廖幸 周朝勇
一、以复杂问题情境重构《溶解》单元
情境学习理论认为，学习发生的情境本身是所学知识的重要组成部分。由此可知，从简化问题情境和复杂问题情境中切入的探究活动，即便在学科层面指向相同内容，学生所学已悄然发生变化。
《溶解》单元一般把与溶解相关的知识分解为溶解速度、溶解度、溶解的可逆性等概念，通过一个个相对孤立的任务逐个探究。对学生来说，进行这样的探究像是在完成对自身无意义的规定动作，它们被设计成或能理解相应的概念，却很难体会概念究竟有什么用，概念与概念之间又有什么联系。
一个改良方案是创设复杂问题情境，将概念“埋伏”在问题情境的限定因素中，让学生在解决问题的同时不可避免地展开与各概念相关的探究，且探究得到的发现确能有助于问题的解决。针对这个单元，笔者作了如下设计：
问题情境：在《闪闪的红星》影片中，为了让被困的红军有盐吃，潘冬子将浸了盐水的棉袄裹在身上带进山中。请各小组想办法，帮潘冬子在最短时间内把最多的盐带入山区。
实验材料：食盐5克；正方形海绵l块（替代棉袄）；溶解盐和熬盐的工具若干。
限定因素与所涉概念：“最短时间”指向影响溶解速度的因素；“最多的盐”既指向对食盐在水中溶解能力研究，也指向对分离盐和水这一溶解逆过程的探索。此外，材料和任务限定条件还让更多因素进入探究的视野，如除溶解以外的食盐携带方式、影响海绵吸水能力的因素等。
动机影响到人们愿意投入学习的时间，难度适中的任务更能诱发和维持动机。人们想要对别人做些有益的事情的想法似乎尤其能激发人的动机，帮助潘冬子解决问题就是充分借助了这一理论。在任务驱动下，学生的探究热情可以持续较长时间。同时，这样的教学设计，将教学活动的直接目的指向了解决复杂问题，让与教学的核心概念相关的探究处于实际认知任务的边缘而非中心。学生在此过程中自然生发出与核心概念相关的探究需求，这样生成的探究为他们所有，对他们来说更具有建构的意义。其次，也很好地解决了概念与概念间有什么联系的问题。复杂问题情境中“埋伏”了多个概念，
情境本身成为联系各个概念的桥梁，也为概念在更深层次上的交联提供了可能。下面的篇幅将充分利用教学案例，从三个方面阐述复杂情境下的问题解决如何推动学生21世纪技能的提高。
二、复杂情境有利于提升学生的批判性思考和问题解决能力
21世纪技能要求学生能够高效推理、运用系统的思考方法、明智地判断和决策来解决问题。具备该能力的学生应能将论点建立在证据和推理的基础上，在综合考虑系统之间的内部联系后对先前的想法（自己的或他人的）进行反思；在作出判断和决策时权衡多重因素，优化问题解决方案。
欲达此目标，教学中应该创设真实的困难让学生独立面对，把“犯错”的机会还给学生，杜绝为了达到知识目标而刻意剔除掉通往成功道路的绊脚石。复杂情境包含着更真实的情境障碍，在解决障碍的过程中，大家将提出不同的方案，对不同方案有依据地推理、筛选、反驳、修正，有利于学生批判性思维的形成。
课堂案例一：学生提议利用空气占据空间的知识，把海绵中的空气排走后再放人盐水，这样可使海绵吸得更快。但修正后的方案实施后让大家很意外，多个小组的海绵带走的食盐重量不增反降。这就迫使学生再次重新反思实验过程，进行推理、反驳、修正。他们发现多个小组在把海绵中空气排出过程中用力过大，导致海绵产生形变，无法恢复到原来的吸水能力，自然生成了再次修改方案的契机。发现海绵空间与维持海绵形变之间的矛盾，就需要学生在小组内运用批判性思维去澄清各种观点并找到更优化的解决办法。
同时，在复杂情境中，解决一个问题所需要考虑的因素往往不是从一开始就能想周全的，问题解决的过程也是不断发现、认识和整合新的影响因素的过程，充分体验这个动态过程，将为学生在今后的生活与职业中解决真实问题奠定心理基础和经验基础。
在解决复杂的问题情境中，往往会遇到多个因素相互影响、相互制约的情况，充分理解系统之间的相互联系，权衡各因素之间的利弊关系，做出复杂性的选择和决定，比让学生去经历确定了方法和步骤的实验，更能帮助学生培养明智的判断和决策能力。
课堂案例二：运盐结束后，学生在寻找短时间内带走更多食盐的秘诀时提到：“我只考虑了时间快，水加得特别多，导致水中的盐变少了，应该少放水。”加多少水合适呢？引出了新的问题：5克食盐需要多少水可以溶解完？学生在探究中虽然成功地找到了5克食盐的最少加水量，却发现最后的小部分食盐溶解得太慢，根本不能满足短时间内溶解的要求。盐溶液越接近饱和，食盐的溶解速度就越慢，追求最大溶解量和最快速度之间出现了矛盾，它们相互限制的特点，巧妙地促使学生在时间紧迫和盐水浓度之间进行判断和决策，这是传统教学“分而治之”的探究活动中难以被关注到的。
情境中的复杂性、多变性，核心概念之间的相互网状联系，给学生提供了更多的研究空间，为学生搭建起了培养批判性思维和问题解决能力的平台。
三、复杂情境有利于增强学生的交流与协作能力
未来的工作越来越倚重团队力量，交流与协作能力因此显得更加重要。良好的交流与协作应包括：在各种场合运用口头、书面等方式有效表达思想观点；彼此高效倾听以做出有意义的解读；为实现某个目标乐于作出必要的让步，等等。复杂情境中的问题因素相互交织、错综复杂，比传统的单一问题更不易理清头绪，为学生深度的交流和争论提供了机会。情境的优势还在于让目的和任务变得明确，为了达到共同的目标，在方法和观点出现分歧时，必须通过理性磋商，在组内作出选择和妥协。
解决一个复杂问题需要同时考虑多个因素，仔细权衡不同处理方式的利弊。在一个小组中，各成员设计的解决方案经常会有不同的出发点和侧重点，此时只有成员之间愿意相互聆听，充分关注他人想法和想法背后的理由，客观理性地评价不同方案，才能有效发挥团队的功能，甄别和筛选最有利的解决方案。
课堂案例三：在运盐活动实施过程中，一个组内的两个同学争执起来，谁也不肯让步，导致小组工作无法进展。学生甲认为应该先放盐再加水，因为他顾虑一次性水加多后会影响盐溶液的浓度。学生乙则认为应该先加水再放盐，他觉得这样盐溶解速度会快一些。两者看似都有道理，背后究竟蕴藏着怎么的逻辑关系？需要学生在探讨、辩论中去不断挖掘。而整个辩论的顺利开展必须建立在有效表达自己想法、高效倾听以解读有意义的话语的基础上。最后，他们理清了思路：在盐量确定时，先加盐的方案是考虑盐溶液浓度，解决杯内加多少水接近饱和状态是首要问题；先加水的方案是考虑溶解速度，在其他因素不变的情况下还是要讨论加水量的问题。情境中的任务让学生交流更有目的，为了达到目标，他们应当暂时放下自己的意愿，耐心听取别人的意见以使任务完成更优化。在艰难闯关的过程中，学生的交流与协作能力得到培养。
四、复杂问题情境有利于学生创造能力的发展
创造能力是指学生能打破思维定势，在事物之间进行发散性联想，并通过不断反思、合理挑战和发展所持解释或问题解决方案的能力。这一能力在技术革新上的应用可以提升劳动的创造性并且使效益比最大化。
复杂的问题解决过程可以调动学生尝试利用专家型思维方式来审视宽泛的信息，察觉规律并筛选信息、剖析问题。这需要通过人的创造性来获得以往并不知晓的解决方案，整合表面看上去并无关联的信息，并能够注意到别人可能尚未理会的东西。
传统教学中，探究的主题、自变量和因变量通常是十分明确的，在保证学生思维条理清晰的同时，也强化了线性思维，学生往往只能按部就班地完成操作，束缚了解决问题的思维灵活度，限制了学生发散性思维的发挥。在复杂情境中的问题解决任务，可以驱动学生跳出条条框框进行思考。
课堂案例四：在讨论如何测定到底运走了多少克食盐时，大部分学生想到的方法是把盐水挤出蒸发后用天平称重。这时，有学生提出了另一种思路：可以不用分离盐水也能知道带走的食盐重量。因为老师提供的只有5克食盐，全部溶解后，只要知道整杯食盐溶液的重量和海绵吸完后剩下的食盐溶液的重量，就能推算出带走的食盐克数。因为目的是测定运出盐的克数，并未规定要盐水分离，学生就“发散”出了将盐析出称重的直接测量法和利用总量和余量做减法的间接测量法。后者还根据溶液均质这一特点，利用数学上的等比关系设计了推理方式。解决方案中创新思维的应用由情境本身激发，提出和实施新的想法，使学生不管运用跨学科的知识，让创造新方案的能力得以发挥。
课堂案例五：在运盐实验的过程中，个别小组学生还尝试将海绵打湿后把食盐粘连上去的方法，但最终发现仅靠水的粘性带不走更多食盐。在第二次运盐中，有小组组合了两种方法，将海绵吸完盐水后再去粘连干燥的食盐颗粒。与传统教学“测量100克水能溶多少克盐”这样的简单情境相比，“运盐”这个复杂情境步骤多，涉及的影响因素多，对问题解决方法的限定少，可以“发散”的点自然比较多。直接将盐粒粘起来的解决方案虽然效果不佳，但在课堂交流中启发了其他学生的思维。最后，通过拼接溶解和粘盐粒两种方案，创造性地生成了第三种问题解决方案。小组共享和修改设计的活动，使学生创造新方案的能力得以发挥，权衡和调控多重因素的需求也使学生思考的灵活度上升。
对上述案例的剖析说明，在科学课程中以难度适中的复杂问题情境取代以往较为单一、指向确定结论的探究情境，有利于提升学生的批判性思维和问题解决的能力，有利于增强学生之间的交流与协作，发展学生的创新思维。
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