新教学理念，以学生能力发展为本。倡导自主、合作、探究理念，去强化的开放性试题乃至科学问题开放的形式，落实于平实的课堂教学当中。

二、相关开放试题题型特点及分类说明

（一）开放性试题的特点

传统的常规题涉及的知识单一，形式单调，条件和结论十分明确，通过模仿例题一般可获结论。这类题对学生巩固基础知识无疑是有效的，但不利于较大程度上调动学生的积极性，开发学生的潜能和创造力。通过以近几年杭州中考科学开放试题为蓝本的研究和教学，发现具有如下特点：

1.试题设问的开放性。这种设问，给学生留下思考空间，培养了他们的发散思维，提高了他们分析问题、解决问题的能力。

2.考查学生思维的多向度。要求学生能从多角度、多层次分析问题，从单向、定向思维转向发散思维。

3.答案的多元化。答案不唯一，具有多元化的基本特征。强调学以致，用理论联系实际。

（二）开放性试题的分类说明

课题组在其他学科对开放试题研究的基础上，对杭州市近几年的开放试题做了如下归类：

1.条件开放型试题

条件不完备或满足结论的条件不唯一，使该问题的过程有较大的开放度，留给学生较大的思维活动空间和发挥实践能力

机会。

[案例2]：2004年杭州中考第30题：在图中，甲、乙的黑盒子内只有一个光学器件。己知单、双箭头的出射光线分别与单、双箭头的入射光线相对应，试在盒子内填入适当的光学器件。

[试题分析]：这种光学暗箱题目看上去好像无从着手，但是实际上只要将光线追根溯源（反向延长），科学原因是光线在相交处会发生反射或者折射；所以这样一来对学生构建光学模型的必要性带来一定的冲击。在平常解题中养成良好的建模思想和

习惯。

说明：这种类型的开放试题，解题过程和解题结果相对比较固定，但是不同的条件可达到同一结果。

2.过程（策略）开放型试题

思维策略与解题方法不唯一。这样的开放试题，教师可先组织学生分组讨论、思考，制定相应的实验方法和步骤，让学生从多角度找出解决方法，由教师收集不同答案来总结。

[案例3]：2016年杭州中考科学第27题：为“证明绿色植物光合作用产生氧气”，小金设计了如图所示的实验，回答：

（1）本实验选择水生绿色植物金鱼藻作为实验材料而不选用盆栽的天竺葵，其理由 。

（2）写出证明试管内收集的气体是氧气的方法： 。

（3）利用上述实验装置与材料，设计“证明光照是绿色植物光合作用的条件”的实验。（写出简要的实验思路）

[试题分析]：在给定的探究实验中，设定了条件也就是这个实验的整体思路，给出了实验的结果；要学生写出实验步骤，这个对学生的学习能力有了较高的要求。要求学生对题目的立意有一定的把握，进而能解决这种类型的题目。

说明：这种题型属于条件和结果都固定，解题过程开放。在开放的解题过程中，学生思维定向但不定势；所谓条条思路通目的地。学生多样化的思路中，发散性思维能力得以提升，进而一题多解的应变能力也提高了。

3.结果开放性试题

在给定的条件下，结论不唯一。这类问题造就的是一种结论开放的情境，但结论的真实性、合理性和最优性必须接受事实的检验。因此多解并非设计开放题的唯一标准，而应关注的是问题本身能否形成学生主体参与的开放的“过程”情境。

[案例4]：2015年杭州中考科学第32题：在实验室小金分别用甲盐的晶体配置了溶质质量分数为5%的A溶液和30%的B溶液，但忘了贴标签，请你运用两种不同的科学原理，分别设计两个简单实验来判别这两瓶溶液。请写出简要的实验方案和明确的判别依据。有下列仪器、物品供选择：量筒、天平、小烧杯、酒精灯、三脚架、石棉网、漏斗、玻璃棒、滤纸、温度计、新鲜萝卜、甲盐的晶体。（实验室的室温为30℃，30℃甲盐的溶解度为50g）

方案1：

判别依据：

方案2：

判别依据：

[试题分析]：本题考查运用所学知识设计实验方案的能力，依据提供的信息选择合适的鉴别方法。可以引导学生从溶解度、质量、体积等方面进行鉴别。学生思路一旦打开，对此类问题的兴趣也逐渐增强。从而激发学生学习积极性，学习的创造力也大大提高。

说明：本类试题结论不是唯一的，答案形式多樣化，试题让学生直接参与设计问题，而且试题情景有广阔的质疑问题的天地，学生提出问题的过程就是创造过程，这个过程本身就蕴藏着创造思维的火花。

4.开放性实验设计题

问题的情境并不是全新的，能使不同能力的学生从不同角度得出各种结论，从而激发学生的求知欲和创新精神，培养学生的思维品质。

[案例5]：2009年杭州中考科学第28题：用活塞式打气筒给自行车胎打气的过程中，气筒的筒壁通常会发热。筒壁发热的原因是 做功和 做功。请设计实验证明究竟哪个是主要发热的原因是 。

[试题分析]：这种开放性实验为主的试题，没有规定器材，实验方案，实验步骤，也没有科学量。这对学生的思维能力要求很高。一般的学生克服摩擦做功和压缩气体做功这两个空格还是能顺利解决的。但是要研究哪个是主要的发热原因时，暴露出学生学习的转化力和创造性思维的不足。与2013年的案例1一样，得分率偏低。学生在控制变量方面、设置对照实验方面、对测量数据处理方面缺少一个完整的思路。语言表达能力的欠缺，直接影响了整个试题的得分。

说明：这类型的开放性试题，答题思路不唯一，进而步骤、过程都不统一，有时实验条件都不统一，而是由你自行选定器材，完成指定的设计性实验。学生设计实验是整个初中科学教学中最难突破的一个能力点，一方面要求学生严密的实验设计思路；另一方面要求学生有良好的科学素养。

三、理论支撑

心理学家皮亚杰认为：在初等教育阶段的大多数学生心理发展水平处于由具体运算阶段（具体的逻辑思维时期）向形式运算阶段（无限制的逻辑思维时期）过渡时期，处于“过渡期”的中学生，刚开始的抽象思维仍属经验型的逻辑思维，对抽象事物的理解通常需要借助事物的表象。他们对有直观教具或丰富感性经验做支撑的教材内容容易理解和掌握，而对那些抽象程度高，又缺乏感性知识的材料，普遍感到困难。由于看不到具体的支撑面，感到难以捉摸等，往往不能把握其本质，习惯于强行识记，当条件发生一些变化就不知如何分析，而是用公式乱套。因此，通过初中科学开放性题目的教学，让学生在对逻辑思维的培养中完成知识的迁移运用。

四、研究的实践操作

（一）教师把握开放性问题教学的最佳时机，提升学生学习的动力

开放型习题为学生的积极思维创设了丰富的问题情境。由于开放题的多样性、层次性和探索性，它提供给学生的问题情境比封闭题所能提供的问题情境更加丰富和复杂，很多实际生活题中的问题情境对学生富有很大的挑战性。所以说在平常的教学中，要注意把握教学的最佳时机，如果学习材料适合于创设问题情境，在可以考虑引入开放性问题。

[案例6]：2010年杭州中考科学第30题：2010年5月，杭州某中学九（1）班的学生开展了一项调查，他们随机调查了本校九年级10个班共100名学生在去年不同季节流感的发病情况。调查结果如下表所示。请回答下列问题：

（l）该项调查的主要目的是 。

（2）上述调查是通过 方法确定调查对象的。

（3）去年春季，该校九年级男生中流感的发病率为 。

（4）分析表中数据，你认为去年该校九年级学生流感发病有何规律？ 。

（5）流感在人群中流行必须具备什么条件？ 。

[试题分析]：本题是在学生已有熟悉的教学情景中，创设的一个相对较为开放的命题。要求学生根据给定的信息，写出调查的目的，并对数据进行科学的处理，得出相应的结果。学生在处理数据时有点困难，往往因为规律涉及的两个因素即性别与季节而表述不够清楚，在控制变量方面进行强化；学生学习转化力：即控制相应的变量后，自变量与应变量之间的关系也可作出合理的定性表述。

通过开放性问题的解决，学生能自觉运用已有的知识，充分发挥想象力，使课内知识向课外拓展。

（二）学生参与开放性问题解决的全过程，提升学生学习的创造力

科学开放题可达到教学形式的开放，教学过程中要让学生多动脑、多动手。教师应在教学时，多设计一些有助于学生思维整合的小实验，让学生课内或者课后完成。再对学生的实验完成情况，对问题解决的过程中得失进行分组讨论，找出各自的优点和不足及改进的方法，培养学生的创造能力和创新精神。学生参与问题解决时，畅所欲言。在宽松的教学氛围中轻松、愉快地学习。同时能激发学生的好奇心和好胜心，增强了学习的内驱力，对科学探索产生浓厚兴趣。

在问题解决过程中培养学生发现问题的能力，养成提出问题的习惯。美国著名教学家哈尔莫斯说过：问题是科学教学的心脏，有了问题思维才有方向；有了问题思维才有动力；有了问题思维才有创新！在科学中的开放性问题是把“内容本位”转化为“学生本位”。学生只有善于提出问题，才有进一步思索的方向与动力，是学生学习力提升的先决条件。

[案例7]：2014年杭州中考科学第25题：小明在生活中观察到：点燃的小木棒燃烧端朝上，往往没燃尽就熄灭，而燃烧端朝下，往往不易熄灭。从燃烧的条件来看，你认为燃烧端朝上的小木棒，没燃尽就熄灭的最主要原因是 ，若将小木棒事先涂油，燃烧端朝上也不易熄灭，请说明原因。 。

[试题分析]：本题的得分点并不高，主要原因是学生对这种文字题目解答缺少表达能力，从燃烧的条件来看：可燃物、温度到达着火点、充足的助燃剂（氧气）这三个必要条件中，题目信息中已经给定了其中的两个即：可燃物和充足的助燃剂（氧气）。木柴棒会熄灭主要是由于热量向上扩散后，使得木柴棒的温度下降至着火点以下。而事先涂油后，油的着火点要比木棒低，引燃油后使得温度达到了木棒的着火点。

虽然这种类型的题目源于生活，但是如果脱离了实际，对学生进行空洞的说教，学生也理解不了，不如让学生做一下这个简单可行的小实验，从而激发学生的兴趣点。迁移到一个开放的场景中就能擦出创新的火焰。

解决科学开放题常常需要学生参与整个过程，这将有利于培养学生对题目本意的理解。在解决问题的过程中善于发现问题，并通过自己的思維加工整合成新的认知，从而建构知识体系。

（三）在解决问题的过程中进行方法训练

在问题解决过程中培养学生探究的能力。科学本质是探究，而许多开放性试题的设计都有探究的内容。

[案例8]：2017年杭州中考科学第28题：小金进行如图所示实验来验证质量守恒定律。在实验中用电子天平和量筒准确测量出表中m1、m2、m3、m4和V。（实验中操作正确，O2的密度为ρg/cm3）

（1）装置中试管口略向下倾斜的原因是 。

（2）根据质量守恒定律，m1、m2、m3、m4和V和ρ之间应存在的等量关系为 。

（3）每次实验结束后，小金在拆卸装置时总能闻到刺激性气味。他将加热后剩余固体中的MnO2分离并测量其质量，发现总小于加热前MnO2的质量。查阅资料后发现，一般认为加热KC1O3和MnO2混合物的反应过程如下：

第1步：2MnO2+2KClO3 2KMnO4+Cl2↑+O2↑；（其中Cl2有刺激性气味）

第2步：2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑；

第3步：K2MnO4+Cl2 2KCl+MnO2+O2↑

写出加热后剩余固体中MnO2质量小于加热前MnO2质量的原因 。

[试题分析]：这题目规定了条件：即验证质量守恒定律，限定了从化学角度审视问题可以从几个反应中分析，如氯气散失，反应物未完全分解去考虑，在教学中培养了学生求异思维和发散思维。

创造性地制定方案去解答。因此体现在解题过程上具有一定的探究性。这一特征在一些实验题中得到很好的体现。

（四）在开放性教学中培养学生的合作精神

开放性教学的课堂使教师和学生一起进入问题情境，成为学生的合作伙伴，师生、生生之间进行讨论和补充，交流和互评，一起去感知实践的过程。

[案例9]：2007年杭州市中第32题：鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙。老师在课堂上做了个趣味实验，将鸡蛋放入盛有120毫升稀盐酸的烧杯中（鸡蛋的密度大于稀盐酸的密度），可以看到鸡蛋先下沉，一会又上浮，到液面时又下沉，如此反复。该实验中发生的化学反应方程式是 。浮力改变是鸡蛋下沉后又上浮的直接原因，而造成浮力改变的主要原因是 。除此主要原因外，引起浮力改变的原因还有 （假设在反应的过程中，鸡蛋、溶液体积和温度不变）。小星对该实验很感兴趣，他也将同样的鸡蛋放入实验室常见的酸溶液中，但见鸡蛋下沉后却并不上浮，你猜测这其中的原因可能是 或是 。

[试题分析]：题目已知的信息告知我们，要用浮力去解决相关的问题。由阿基米德原理可知，在其他条件相同的情况下，浮力的改变主要是由于液体密度的变化和排开液体体积的变化，如果学生在课外没有好好做这种课本上的课外探究实验，对此就无从下手，所以设法将其改为课内的小组合作探究实验，则能起到事半功倍的效果。

五、研究反思

（一）开放性试题教学的成果展示

1.课题组确立了一套开放性试题的归类和相应的规范答题要求

（1）整理成册 便于参照

在借鉴其他学科开放性试题研究的基础上，对杭州市中考科学开放性试题进行了初步的归类、整理。将近几年的开放性试题按照条件开放型、策略开放型、过程开放型、结论开放型这四级类型以专题练习的形式整理成册，方便了其他新任的初三教师和同行参考学习。

（2）课堂转型 落于实效

对初一初二的教师，在学校实施的课堂转型中，在这些试题知识点授课时，能按照“生本课堂”理念，积极创设宽松、开放的环境，设置问题情境，使学生从多角度、多层次解决问题。

（3）方法指导 明确思路

对具有一定的綜合性的开放性试题，课题组采用了增设采分点这一参考过程：看有没有选用合理的实验材料；是否进行了对照实验这一思路；有没有控制好变量；是否合理地规划好实验的步骤；能否表达流畅；对数据处理是否科学合理；得出的结论是否围绕题目的中心意图；有没有多次实验来减少误差。学生按照这一个评价标准去应用到这一类开放性题目的解答中，失分率自然而然会减少。

2.通过近一年中考复习时尝试开放型试题教学学生学习力有明显提升

（1）坚于毅力 强于动力

通过大量的案例教学，学生对完成开放性试题，从开始的担心到后来的跃跃欲试。从心理上战胜了自我，提高了学习的兴趣。学生利用教师所给的解题指导，完成的同一类型的开放性作业，得分率提高了不少，并能在中考大量的题海战术中，较轻松地掌握到了学习的技巧。以不变应万变，举一反三，学习的动力和毅力明显增加。

（2）巧于转化 贵于创造

学生完成相关的开放性试题后，教师进行评价并提出进一步修改的意见，学生在知道其对这类题目的短板后，利用错题整理的形式，将其回答不到位的地方进行整合，进而找到关键的原因所在。科学知识的内化与转化通过开放性试题的解答，实实在在得以提升。对一些探究性的开放试题，采用课外实验形式进行。课题组老师将任务布置，提倡利用双休日以小组为单位进行讨论会交流。这也是新课程标准所提倡的小组学习、共同探究的新理念。学生的作业成果或结论也许形成多种多样，通过讨论交流，可以相互整合，共同提高，在交流过程中，学生发现了各自思维的片面性和个人思维的局限性。学生会进一步懂得，条条道路通罗马，一种自然现象从不同的侧面观察，有不同的解释，有不同的思路，有不同的理释，学生思维的发散性和创造性也有不同程度的提升。

（二）课题研究和实践中所遇到的困惑点

1.开放性作业教学与教学时间的矛盾。特别是在初三的中考复习阶段，时间紧，需要一两节课才能对某一类开放性试题熟悉，从熟悉到熟练还需要一定的精力。对惜时如金的中考复习阶段来说，投入与产出比偏低。学生完成开放性作业的时间限制，教师在指导学生时又受教学时间的限制。作业时间如何合理安排，开放性作业的度和量需要我们加以把握。所以也就要求在初一初二教学渗透这一理念。开放性试题对学生的学业能力的提高，终生受益匪浅。而培养学生的学业能力的教学理念，将成为初中教育教学的中心，真正达到授之以渔的目标。

2.学生的学习力提升受到应试教育的抑制。现在的初中学生，做题目能顺利完成，动手完成探究性实验，可能从猜想到假设理论上的了解一点，但是真正动手设计并完成实验的能力比较欠缺。所以在讲解开放性试题时，学生或多或少存在“等、靠、要”的思想。学生的学习能力、学习转化力、学习的创造力在素质教育的大背景下，显得苍白无力。如何在新一轮的课堂转型中，通过开放性试题乃至开放性的科学作业设计，进一步提高学生的学习力，应当成为初中科学教学一个有待进步的一个重点。

3.现在正处于新老教材的交接时期，许多老师对整个初中阶段的新教材知识体系结构尚不完全清楚，后续的实施计划制定有一定的困难，需要时间来进行后续的研究，才能形成开放性试题的系列设计。

参考文献：

[1]义务教育课程标准实验教科书.科学.教材1到5册，浙江教育出版社，2013-06.

[2]义务教育课程标准实验教科书.科学参教学参考书.1到5册，浙江教育出版社，2013-06.

[3]袁运开，蔡铁权.科学课程与教学论[M].浙江：浙江教育出版社，2003：185-189.

[4]冀庆涛.生物探究式教学提升高中生学习力的研究[D].山东师范大学，2010.

[5]杨欢，沈书生，赵慧臣.英国ELLI项目学习力理论解读及启示[J].外国中小学教育，2009（9）：44-49.

编辑 田香香