談雷（江蘇省常州高級(jí)中學(xué)江蘇常州 213001）

以問題解決為載體提升學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)

談雷（江蘇省常州高級(jí)中學(xué)江蘇常州 213001）

“室內(nèi)CO2濃度對(duì)學(xué)生注意力影響的研究”在教師指導(dǎo)下學(xué)生完成的一次科學(xué)探究，從提出真問題、確定觀測指標(biāo)、選擇實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，分析如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

科學(xué)探究 科技創(chuàng)新 核心素養(yǎng)

文件編號(hào)：1003－7586（2017）01－0073－02

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。

以問題解決為特點(diǎn)的探究活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)情境中解決實(shí)際問題，是促進(jìn)學(xué)生達(dá)成生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。筆者指導(dǎo)學(xué)生開展題為“室內(nèi)CO2濃度對(duì)學(xué)生注意力影響的研究”的科學(xué)探究活動(dòng)，獲得2015年江蘇省科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。下面以這一個(gè)活動(dòng)為案例，分析如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1 提出真問題

早在20世紀(jì)30年代，陶行知先生就指出:“創(chuàng)造始于問題。有了問題才會(huì)思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨(dú)立思路的可能。有問題雖然不一定有創(chuàng)造，但沒有問題一定沒有創(chuàng)造。人類所有的創(chuàng)造無不是對(duì)問題的解決。沒有問題就沒有創(chuàng)造?！迸囵B(yǎng)提出問題的能力是培養(yǎng)科學(xué)探究能力的第一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生提出的問題可以分為真問題和假問題。真問題是指有探究價(jià)值的科學(xué)問題，是主體對(duì)客體未知之謎的發(fā)問，是在已知科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)之上提出的。可以說科學(xué)提問本身就是一種思維過程。提出問題能力的培養(yǎng)目標(biāo)是“針對(duì)日常生活的真實(shí)情境提出清晰的、有價(jià)值的、能通過探究回答或驗(yàn)證的生命科學(xué)問題?！?/p>

教室是師生進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的主要場所，夏天教室里因?yàn)殚_空調(diào)而關(guān)閉門窗，冬天為了教室內(nèi)保暖而不開窗通風(fēng)，常常導(dǎo)致學(xué)生頭暈?zāi)X脹，影響學(xué)習(xí)效率。根據(jù)所學(xué)知識(shí)，推測可能原因是與CO2濃度過高有關(guān)。有少數(shù)學(xué)生提出打開窗戶通風(fēng)，卻常常因?yàn)樵獾酱蠖鄬W(xué)生的反對(duì)而妥協(xié)。如果能通過實(shí)驗(yàn)，獲得CO2濃度超標(biāo)對(duì)學(xué)習(xí)影響的數(shù)據(jù)，讓顯性、直接的證據(jù)來說明CO2濃度超標(biāo)對(duì)學(xué)習(xí)的危害，從而為改善教室環(huán)境衛(wèi)生狀況提供依據(jù)，讓師生都自覺保持教室內(nèi)空氣流通，提高學(xué)習(xí)效率。因此，學(xué)生提出問題是：“室內(nèi)CO2濃度變化對(duì)學(xué)生注意力有什么影響？”這是一個(gè)真問題，探究的指向性十分明確，注意力水平與學(xué)習(xí)成績成正相關(guān)，可以通過實(shí)驗(yàn)得到回答。如果提出的問題是“室內(nèi)CO2濃度對(duì)學(xué)習(xí)成績有什么影響”。那么，這個(gè)問題可以稱為假問題，因?yàn)橛绊憣W(xué)習(xí)成績的因素太多，也是長期作用的結(jié)果，無法通過控制室內(nèi)CO2濃度這一個(gè)自變量加以研究。

2 確定觀測指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)是用來指示研究對(duì)象中某些可被研究者或儀器感知的特征。在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，確定實(shí)驗(yàn)觀測指標(biāo)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，觀測指標(biāo)在很大程度上決定實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有用，是否能夠得出可靠的結(jié)論。根據(jù)獲得指標(biāo)途徑的不同，可將觀測指標(biāo)分為主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)：主觀指標(biāo)即通過探究者主體感官獲取得到的顏色、形狀、氣味、聲音等現(xiàn)象：客觀指標(biāo)是通過儀器設(shè)備測量得到的數(shù)據(jù)，如數(shù)量多少、速度快慢、高矮等。根據(jù)觀測指標(biāo)與因變量的關(guān)系，可將觀測指標(biāo)區(qū)分為直接指標(biāo)和間接指標(biāo)。對(duì)于任何一項(xiàng)研究，只作定性描述而缺乏定量研究，往往不能使科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有普遍意義。定量實(shí)驗(yàn)的核心任務(wù)是尋找數(shù)量之間的關(guān)系，用觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、測量、統(tǒng)計(jì)等來研究和分析現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性、測量的精確性、現(xiàn)象的客觀性、價(jià)值的中立性都提出了嚴(yán)格要求。

通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，有許多學(xué)者進(jìn)行過室內(nèi)CO2濃度測定，試圖說明CO2濃度對(duì)人體健康和學(xué)習(xí)質(zhì)量的影響。這些研究對(duì)CO2濃度的測試是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但?duì)人體健康和學(xué)習(xí)質(zhì)量的影響是模糊的描述，缺少直接的證據(jù)支撐。學(xué)生在手機(jī)學(xué)習(xí)軟件中發(fā)現(xiàn)舒爾特方格。舒爾特方格是在一張方形卡片上畫1 cm×1 cm的25個(gè)方格，格子內(nèi)任意填寫上阿拉伯?dāng)?shù)字1～25，要求被測者用手指按1～25的順序依次指出其位置，記錄所用時(shí)間。尋找目標(biāo)數(shù)字時(shí)，需要注意力高度集中，數(shù)完25個(gè)數(shù)字所用時(shí)間越短，表明注意力水平越高。學(xué)習(xí)效率與學(xué)生的注意力水平密切相關(guān)，巧妙應(yīng)用舒爾特方格測試，讓原來只能定性的因變量實(shí)現(xiàn)定量化，將模糊的描述轉(zhuǎn)變成直接的證據(jù)，從而能夠回答科學(xué)探究最初提出的問題。

3 選擇實(shí)驗(yàn)器材

筆者所任教的學(xué)校是江蘇省生物課程基地，建有數(shù)碼顯微實(shí)驗(yàn)室、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室、生化實(shí)驗(yàn)室、生態(tài)實(shí)驗(yàn)室、微生物實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等。學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室的二氧化碳傳感器、數(shù)據(jù)采集器測量室內(nèi)CO2濃度（圖1）。這套儀器的使用十分方便，只要在電腦上安裝相關(guān)軟件，然后利用USB接口連上傳感器和數(shù)據(jù)采集器，就能在電腦顯示屏上實(shí)時(shí)顯示不同場所空氣中的CO2濃度，使測定的CO2濃度和采集數(shù)據(jù)變得簡單易行，并提高了數(shù)據(jù)的精度。為了研究室內(nèi)CO2濃度對(duì)不同年齡學(xué)生的影響，同時(shí)選擇了學(xué)校附近的小學(xué)三年級(jí)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)小學(xué)生的特點(diǎn)，制作了大量紙質(zhì)的舒爾特方格進(jìn)行測試。告的能力，促進(jìn)學(xué)生交流和展示探究的過程、結(jié)果，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

探究室內(nèi)CO2濃度對(duì)學(xué)生注意力影響的活動(dòng)中，學(xué)生測試了白天校園開闊地帶不同時(shí)段的CO2濃度變化情況作對(duì)照。一方面考慮到教室在通風(fēng)狀態(tài)或密閉條件下CO2濃度比較，以及不同學(xué)生活動(dòng)類型后，室內(nèi)CO2濃度的比較；另一方面在實(shí)驗(yàn)對(duì)象上，還分別測定了本校高一學(xué)生和另一所小學(xué)三年級(jí)學(xué)生在不同條件下注意力水平，對(duì)比不同年齡段的學(xué)生對(duì)室內(nèi)CO2濃度的敏感度。通過實(shí)驗(yàn)獲得了大量的數(shù)據(jù)，學(xué)生在自己對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析的基礎(chǔ)上，請(qǐng)一位大學(xué)老師對(duì)高中生和小學(xué)生的成對(duì)樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，表1為高中生的成對(duì)樣本檢驗(yàn)結(jié)果。

成對(duì)樣本檢驗(yàn)

圖1 實(shí)驗(yàn)器材示意

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

目前統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到生物科學(xué)的各個(gè)研究領(lǐng)域，任何一個(gè)與樣本相關(guān)的實(shí)驗(yàn)都離不開生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法。在數(shù)據(jù)分析中，學(xué)生可以了解數(shù)據(jù)的客觀性、豐富性、規(guī)律性、多解性等特點(diǎn)，學(xué)會(huì)用基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力以邏輯的、直覺的、假設(shè)的、驗(yàn)證的、比較的、類比的等方法分析數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)分析能力，增加學(xué)習(xí)信心和樂趣。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生通過文字描述、表格、數(shù)學(xué)模型等方式完成探究報(bào)

5 反思

生物學(xué)課程的根本任務(wù)是提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng)，特別是公民終身發(fā)展所需的生物學(xué)核心素養(yǎng)。在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生問題意識(shí)缺失的背后是教師問題意識(shí)的缺失。教師既不注重對(duì)學(xué)生問題意識(shí)的培養(yǎng)，也不注重對(duì)自身工作中存在問題的發(fā)現(xiàn)和研究。以探究為特點(diǎn)的生物學(xué)教學(xué)，不僅會(huì)直接影響核心素養(yǎng)中“理性思維”“科學(xué)探究”的達(dá)成，也會(huì)間接影響“生命觀念”“社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)的達(dá)成。

因此，生物學(xué)教學(xué)不僅是教師講解和演示的過程，也是師生互動(dòng)的共同發(fā)展過程，教師應(yīng)該提供更多的機(jī)會(huì)讓學(xué)生親自參與和實(shí)踐，在活動(dòng)中培養(yǎng)問題意識(shí)、理性思維、創(chuàng)新精神和社會(huì)責(zé)任。

[1]盧彥，張冬梅、楊榮武.淺談在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理與分析能力[J].生物學(xué)雜志，2014，（2）：97-99.

[2]王稱麗，賀雯，莫瓊瓊.7～15歲學(xué)生注意力發(fā)展特點(diǎn)及其與學(xué)業(yè)成績的關(guān)系[J].上海教育科研，2012，（12）：51-54.

[3]侯燦.觀測指標(biāo)的設(shè)計(jì)[J].中國中醫(yī)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)雜志,1997，4 (2):56-60.

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