研究性學習：科學教育視域下的“問題研究”欄目教學探索

摘 要：“問題研究”是人教版高中地理教材的特設欄目，在中小學科學教育推進過程中發(fā)揮著獨特的育人價值。基于研究性學習開展“問題研究”欄目的教學，能更有效地實現(xiàn)核心素養(yǎng)的培育、學生學習方式的轉變以及過程性評價的推進等科學教育目標。本文以“何時‘藍天’常在”為例，詳細闡述了在“問題研究”的課堂教學中實施研究性學習的主要步驟及設計意圖。

關鍵詞：研究性學習；科學教育；問題研究；地理實踐活動

中圖分類號：G633.55" " " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-5207（2025）11-0072-05

作為中小學科學教育相關學科，地理在深化教學改革、轉變學生學習方式、增強學生科學探究意識、提升學生科學素養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用。“問題研究”是人教版高中地理教材的特設欄目，其設計目的是在講述核心基礎知識后，將某些內容以實際問題的形式呈現(xiàn)給學生，讓學生在探究和解決問題的過程中鞏固知識、發(fā)展能力并形成正確的價值觀［1］。研究性學習是一種以問題為載體、以主動探究為核心特征的教與學方式［2］。借助此方式，“問題研究”欄目能更有效地引導學生經歷問題提出—課題生成—目標制定—文獻學習—實踐研究—交流展示這一相對完整且規(guī)范的科學研究流程，從而科學、系統(tǒng)地滲透科學思維與方法，提升其科學素養(yǎng)。

“何時‘藍天’常在”是人教版地理必修第一冊第二章“地球上的大氣”中的“問題研究”。從學情來看，學生對大氣污染的類型和成因、大氣受熱過程、大氣運動等有一定知識儲備，但在數(shù)據搜集、圖表制作、分析和解釋等方面存在不足，需要教師進行針對性指導。本文將該問題研究轉化為研究性學習課例——無錫城市大氣污染現(xiàn)狀調查與防治研究，詳細闡述了在課堂教學中開展研究性學習的設計案例，并就實施路徑、育人價值等進行了探討。

一、在科學教育中實施研究性學習的步驟

1.研究性學習

研究性學習是一門課程。在《普通高中課程方案（2017年版2020年修訂）》中，研究性學習是綜合實踐活動科目的重要組成部分，主要以開展跨學科研究的方式完成2個課題研究或項目設計。研究性學習也是一種教與學方式。早在2000年，《全日制普通高級中學課程計劃（試驗修訂稿）》中就提出：“研究性學習指學生在教師的指導下，從學習生活和社會生活中選擇并確定研究專題，用類似科學研究的方式去獲取知識、應用知識、解決問題的學習活動。”［3］

長期以來，我國中小學科學教育存在諸多問題。首先，過度聚焦結論性知識的機械記憶，忽視了對知識的深入理解；其次，過度重視報告、模型等成果的展示，忽視了過程性評價；最后，過度強調學科知識自身的邏輯體系，忽視了跨學科融合。實際上，科學教育的最終目的是培養(yǎng)學生的科學思維、探究方法及問題解決能力，提升科學素養(yǎng)。基于“問題研究”欄目開展研究性學習，搭建科學探究的實踐平臺，可引導學生主動探索、深度思考知識內涵，并在跨學科情境中培養(yǎng)科學思維，掌握探究方法，提升解決實際問題的能力。

2.研究性學習的實施步驟

研究性學習是一個系統(tǒng)且深入的過程。遵循“像科學家一樣做科學”的實施理念，在中小學科學教育中開展研究性學習，通常包括以下關鍵步驟：問題提出—課題確定—目標制定—文獻學習—實踐研究—交流展示（圖1）。

二、研究性學習助力“問題研究”欄目實現(xiàn)科學教育育人價值

1.落實核心素養(yǎng)培育

“問題研究”欄目的育人價值，首先體現(xiàn)在科學精神、實踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)以及地理實踐力等地理核心素養(yǎng)的培育上。《普通高中教科書教師教學用書·地理：必修·第一冊》明確指出，地理實踐力的培養(yǎng)需要學生親身參與才能實現(xiàn)，人教版教材通過設計“活動”“問題研究”來完成此目標［4］。為此，人教版地理教材設計了一系列集綜合性、實踐性于一體的問題研究活動。

研究性學習推進了“問題研究”欄目從知識傳授模式向科學探究模式轉變。研究性學習引導學生發(fā)現(xiàn)地理問題、確定研究課題、獲取并分析信息、提出解決辦法。在此過程中，學生不僅鍛煉了收集和處理地理信息能力、設計地理實踐活動方案能力、實施地理實踐活動能力等地理實踐力素養(yǎng)，還培養(yǎng)了理性思維、批判質疑、勇于探究等科學精神，提升了勞動意識以及問題解決、技術應用等實踐創(chuàng)新素養(yǎng)。

2.轉變學生學習方式

《普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《地理新課標》）明確要求，教師應嘗試更多地運用問題式教學、實踐教學、信息技術支持下的教學［5］。這與研究性學習課程中常用的課題研究或項目設計學習方式不謀而合，共同指向了以學生為中心以及強調實踐與創(chuàng)新的教育理念，有利于促進學生科學素養(yǎng)的全面提升。

首先，研究性學習與“問題研究”欄目相結合，有利于推進問題式教學。該欄目選取與課標、教材及學生認知緊密相關的問題，以研究性學習課題的形式串聯(lián)學習內容，構建問題鏈，引導學生運用地理工具和方法，全程參與課題研究，提升問題解決能力。其次，兩者結合也有利于推進地理實踐教學。在研究性課題學習中，教師“退居幕后”引導協(xié)助，學生真正成為學習主體，經歷從問題提出到目標設定，再到數(shù)據采集、分析，直至報告撰寫與交流的完整流程，提升了實踐能力。最后，兩者結合還有利于推進信息技術支持下的教學。研究性學習為教師開展該欄目教學提供了開放性、創(chuàng)造性探索的空間，教師可借助“大數(shù)據”“人工智能”等信息技術，開展基于網絡的項目學習、基于大數(shù)據的模擬學習、基于即時反饋的互動學習等多種教學模式，滿足學生多元化、個性化的學習需求。

3.推進過程性評價

研究性學習助力“問題研究”欄目，促使教師更為重視學生在地理學習過程中的思維發(fā)展與結構構建，關注學生在任務完成過程中的學習態(tài)度、努力程度及問題解決能力。這種轉變有力地推動了思維結構評價、表現(xiàn)性評價等側重于過程的評價方式的發(fā)展。

一方面，教師在策劃研究性學習活動時，可從方案設計、實踐研究、情感態(tài)度、交流合作等多方面設計表現(xiàn)性評價量表；在討論開放性問題時，可運用結構化評價體系，將學生思維發(fā)展水平分為不同層次，全方位評估學生在不同學習階段的表現(xiàn)與進步，精準把握其思維特征與發(fā)展?jié)摿ΑＡ硪环矫妫處煾叨戎匾晫W生自評和互評，引導其反思自身學習情況，評估自身發(fā)展狀況，并據此做出適時調整與優(yōu)化。通過該自我驅動機制，地理教學實現(xiàn)了從結果評價向過程評價的轉變。學生不僅增強了自我認知，還學會了在科研中如何有效溝通與開展團隊協(xié)作。

三、研究性學習在“問題研究”欄目中的實施案例

1.情境導入

（1）師生活動

讓學生觀看世界十大污染事件的圖片集與名稱列表，回答占比最大的是哪種污染。學生回答：大氣污染（煙霧事件）；教師追問：無錫是否有大氣污染？無錫有哪些類型的大氣污染，其成因和防治措施又是什么？最后，教師明確本節(jié)課的學習任務：結合問題研究“何時‘藍天’常在”，以“無錫城市大氣污染現(xiàn)狀調查與防治研究”為題，開展地理研究性學習。

（2）設計意圖

用圖片集的形式讓學生對環(huán)境污染（尤其是大氣污染）的嚴重危害產生直觀、感性認識。在此基礎上，引導學生反思身邊的大氣污染，激發(fā)學生探究城市大氣污染的興趣。明確本節(jié)課的課型為研究性學習，課題為“無錫城市大氣污染現(xiàn)狀調查與防治研究”。

2.研究步驟1：目標制定（前行的方向）

（1）任務設計

【研究任務】以小組為單位展開討論，為“無錫城市大氣污染現(xiàn)狀調查與防治研究”制定研究目標，并填寫在表1內。

【方法指導】①解析課題名稱：研究范圍為“無錫”；研究對象為“城市大氣污染”；研究內容為“大氣污染現(xiàn)狀”“大氣污染防治”；研究方法為“調查研究”。②提出研究問題：何為大氣污染？大氣污染有何危害？大氣污染的主要原因及其影響因素是什么？大氣污染的防治措施有哪些。③形成研究目標。

（2）師生活動

首先，教師明確課堂時間有限，無法完成研究性學習的全部步驟，因此，本節(jié)課只重點關注其中4個主要步驟：目標制定、文獻學習、調查研究、防治討論。其中，目標制定主要是為明確課題的研究方向。

其次，教師對學生進行方法指導，幫助學生掌握根據課題名稱形成研究目標的具體步驟。步驟一：解析課題名稱，明確研究范圍、對象、方法；步驟二：提出研究問題；步驟三：形成研究目標。

最后，學生以小組為單位展開討論，制定研究目標，并派代表展示交流。在展示交流的過程中，教師通過追問和理答引導學生思考目標制定的方法與步驟。

（3）設計意圖

研究性學習的準備階段一般包括確定研究課題、制定研究計劃、開展文獻學習等主要任務。在研究計劃制定方面，難度最大的是研究目標制定，需重點突破。高一學生缺少開展研究性學習的相關經驗，教師應適當指導。在教師指導下，學生通過課題名稱解析了解研究范圍、對象、 內容與方法，通過提出研究問題明確本課題研究將重點解答的主要問題，以問題導向為原則，將問題轉化后形成具體的研究目標：了解大氣污染的概念、危害，調查無錫城市大氣污染的主要原因與影響因素，探究無錫城市大氣污染防治的具體措施。

3.研究步驟2：文獻學習（巨人的肩膀）

（1）任務設計

【研究任務】進行組內分工，分別閱讀教材P42～P44 3個資料中的某一個，撰寫文獻綜述（文獻分析與評價），填寫表2并進行組內分享。

【方法指導】①文獻綜述的結構：研究背景、目的和意義，文獻來源與篩選標準，文獻分析與評價，研究趨勢與展望，參考文獻。②文獻分析與評價：閱讀了哪篇文獻，該文獻研究了什么內容（看標題、摘要）、得到了什么結論（匹配研究目標）。③其他文獻分析與評價：借助中國知網等學術期刊數(shù)據庫。

（2）師生活動

首先，教師明確第二個研究步驟為文獻學習，引導學生“站在巨人的肩膀上”，思考自己可以怎樣做。

其次，教師對學生進行方法指導，幫助學生掌握文獻綜述的基本結構；引導學生利用教材問題研究“何時‘藍天’常在”中提供的3個資料開展文獻學習并撰寫文獻分析與評價；同時，鼓勵學有余力的學生借助中國知網等學術期刊數(shù)據庫進一步開展文獻學習。

最后，學生進行組內分工，分別閱讀教材中3個文獻資料中的某一個，撰寫文獻綜述（文獻分析與評價），在組內分享后派代表展示交流。在展示交流的過程中，教師通過追問和理答引導學生加強對文獻資料的理解。

（3）設計意圖

文獻學習是研究性學習準備階段的一項重要任務。相關文獻不僅可讓學生了解必要的研究背景和基礎知識，以進一步明確研究方向，還可幫助學生認識不同研究方法的特點和適用范圍，掌握實驗設計和數(shù)據分析的基本技能，以更好地掌握課題研究方法。此外，文獻分析與評價工作還有助于學生了解學術規(guī)范和引用規(guī)則，并促進學生形成批判性思維。

4.研究步驟3：調查研究（行動的力量）

（1）任務設計

【研究任務】①使用數(shù)據（水平2）：根據使用“空氣質量發(fā)布”App獲取的2024年11月15日無錫城市O3指數(shù)數(shù)據表（表3），選擇合適的比例尺，繪制O3指數(shù)折線圖；結合城市O3污染的主要原因，分析影響O3指數(shù)日變化規(guī)律的因素。②采集數(shù)據（水平3）：通過“空氣質量發(fā)布”App查詢連續(xù)12個月的無錫城市PM10指數(shù)，填入表4并總結年變化規(guī)律；結合“地球上的大氣”中“熱力環(huán)流”“逆溫”等知識，分析影響顆粒物年變化規(guī)律的因素。③生成數(shù)據（水平4）：自主選擇1個省份，通過“空氣質量發(fā)布”App查詢并統(tǒng)計該省份各城市2023年的首要污染物類型并填入表5，分析其類型與江蘇省的顯著差異，并解釋原因。

【方法指導】①“空氣質量發(fā)布”App的使用方法，如日期與月份選擇、城市選擇、污染物類型選擇等；②數(shù)據處理方法的說明，如數(shù)據預處理、數(shù)據分析與建模、數(shù)據可視化與解釋等；③折線圖的繪制方法，如數(shù)據整理、坐標系建立、描點及連線、標注和圖例等。

（2）師生活動

首先，教師明確第三個研究步驟為調查研究，主要是通過地理實踐活動推進課題研究，并在此過程中提升學生的地理核心素養(yǎng)。

其次，教師對學生進行方法指導，指導學生使用“空氣質量發(fā)布”App，理解本課題研究所需數(shù)據的來源，并初步了解基于網絡大數(shù)據的處理方法（數(shù)據預處理、分析與建模、可視化與解釋等）。

最后，各小組根據自身的能力水平，分別選擇不同水平層次的研究任務。結合任務，學生解答本節(jié)課一開始提出的“無錫有哪些類型的大氣污染及其成因”等問題。

（3）設計意圖

研究性學習實施階段的重要任務是調查研究，通常包括數(shù)據采集、處理與分析等。《地理新課標》將地理核心素養(yǎng)水平劃分為4個水平層次。結合本研究課題，本文設計了指向地理實踐力素養(yǎng)水平2、3、4的3個研究任務。任務1（水平2）：有探索問題的興趣，能利用教師提供的數(shù)據進行處理和分析，并解決簡單問題；任務2（水平3）：有主動發(fā)現(xiàn)和探索問題的興趣，能與他人合作使用地理工具采集數(shù)據并進行處理和分析，能結合所學知識解決較難問題；任務3（水平4）：有主動發(fā)現(xiàn)和探索問題的興趣，能提出有創(chuàng)造性的想法并自主使用地理工具生成可驗證創(chuàng)造性想法的數(shù)據，能解決真實的復雜問題。

5.研究步驟4：防治討論（地理的視角）

（1）任務設計

【研究任務】①通風廊道模型建構：城市通風廊道指利用江河、湖泊、山谷以及城市綠地、水體、主干道等空間載體形成的引導城市空氣流動、緩解熱島效應、改善空氣質量的作用通道。請結合圖2，分析北京市通風廊道設計的原則。②無錫通風廊道規(guī)劃設計：請結合夜空光度與風向玫瑰圖（圖3），在合適的位置為無錫設計通風廊道。

【方法指導】①如何思考通風廊道的作用，并據此推導廊道設計的原則；②風向玫瑰圖的判讀方法；③城市夜空光度圖中不同設色的含義，顏色越深表示夜空光度越亮（光污染程度越重），反之則表示夜空光度越暗（光污染程度越輕）。

（2）師生活動

首先，教師明確第四個研究步驟為防治討論，主要是運用“地球上的大氣”相關知識，為無錫設計通風廊道以減弱大氣污染的危害。

其次，教師指導學生學習北京市通風廊道設計案例，幫助學生了解通風廊道的概念，并歸納設計原則，建構通風廊道模型。

再次，學生結合無錫城市風向玫瑰圖，在無錫城市夜空光度圖中規(guī)劃通風廊道，并展示交流。教師展示《無錫市國土空間總體規(guī)劃（2021—2035年）》中政府規(guī)劃的3條通風廊道，并對學生的規(guī)劃設計進行點評。

最后，學生以小組為單位形成簡單的研究報告并上臺展示交流，其他小組與教師對研究報告進行點評。

（3）設計意圖

“問題研究”欄目安排在每章章末，其功能之一是通過問題研究的方式，引導學生遷移和應用正文部分的必備知識。因此，教師在“研究步驟4”中安排學生運用“地球上的大氣”中關于大氣的組成和垂直分層、大氣受熱過程和大氣運動等相關知識，開展通風廊道設計原則的討論并建構模型，并在此基礎上進一步為無錫設計通風廊道。這有利于學生將正文中的必備知識和“問題研究”欄目拓展的知識有機融合，從而形成更全面、合理的知識結構與素養(yǎng)體系。

撰寫報告并展示交流是研究性學習總結階段的主要任務。在此過程中，學生不僅完成了研究性學習項目的總結，更在實踐中學會了如何交流研究成果。這一過程不僅是對知識的綜合運用，更是對學生綜合素質的全面鍛煉。

總之，本課例精心設計的4個主要學習步驟如下：目標制定（約5分鐘）、文獻學習（約10分鐘）、調查研究（約15分鐘）、防治討論（約15分鐘）。利用教材中現(xiàn)有的文獻資料，借助“空氣質量發(fā)布”App等信息化工具，在一節(jié)課的時間里，高效完成了“無錫城市大氣污染現(xiàn)狀調查與防治研究”課題的探究。在課堂中基于研究性學習開展“問題研究”欄目的教學時，應始終遵循教師主導、學生主體的基本原則。一方面，是為在有限的時間內順利推進研究性學習的各主要步驟；另一方面，也是為確保核心素養(yǎng)培育、學習方式轉變、過程性評價推進等科學教育育人目標的達成。

參考文獻：

［1］ 楊愛玲.普通高中實驗地理教科書（人教版）中的“問題研究”設計［J］.中學地理教學參考，2004（11）：9-11.

［2］ 燕青，陳偉.有效發(fā)揮地理教師在研究性學習中的作用——以中圖版地理教材為例［J］.地理教育，2016（9）：55-56.

［3］ 中華人民共和國教育部.全日制普通高級中學課程計劃（試驗修訂稿）［M］.北京：人民教育出版社，2001.

［4］ 人民教育出版社課程教材研究所地理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書教師教學用書·地理：必修·第一冊［M］.北京：人民教育出版社，2019.

［5］ 中華人民共和國教育部.普通高中地理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.