以问题解决为载体提升学生发展核心素养

谈雷（江苏省常州高级中学江苏常州 213001）

以问题解决为载体提升学生发展核心素养

谈雷（江苏省常州高级中学江苏常州 213001）

“室内CO2浓度对学生注意力影响的研究”在教师指导下学生完成的一次科学探究，从提出真问题、确定观测指标、选择实验材料、设计并完成实验、分析实验数据等环节，分析如何培养学生的科学探究能力，提高生物学科核心素养。

科学探究 科技创新 核心素养

文件编号：1003－7586（2017）01－0073－02

学生发展核心素养是指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。生物学核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任四个方面。

以问题解决为特点的探究活动，让学生在真实情境中解决实际问题，是促进学生达成生物学核心素养的重要途径。笔者指导学生开展题为“室内CO2浓度对学生注意力影响的研究”的科学探究活动，获得2015年江苏省科技创新大赛一等奖。下面以这一个活动为案例，分析如何培养学生的科学探究能力，提升学生的核心素养。

1 提出真问题

早在20世纪30年代，陶行知先生就指出:“创造始于问题。有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。有问题虽然不一定有创造，但没有问题一定没有创造。人类所有的创造无不是对问题的解决。没有问题就没有创造。”培养提出问题的能力是培养科学探究能力的第一个环节。学生提出的问题可以分为真问题和假问题。真问题是指有探究价值的科学问题，是主体对客体未知之谜的发问，是在已知科学知识的基础之上提出的。可以说科学提问本身就是一种思维过程。提出问题能力的培养目标是“针对日常生活的真实情境提出清晰的、有价值的、能通过探究回答或验证的生命科学问题。”

教室是师生进行教学活动的主要场所，夏天教室里因为开空调而关闭门窗，冬天为了教室内保暖而不开窗通风，常常导致学生头晕脑胀，影响学习效率。根据所学知识，推测可能原因是与CO2浓度过高有关。有少数学生提出打开窗户通风，却常常因为遭到大多学生的反对而妥协。如果能通过实验，获得CO2浓度超标对学习影响的数据，让显性、直接的证据来说明CO2浓度超标对学习的危害，从而为改善教室环境卫生状况提供依据，让师生都自觉保持教室内空气流通，提高学习效率。因此，学生提出问题是：“室内CO2浓度变化对学生注意力有什么影响？”这是一个真问题，探究的指向性十分明确，注意力水平与学习成绩成正相关，可以通过实验得到回答。如果提出的问题是“室内CO2浓度对学习成绩有什么影响”。那么，这个问题可以称为假问题，因为影响学习成绩的因素太多，也是长期作用的结果，无法通过控制室内CO2浓度这一个自变量加以研究。

2 确定观测指标

实验指标是用来指示研究对象中某些可被研究者或仪器感知的特征。在探究实验设计中，确定实验观测指标是一个重要的环节，观测指标在很大程度上决定实验结果是否有用，是否能够得出可靠的结论。根据获得指标途径的不同，可将观测指标分为主观指标和客观指标：主观指标即通过探究者主体感官获取得到的颜色、形状、气味、声音等现象：客观指标是通过仪器设备测量得到的数据，如数量多少、速度快慢、高矮等。根据观测指标与因变量的关系，可将观测指标区分为直接指标和间接指标。对于任何一项研究，只作定性描述而缺乏定量研究，往往不能使科学发现具有普遍意义。定量实验的核心任务是寻找数量之间的关系，用观察、实验、调查、测量、统计等来研究和分析现象，对实验设计的严密性、测量的精确性、现象的客观性、价值的中立性都提出了严格要求。

通过文献检索发现，有许多学者进行过室内CO2浓度测定，试图说明CO2浓度对人体健康和学习质量的影响。这些研究对CO2浓度的测试是科学严谨的，但对人体健康和学习质量的影响是模糊的描述，缺少直接的证据支撑。学生在手机学习软件中发现舒尔特方格。舒尔特方格是在一张方形卡片上画1 cm×1 cm的25个方格，格子内任意填写上阿拉伯数字1～25，要求被测者用手指按1～25的顺序依次指出其位置，记录所用时间。寻找目标数字时，需要注意力高度集中，数完25个数字所用时间越短，表明注意力水平越高。学习效率与学生的注意力水平密切相关，巧妙应用舒尔特方格测试，让原来只能定性的因变量实现定量化，将模糊的描述转变成直接的证据，从而能够回答科学探究最初提出的问题。

3 选择实验器材

笔者所任教的学校是江苏省生物课程基地，建有数码显微实验室、细胞实验室、生化实验室、生态实验室、微生物实验室、创新实验室等。学生利用实验室的二氧化碳传感器、数据采集器测量室内CO2浓度（图1）。这套仪器的使用十分方便，只要在电脑上安装相关软件，然后利用USB接口连上传感器和数据采集器，就能在电脑显示屏上实时显示不同场所空气中的CO2浓度，使测定的CO2浓度和采集数据变得简单易行，并提高了数据的精度。为了研究室内CO2浓度对不同年龄学生的影响，同时选择了学校附近的小学三年级学生进行实验，根据小学生的特点，制作了大量纸质的舒尔特方格进行测试。告的能力，促进学生交流和展示探究的过程、结果，并进行适当的评价。

探究室内CO2浓度对学生注意力影响的活动中，学生测试了白天校园开阔地带不同时段的CO2浓度变化情况作对照。一方面考虑到教室在通风状态或密闭条件下CO2浓度比较，以及不同学生活动类型后，室内CO2浓度的比较；另一方面在实验对象上，还分别测定了本校高一学生和另一所小学三年级学生在不同条件下注意力水平，对比不同年龄段的学生对室内CO2浓度的敏感度。通过实验获得了大量的数据，学生在自己对实验数据进行初步分析的基础上，请一位大学老师对高中生和小学生的成对样本进行检验，表1为高中生的成对样本检验结果。

成对样本检验

图1 实验器材示意

4 数据统计分析

目前统计学的方法已经被广泛地应用到生物科学的各个研究领域，任何一个与样本相关的实验都离不开生物统计学的统计方法。在数据分析中，学生可以了解数据的客观性、丰富性、规律性、多解性等特点，学会用基础知识、基本能力以逻辑的、直觉的、假设的、验证的、比较的、类比的等方法分析数据，提升数据分析能力，增加学习信心和乐趣。教师应培养学生通过文字描述、表格、数学模型等方式完成探究报

5 反思

生物学课程的根本任务是提高学生的生物学素养，特别是公民终身发展所需的生物学核心素养。在传统的教学活动中，学生问题意识缺失的背后是教师问题意识的缺失。教师既不注重对学生问题意识的培养，也不注重对自身工作中存在问题的发现和研究。以探究为特点的生物学教学，不仅会直接影响核心素养中“理性思维”“科学探究”的达成，也会间接影响“生命观念”“社会责任”核心素养的达成。

因此，生物学教学不仅是教师讲解和演示的过程，也是师生互动的共同发展过程，教师应该提供更多的机会让学生亲自参与和实践，在活动中培养问题意识、理性思维、创新精神和社会责任。

[1]卢彦，张冬梅、杨荣武.浅谈在生物化学实验中培养学生的数据处理与分析能力[J].生物学杂志，2014，（2）：97-99.

[2]王称丽，贺雯，莫琼琼.7～15岁学生注意力发展特点及其与学业成绩的关系[J].上海教育科研，2012，（12）：51-54.

[3]侯灿.观测指标的设计[J].中国中医基础医学杂志,1997，4 (2):56-60.

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