以“探究非生物因素对某种动物的影响”为例谈中学生物核心素养的培养

2021-12-29王延杰

科学咨询 2021年26期

王延杰

（重庆市求精中学校重庆 400042）

生物学科核心素养定义为：学生通过中学生物学科的学习可以综合运用生物学知识、方法和技能去解决实际问题时所需要的必备品质和关键能力，具体包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任四大要素。

一、科学探究的重要性

科学探究是学生运用科学方法对某一自然现象进行观察、提问、假设、方案设计与实施以及对结果的进行表达和交流的一种综合能力[1]。在中学生物教学中开展科学探究活动有利于学生转变学习方式，使学生能主动地获取生物科学知识，有利于学生创新精神和实践能力的培养，使学生能用审慎的态度和科学的方法去解决生活中与生物学相关的问题。在中学生物课程中进行实验教学对于学生科学探究能力的培养可以起到至关重要的作用。

二、科学探究过程的落实

“探究非生物因素对某种动物的影响”为人教版七年级上册“生物与环境的关系”这一节的一个探究性试验。该实验旨在让学生初步学会在探究中控制变量和设计对照实验，体验探究活动的一般过程，学会观察现象和记录数据；能根据实验现象和数据进行分析，并得出结论。探究的一般过程、探究中控制变量和设置对照实验是该实验的两个重点。难点是探究活动的组织、理解控制变量和设置对照实验。

为了在该实验过程中训练学生的科学探究能力，特在实验过程中设置学生自主探究环节，实验前按照课本中准备实验材料和用具的要求，准备了鼠妇、木盒，透明玻璃板，遮光纸等材料，但并不事先制作成半边透明半边遮光形式的盖板，而是将实验用具分散放置。

（一）问题的提出

鼠妇及其生活环境介绍，为了更好地让学生了解它，通过图片的形式展示鼠妇及其生活环境，让学生从教师提供的各种素材中，仔细观察细微处，从中发现问题。以“问题化”的陈述方式提问，鼠妇总是在阴暗的角落活动，而在光线明亮的地方却很少看到。那么，光照条件是不是影响了鼠妇的分布呢？

因为非生物因素很多，有光、水、温度、空气等，初中学生探究能力有限，多因素分析容易造成学生思考混乱，特引导学生思考单一因子对鼠妇生活的影响，这也让学生初步学会控制单一变量开展实验探究。

（二）作出假设

根据对鼠妇的生活环境的观察和老师的引导，学生做出合理的假设：光影响鼠妇的分布。

“猜想与假设”是科学探究的先导，尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想。学生做出假设的依据正是已有的知识，背景材料，在比较阴暗的地方看到了鼠妇，而在明亮的地方没有看到。

假设是科学思维的一种形式，是科学研究中重要的方法，也是对问题中事物的因果性、规律性做出的假定性解释。在科学探究中，提出合理的假设除了为探究活动指明方向外，可以充分发展学生的创造性思维，培养学生的创造能力。

（三）制定计划与设计实验

“制定计划与设计实验”是科学探究的具体化程序化。本课题中，让学生根据提出的假设，自己选择实验用具，设定实验条件，选择科学探究的方法。本实验设计实验的难点在于怎样做才能保证鼠妇的分布只是由于环境因素“光”引起的，设置单一变量，控制无关变量是制定实验计划和设计实验的基础。在这个基础下，让学生积极思考控制无关变量的方法，经小组展开讨论，同学们很容易想到控制无关变量就是除了我们要研究的光之外，其他实验条件都完全相同。明确单一变量设置的原则，接下来就是实验设计过程。

因此有同学就设计了一个实验，设两个实验组，一组不照光，另一组照光，其他条件完全相同。经过动手实验操作，两者并没有很大差别，对鼠妇的分布没有影响。有同学对该设计提出不同意见，两个实验组该用什么反映鼠妇的分布受到光的影响呢？因此以合理的方式反应实验结果，也是设计实验要考虑的问题。经小组讨论，实验结果的反映应该集中在鼠妇的分布上。教师在此处进行引导，是否可以统计光处和黑暗处鼠妇的量，两种环境下进行对比反映鼠妇的分布是否收到光的影响。鼠妇是可以活动的，如果其分布受到光的影响，它就会向光移动或背光移动。此时，小组继续展开讨论应该如何设置实验。设想鼠妇“站在”黑暗和光亮的临界线上，喜光，则鼠妇会向光处移动；厌光，则鼠妇会背光移动；不喜光也不厌光，则鼠妇可能会向两边都会移动。可以用鼠妇在两个区域分布的多少来衡量鼠妇的分布受到光的影响。

之所以花时间让学生自己探究制定计划和实验方案，它旨在让学生动手之前先动脑，使探究活动的方法更明确、思路更清晰、过程更科学。但很多老师都不舍得把时间花在让学生制定计划和设计实验上，而是让学生按照现成的“报告册或课本”的步骤与方法做，或者按照老师的思路做，导致学生被动地做实验，很少去思考到底为什么要这样做，怎么做，除了这样做，是否还可以用其他方法做等等问题。

实验器材的选择和设计也是该探究实验的关键，通过上面的分析，学生基本可以明确，鼠妇站在临界线上，它可能“往左走”，也可能“往右走”，因此要设计一个一侧为暗处一侧为光处且光处和暗处相通的实验装置，实验时将鼠妇放于临界线上，根据两侧鼠妇的多少来衡量鼠妇的分布是否受到光的影响。

（四）进行实验和数据收集

具体去实施所制定的实验计划和实验方案，是培养学生实验能力（即动手能力）、观察能力的重要环节。根据学生小组讨论设计如课本所示实验。

在实验过程中，教师要引导学生尊重实验事实，客观、真实、准确地记录和描述实验数据，决不能为达到数据精确而任意篡改数据。并学会对数据进行简单的比较。

（五）数据分析

拿到数据之后，学生普遍不知道该如何分析手里的数据，教师可以引导学生通过小组展示分析数据。每组展示数据并记录在黑板上，通过分析若干小组的10次实验结果横向观察，10次的数据进行简单的对比暗处和光处鼠妇的数量，可以看到鼠妇运动是否有一个明显的趋势。同时纵向观察第10次数据，10分钟后鼠妇趋于平静，排除其他因素对鼠妇运动的影响。为了减少误差，将全班所有组的第10次数据暗处和光处数量分别进行平均得出结论。

（六）得出结论

通过我们实验的分析，鼠妇在10次记录中，运动趋向于暗处。这就与我们做出的假设相一致。得到结论之后，学生要会对实验过程和结论进行评估。评估是对探究反思的过程，它不仅可能引出新的发现，还有利于学生养成严谨的科学态度，发展批判性思维。让学生通过探究活动中的评估环节，学会进行评估的基本方法和途径，强化对探究过程和探究结果进行评估的意识，对发展学生的批评性思维具有积极的意义。