以問題解決為載體提升學生發展核心素養

談雷（江蘇省常州高級中學江蘇常州 213001）

以問題解決為載體提升學生發展核心素養

談雷（江蘇省常州高級中學江蘇常州 213001）

“室內CO2濃度對學生注意力影響的研究”在教師指導下學生完成的一次科學探究，從提出真問題、確定觀測指標、選擇實驗材料、設計并完成實驗、分析實驗數據等環節，分析如何培養學生的科學探究能力，提高生物學科核心素養。

科學探究 科技創新 核心素養

文件編號：1003－7586（2017）01－0073－02

學生發展核心素養是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。生物學核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任四個方面。

以問題解決為特點的探究活動，讓學生在真實情境中解決實際問題，是促進學生達成生物學核心素養的重要途徑。筆者指導學生開展題為“室內CO2濃度對學生注意力影響的研究”的科學探究活動，獲得2015年江蘇省科技創新大賽一等獎。下面以這一個活動為案例，分析如何培養學生的科學探究能力，提升學生的核心素養。

1 提出真問題

早在20世紀30年代，陶行知先生就指出:“創造始于問題。有了問題才會思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨立思路的可能。有問題雖然不一定有創造，但沒有問題一定沒有創造。人類所有的創造無不是對問題的解決。沒有問題就沒有創造。”培養提出問題的能力是培養科學探究能力的第一個環節。學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值的科學問題，是主體對客體未知之謎的發問，是在已知科學知識的基礎之上提出的。可以說科學提問本身就是一種思維過程。提出問題能力的培養目標是“針對日常生活的真實情境提出清晰的、有價值的、能通過探究回答或驗證的生命科學問題。”

教室是師生進行教學活動的主要場所，夏天教室里因為開空調而關閉門窗，冬天為了教室內保暖而不開窗通風，常常導致學生頭暈腦脹，影響學習效率。根據所學知識，推測可能原因是與CO2濃度過高有關。有少數學生提出打開窗戶通風，卻常常因為遭到大多學生的反對而妥協。如果能通過實驗，獲得CO2濃度超標對學習影響的數據，讓顯性、直接的證據來說明CO2濃度超標對學習的危害，從而為改善教室環境衛生狀況提供依據，讓師生都自覺保持教室內空氣流通，提高學習效率。因此，學生提出問題是：“室內CO2濃度變化對學生注意力有什么影響？”這是一個真問題，探究的指向性十分明確，注意力水平與學習成績成正相關，可以通過實驗得到回答。如果提出的問題是“室內CO2濃度對學習成績有什么影響”。那么，這個問題可以稱為假問題，因為影響學習成績的因素太多，也是長期作用的結果，無法通過控制室內CO2濃度這一個自變量加以研究。

2 確定觀測指標

實驗指標是用來指示研究對象中某些可被研究者或儀器感知的特征。在探究實驗設計中，確定實驗觀測指標是一個重要的環節，觀測指標在很大程度上決定實驗結果是否有用，是否能夠得出可靠的結論。根據獲得指標途徑的不同，可將觀測指標分為主觀指標和客觀指標：主觀指標即通過探究者主體感官獲取得到的顏色、形狀、氣味、聲音等現象：客觀指標是通過儀器設備測量得到的數據，如數量多少、速度快慢、高矮等。根據觀測指標與因變量的關系，可將觀測指標區分為直接指標和間接指標。對于任何一項研究，只作定性描述而缺乏定量研究，往往不能使科學發現具有普遍意義。定量實驗的核心任務是尋找數量之間的關系，用觀察、實驗、調查、測量、統計等來研究和分析現象，對實驗設計的嚴密性、測量的精確性、現象的客觀性、價值的中立性都提出了嚴格要求。

通過文獻檢索發現，有許多學者進行過室內CO2濃度測定，試圖說明CO2濃度對人體健康和學習質量的影響。這些研究對CO2濃度的測試是科學嚴謹的，但對人體健康和學習質量的影響是模糊的描述，缺少直接的證據支撐。學生在手機學習軟件中發現舒爾特方格。舒爾特方格是在一張方形卡片上畫1 cm×1 cm的25個方格，格子內任意填寫上阿拉伯數字1～25，要求被測者用手指按1～25的順序依次指出其位置，記錄所用時間。尋找目標數字時，需要注意力高度集中，數完25個數字所用時間越短，表明注意力水平越高。學習效率與學生的注意力水平密切相關，巧妙應用舒爾特方格測試，讓原來只能定性的因變量實現定量化，將模糊的描述轉變成直接的證據，從而能夠回答科學探究最初提出的問題。

3 選擇實驗器材

筆者所任教的學校是江蘇省生物課程基地，建有數碼顯微實驗室、細胞實驗室、生化實驗室、生態實驗室、微生物實驗室、創新實驗室等。學生利用實驗室的二氧化碳傳感器、數據采集器測量室內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軟件，然后利用USB接口連上傳感器和數據采集器，就能在電腦顯示屏上實時顯示不同場所空氣中的CO2濃度，使測定的CO2濃度和采集數據變得簡單易行，并提高了數據的精度。為了研究室內CO2濃度對不同年齡學生的影響，同時選擇了學校附近的小學三年級學生進行實驗，根據小學生的特點，制作了大量紙質的舒爾特方格進行測試。告的能力，促進學生交流和展示探究的過程、結果，并進行適當的評價。

探究室內CO2濃度對學生注意力影響的活動中，學生測試了白天校園開闊地帶不同時段的CO2濃度變化情況作對照。一方面考慮到教室在通風狀態或密閉條件下CO2濃度比較，以及不同學生活動類型后，室內CO2濃度的比較；另一方面在實驗對象上，還分別測定了本校高一學生和另一所小學三年級學生在不同條件下注意力水平，對比不同年齡段的學生對室內CO2濃度的敏感度。通過實驗獲得了大量的數據，學生在自己對實驗數據進行初步分析的基礎上，請一位大學老師對高中生和小學生的成對樣本進行檢驗，表1為高中生的成對樣本檢驗結果。

成對樣本檢驗

圖1 實驗器材示意

4 數據統計分析

目前統計學的方法已經被廣泛地應用到生物科學的各個研究領域，任何一個與樣本相關的實驗都離不開生物統計學的統計方法。在數據分析中，學生可以了解數據的客觀性、豐富性、規律性、多解性等特點，學會用基礎知識、基本能力以邏輯的、直覺的、假設的、驗證的、比較的、類比的等方法分析數據，提升數據分析能力，增加學習信心和樂趣。教師應培養學生通過文字描述、表格、數學模型等方式完成探究報

5 反思

生物學課程的根本任務是提高學生的生物學素養，特別是公民終身發展所需的生物學核心素養。在傳統的教學活動中，學生問題意識缺失的背后是教師問題意識的缺失。教師既不注重對學生問題意識的培養，也不注重對自身工作中存在問題的發現和研究。以探究為特點的生物學教學，不僅會直接影響核心素養中“理性思維”“科學探究”的達成，也會間接影響“生命觀念”“社會責任”核心素養的達成。

因此，生物學教學不僅是教師講解和演示的過程，也是師生互動的共同發展過程，教師應該提供更多的機會讓學生親自參與和實踐，在活動中培養問題意識、理性思維、創新精神和社會責任。

[1]盧彥，張冬梅、楊榮武.淺談在生物化學實驗中培養學生的數據處理與分析能力[J].生物學雜志，2014，（2）：97-99.

[2]王稱麗，賀雯，莫瓊瓊.7～15歲學生注意力發展特點及其與學業成績的關系[J].上海教育科研，2012，（12）：51-54.

[3]侯燦.觀測指標的設計[J].中國中醫基礎醫學雜志,1997，4 (2):56-60.

G633.91

B