在科學探究活動中培養學生的質疑思維

張麗輝

(上海市滬新中學 上海 200129)

學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進。“疑”即為疑問、質疑之意，質疑不僅包括疑問而且還有探究和求實的過程。質疑思維是通過“為什么”的提問，綜合應用知識與技能在原有條件基礎上產生新觀念、新方案的思維，是創新的前提和探索的動力，是科學探究和成果創新過程中不可缺少的思維方式[1]。

1 質疑思維在科學探究過程中的應用

學生的學科核心素養是在實踐活動中逐漸形成的，生活實踐中存在著不同復雜程度的情境或學習體驗，教師在選擇和創設合理情境過程中，通過引導學生產生質疑、形成問題、開展論證、進行合作、探究求證。

在實際教學工作中，如何引導學生進行科學探究，充分發揮教師在科學探究過程中的引導作用，怎樣發現并確立課題是探究活動的關鍵所在。首先從科學探究的第一個環節入手，即如何產生問題，發現有價值有意義的問題并確立課題。教師應積極引導學生將質疑思維遷移到科學探究過程中，提高質疑能力，培養質疑思維，對現實生活中的生命現象、生活情境或是日常實踐，多提個“為什么”，形成假設，認真求證求實，體驗科學家的探究之路。經過實踐摸索，筆者從異常數據、異常現象和生物學規律著手，通過不斷質疑、形成假設、反復論證、認真篩選、確立小課題，引導學生進行科學探究。

1.1 質疑異常數據 在具體的探究過程中，我們經常會遇到一些異常數據，對此筆者帶領學生認真分析造成數據異常的原因，從實驗設計、變量控制、實驗操作過程、實驗記錄環節等方面著手排查，排查異常的原因。以“中華虎鳳蝶食量與能量轉換率初步探究”為例，中華虎鳳蝶是國家二級保護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，帶領學生對中華虎鳳蝶的食性與食量、生活史、成活率、化蛹率、羽化率進行觀察。在我校的人工生態系統中，幼蟲的食物鏈單一(杜衡→中華虎鳳蝶幼蟲)，引導學生從能量流動角度分析生態系統的能量流動特點，結合我校蝴蝶園中華虎鳳蝶的養殖，對中華虎鳳蝶的食量進行了統計和能量轉換率的計算，結果令人感到很意外，杜衡到中華虎鳳蝶的能量傳遞率僅為4.54%，為什么是這樣的數據？與生物學教材中能量金字塔1/10定律存在顯著差異。面對經典數據，筆者引導學生從實驗各環節進行一一排查是否存在失誤或偏差，查閱文獻資料后了解到這個經典的能量傳遞率的由來[2]。通過此次探究活動，學生認識到該食物鏈的能量流動效率之低，進而認識到杜衡的數量對中華虎鳳蝶數量的限制，深刻地體會到自然界中華虎鳳蝶數量稀少的原因除了自身繁殖特點以外還有受食物——杜衡數量的制約。由于杜衡具有一定的藥用和經濟價值，人們過度挖掘杜衡，也間接制約了中華虎鳳蝶的數量。通過該課題學生充分感悟到保護中華虎鳳蝶和保護其食物資源及棲息地的重要性，為保護中華虎鳳蝶提出合理建議。學生的主動探究能力和創新精神都有所提高。

1.2 質疑異常現象 2016年春，學生發現在校園人工草坪上出現了一種不知名的粉色小花，螺旋形花序，筆者帶領學生對該花進行檢索鑒定，確定這是蘭科綬草屬綬草。這引起了我們的關注： 為何往年不見今年出現？為何出現在人工草坪？經過質疑和思考后，課題小組學生開始查閱文獻和上海地區近年來的氣象資料，發現2016年春的降雨量及降雨天數均高于往年。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？于是筆者帶領學生展開調查，隨機劃取樣方，對樣方內的植物多樣性及種群密度進行調查，發現樣方內的優勢物種是禾本科的早熟禾、狗牙根等植物，后經文獻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“上海地區綬草及其伴生植物種群密度和生物多樣性調查”，從樣方內植物的科屬分布、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。學生經調查后發現禾本科的早熟禾、狗牙根等禾本科植物是綬草的親和伴生植物，充分認識了為何綬草常見于人工草坪內，為保護綬草及人工栽培提供了理論依據。經歷了該課題，學生的檢索技能和野外調查技能有了明顯進步，初步形成保護綬草的社會責任感。

1.3 質疑生物學規律 群落演替是指群落隨著時間的推移而發生的有規律的變化，生物群落的演替結果是一個優勢群落代替另一個優勢群落。那么校園草坪上的植物群落更新是如何進行的？是否符合群落演替的一般規律？帶著這樣的質疑，在綬草探究性課題結束后，筆者帶領學生繼續對綬草的樣方保護和觀察。經過一年半的時間，植物構成在悄然發生，人工草坪樣方內和樣方外植物的優勢物種變化相當顯著，這樣的現象也引起我們的關注。學生對樣方內植物進行了調查，從科屬分布、種群密度、生物多樣性指數等方面分析了物種組成的變化，結果發現： 優勢物種由原來的禾本科植物變為菊科植物，這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。隨后學生從入侵途徑、光合特性、繁殖特性、抗逆性等方面進行調查，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行進一步探究。由于加拿大一枝黃花、小飛蓬、春飛蓬等菊科植物發生快且幼苗和成株的葉型差異大，難以識別和區分，在草坪的管理上存在一定困難，學生繪制了這些菊科植物幼苗與成株的對比圖，以便學校綠化部門辨識與清除，根據其危害發生特點對人工草坪的管理提出具體措施。實踐活動有效提升了學生的生物學學科核心素養。

2 實踐反思

質疑是創新的開始，疑問是質疑思維的關鍵。對于新奇或權威的事物一定要有質疑的勇氣和能力。運用質疑思維，能培養創新精神，提升創新力。在教學實踐中組織學生探究活動對教師而言也是一件極有意義的事情，打破傳統教學模式、教學行為，充分發揮教師的主導作用。教師不斷主動學習，充實知識構架，增加跨學科知識與技能，增強科學探究活動設計的科學性。這也是教師自我提升的過程，游弋于學科知識體系之中才能真正體會到學科的精髓，積極嘗試在核心素養導向下的科學探究活動，教師與學生才能共同進步。