在科學(xué)探究活動中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑思維

張麗輝

(上海市滬新中學(xué) 上海 200129)

學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)?！耙伞奔礊橐蓡枴①|(zhì)疑之意，質(zhì)疑不僅包括疑問而且還有探究和求實(shí)的過程。質(zhì)疑思維是通過“為什么”的提問，綜合應(yīng)用知識與技能在原有條件基礎(chǔ)上產(chǎn)生新觀念、新方案的思維，是創(chuàng)新的前提和探索的動力，是科學(xué)探究和成果創(chuàng)新過程中不可缺少的思維方式[1]。

1 質(zhì)疑思維在科學(xué)探究過程中的應(yīng)用

學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是在實(shí)踐活動中逐漸形成的，生活實(shí)踐中存在著不同復(fù)雜程度的情境或?qū)W習(xí)體驗(yàn)，教師在選擇和創(chuàng)設(shè)合理情境過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑、形成問題、開展論證、進(jìn)行合作、探究求證。

在實(shí)際教學(xué)工作中，如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，充分發(fā)揮教師在科學(xué)探究過程中的引導(dǎo)作用，怎樣發(fā)現(xiàn)并確立課題是探究活動的關(guān)鍵所在。首先從科學(xué)探究的第一個環(huán)節(jié)入手，即如何產(chǎn)生問題，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值有意義的問題并確立課題。教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生將質(zhì)疑思維遷移到科學(xué)探究過程中，提高質(zhì)疑能力，培養(yǎng)質(zhì)疑思維，對現(xiàn)實(shí)生活中的生命現(xiàn)象、生活情境或是日常實(shí)踐，多提個“為什么”，形成假設(shè)，認(rèn)真求證求實(shí)，體驗(yàn)科學(xué)家的探究之路。經(jīng)過實(shí)踐摸索，筆者從異常數(shù)據(jù)、異常現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律著手，通過不斷質(zhì)疑、形成假設(shè)、反復(fù)論證、認(rèn)真篩選、確立小課題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。

1.1 質(zhì)疑異常數(shù)據(jù) 在具體的探究過程中，我們經(jīng)常會遇到一些異常數(shù)據(jù)，對此筆者帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)真分析造成數(shù)據(jù)異常的原因，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、變量控制、實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)記錄環(huán)節(jié)等方面著手排查，排查異常的原因。以“中華虎鳳蝶食量與能量轉(zhuǎn)換率初步探究”為例，中華虎鳳蝶是國家二級保護(hù)動物且為狹食性蝶類，將它的食物馬兜鈴科杜衡從野外引入校園半封閉式人工生境中，帶領(lǐng)學(xué)生對中華虎鳳蝶的食性與食量、生活史、成活率、化蛹率、羽化率進(jìn)行觀察。在我校的人工生態(tài)系統(tǒng)中，幼蟲的食物鏈單一(杜衡→中華虎鳳蝶幼蟲)，引導(dǎo)學(xué)生從能量流動角度分析生態(tài)系統(tǒng)的能量流動特點(diǎn)，結(jié)合我校蝴蝶園中華虎鳳蝶的養(yǎng)殖，對中華虎鳳蝶的食量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和能量轉(zhuǎn)換率的計(jì)算，結(jié)果令人感到很意外，杜衡到中華虎鳳蝶的能量傳遞率僅為4.54%，為什么是這樣的數(shù)據(jù)？與生物學(xué)教材中能量金字塔1/10定律存在顯著差異。面對經(jīng)典數(shù)據(jù)，筆者引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行一一排查是否存在失誤或偏差，查閱文獻(xiàn)資料后了解到這個經(jīng)典的能量傳遞率的由來[2]。通過此次探究活動，學(xué)生認(rèn)識到該食物鏈的能量流動效率之低，進(jìn)而認(rèn)識到杜衡的數(shù)量對中華虎鳳蝶數(shù)量的限制，深刻地體會到自然界中華虎鳳蝶數(shù)量稀少的原因除了自身繁殖特點(diǎn)以外還有受食物——杜衡數(shù)量的制約。由于杜衡具有一定的藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，人們過度挖掘杜衡，也間接制約了中華虎鳳蝶的數(shù)量。通過該課題學(xué)生充分感悟到保護(hù)中華虎鳳蝶和保護(hù)其食物資源及棲息地的重要性，為保護(hù)中華虎鳳蝶提出合理建議。學(xué)生的主動探究能力和創(chuàng)新精神都有所提高。

1.2 質(zhì)疑異?，F(xiàn)象 2016年春，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在校園人工草坪上出現(xiàn)了一種不知名的粉色小花，螺旋形花序，筆者帶領(lǐng)學(xué)生對該花進(jìn)行檢索鑒定，確定這是蘭科綬草屬綬草。這引起了我們的關(guān)注： 為何往年不見今年出現(xiàn)？為何出現(xiàn)在人工草坪？經(jīng)過質(zhì)疑和思考后，課題小組學(xué)生開始查閱文獻(xiàn)和上海地區(qū)近年來的氣象資料，發(fā)現(xiàn)2016年春的降雨量及降雨天數(shù)均高于往年。由于降雨，人工草坪的修剪頻次下降了，使得綬草能夠充分生長并順利進(jìn)入花期。為何綬草常見于人工草坪？是不是生物因素影響綬草分布和生存呢？于是筆者帶領(lǐng)學(xué)生展開調(diào)查，隨機(jī)劃取樣方，對樣方內(nèi)的植物多樣性及種群密度進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)樣方內(nèi)的優(yōu)勢物種是禾本科的早熟禾、狗牙根等植物，后經(jīng)文獻(xiàn)確定綬草的生長需要親密的伴生植物。于是，形成了新的探究課題“上海地區(qū)綬草及其伴生植物種群密度和生物多樣性調(diào)查”，從樣方內(nèi)植物的科屬分布、種群密度及生物多樣性角度分析影響綬草生存的生物因素。學(xué)生經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)禾本科的早熟禾、狗牙根等禾本科植物是綬草的親和伴生植物，充分認(rèn)識了為何綬草常見于人工草坪內(nèi)，為保護(hù)綬草及人工栽培提供了理論依據(jù)。經(jīng)歷了該課題，學(xué)生的檢索技能和野外調(diào)查技能有了明顯進(jìn)步，初步形成保護(hù)綬草的社會責(zé)任感。

1.3 質(zhì)疑生物學(xué)規(guī)律 群落演替是指群落隨著時(shí)間的推移而發(fā)生的有規(guī)律的變化，生物群落的演替結(jié)果是一個優(yōu)勢群落代替另一個優(yōu)勢群落。那么校園草坪上的植物群落更新是如何進(jìn)行的？是否符合群落演替的一般規(guī)律？帶著這樣的質(zhì)疑，在綬草探究性課題結(jié)束后，筆者帶領(lǐng)學(xué)生繼續(xù)對綬草的樣方保護(hù)和觀察。經(jīng)過一年半的時(shí)間，植物構(gòu)成在悄然發(fā)生，人工草坪樣方內(nèi)和樣方外植物的優(yōu)勢物種變化相當(dāng)顯著，這樣的現(xiàn)象也引起我們的關(guān)注。學(xué)生對樣方內(nèi)植物進(jìn)行了調(diào)查，從科屬分布、種群密度、生物多樣性指數(shù)等方面分析了物種組成的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 優(yōu)勢物種由原來的禾本科植物變?yōu)榫湛浦参铮@其中就是以加拿大一枝黃花、小飛蓬、春飛蓬為代表的菊科植物。隨后學(xué)生從入侵途徑、光合特性、繁殖特性、抗逆性等方面進(jìn)行調(diào)查，了解這些世界級惡性雜草的危害，形成并確立新的研究課題“人工草坪菊科入侵植物的調(diào)查與防治”，通過小課題形式對人工草坪上的外來入侵物種的危害及防治進(jìn)行進(jìn)一步探究。由于加拿大一枝黃花、小飛蓬、春飛蓬等菊科植物發(fā)生快且幼苗和成株的葉型差異大，難以識別和區(qū)分，在草坪的管理上存在一定困難，學(xué)生繪制了這些菊科植物幼苗與成株的對比圖，以便學(xué)校綠化部門辨識與清除，根據(jù)其危害發(fā)生特點(diǎn)對人工草坪的管理提出具體措施。實(shí)踐活動有效提升了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 實(shí)踐反思

質(zhì)疑是創(chuàng)新的開始，疑問是質(zhì)疑思維的關(guān)鍵。對于新奇或權(quán)威的事物一定要有質(zhì)疑的勇氣和能力。運(yùn)用質(zhì)疑思維，能培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提升創(chuàng)新力。在教學(xué)實(shí)踐中組織學(xué)生探究活動對教師而言也是一件極有意義的事情，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式、教學(xué)行為，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。教師不斷主動學(xué)習(xí)，充實(shí)知識構(gòu)架，增加跨學(xué)科知識與技能，增強(qiáng)科學(xué)探究活動設(shè)計(jì)的科學(xué)性。這也是教師自我提升的過程，游弋于學(xué)科知識體系之中才能真正體會到學(xué)科的精髓，積極嘗試在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的科學(xué)探究活動，教師與學(xué)生才能共同進(jìn)步。