基于SNP框架的“抗生素”主題活動(dòng)構(gòu)建與思考

戴崝

【摘要】科學(xué)協(xié)商模式（簡(jiǎn)稱(chēng)SNP），是一種整合建模和論證過(guò)程的滲透式教學(xué)模式。以“抗生素”主題的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)為例，對(duì)基于SNP框架開(kāi)展科學(xué)主題下的研究性學(xué)習(xí)實(shí)踐作一闡述。

【關(guān)鍵詞】SNP框架?大概念?抗生素

近年來(lái)，美國(guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）中明確提出以建模和論證指導(dǎo)科學(xué)實(shí)踐，我國(guó)新修訂的課程標(biāo)準(zhǔn)也將二者作為核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的要素?？茖W(xué)協(xié)商模式（Science?Negotiation?Pedagogy，簡(jiǎn)稱(chēng)SNP）是美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)STEM教育中心研究員Chen等基于NGSS對(duì)論證實(shí)踐的要求提出的，是一種整合建模和論證過(guò)程的滲透式教學(xué)模式，它基于學(xué)科核心概念提出問(wèn)題，采用口頭論證、寫(xiě)作與反思論證等方式，圍繞模型建構(gòu)逐步深入地展開(kāi)論證過(guò)程，將建模與論證有機(jī)結(jié)合，可用于研究性學(xué)習(xí)、STEM教學(xué)等。本文以“抗生素”主題的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)為例，對(duì)基于SNP框架開(kāi)展科學(xué)主題下的研究性學(xué)習(xí)實(shí)踐作一闡述。

一、SNP框架

SNP框架為：師生在大概念引導(dǎo)下共同確定驅(qū)動(dòng)性的研究問(wèn)題，學(xué)生基于問(wèn)題建立科學(xué)模型，模型為構(gòu)建科學(xué)論證提供證據(jù)，同時(shí)科學(xué)論證也作為工具起到修正和改進(jìn)模型的作用。在論證的基礎(chǔ)上，學(xué)生完成反思性寫(xiě)作。

大概念是聚合概念，可以是某一學(xué)科的大概念，也可以是某一單元的大概念;呈現(xiàn)可持久性，是經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)消失之后還存留的核心概念。

二、例析基于SNP框架構(gòu)建“抗生素”主題活動(dòng)

生物學(xué)中具有較多學(xué)科內(nèi)綜合性、具有一定社會(huì)意義的主題，但傳統(tǒng)多是通過(guò)講解或討論的方式，很難將學(xué)生引向深度思考;近幾年，關(guān)于抗生素濫用、超級(jí)細(xì)菌致病的新聞事件層出不窮，如“為什么如今的小孩子只要一發(fā)燒，家長(zhǎng)馬上就送三甲醫(yī)院，逼著醫(yī)生用最好的抗生素，而且要吊水（輸液），希望把體溫迅速降下來(lái)”“原本以為只是場(chǎng)小感冒，沒(méi)想到竟是感染了‘超級(jí)細(xì)菌，還差點(diǎn)要了一位女大學(xué)生的命”。

“抗生素”主題源自真實(shí)生活，涉及細(xì)菌、免疫、自然選擇等概念，及社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)的重要主題;在SNP框架上構(gòu)建該主題活動(dòng)，可引導(dǎo)中學(xué)生經(jīng)歷從概念到問(wèn)題、從模型到論證的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程，更深刻地理解科學(xué)本質(zhì)，提升核心素養(yǎng)。

1.圍繞大概念確立研究問(wèn)題

本主題的大概念可為“動(dòng)態(tài)平衡”。這一概念下相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)包含：細(xì)菌、抗生素、免疫、耐藥性、自然選擇、遺傳、變異等。教師可在前期了解學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上為學(xué)生提供相關(guān)的知識(shí)鋪墊?？股卦诔踔须A段均有所提及，但學(xué)生對(duì)各概念之間在某一真實(shí)事件中的內(nèi)在關(guān)聯(lián)感受不深。在此，可由前述抗生素使用不當(dāng)?shù)恼鎸?shí)新聞事件引起學(xué)生對(duì)事件的研究興趣。在“動(dòng)態(tài)平衡”的大概念指引下，如圖1所示，教師引導(dǎo)學(xué)生沿著跨學(xué)科概念、學(xué)科概念往下商討、確立研究問(wèn)題——抗生素的使用對(duì)細(xì)菌的影響。

2.初步構(gòu)建模型

隨后，學(xué)生將以3～4人一組的方式合作展開(kāi)建模。使用4種顏色的糖果（或小紙片）代表對(duì)抗生素敏感程度有差異的4種致病菌，分別是易感細(xì)菌S1，中度敏感細(xì)菌S2、弱敏感細(xì)菌S3和耐藥細(xì)菌S4，假定其敏感性表現(xiàn)在對(duì)抗生素起反應(yīng)的時(shí)間上，S1為第一天使用抗生素就被消滅一半，S2要第二天使用抗生素才被消滅一半，S3、S4以此類(lèi)推。

假定初始時(shí)身體系統(tǒng)內(nèi)的菌群數(shù)量S1為40，S2為30，S3為20，S4為10。同時(shí)，假定宿主每次經(jīng)過(guò)一次自身免疫消滅10%的細(xì)菌，即取出當(dāng)時(shí)菌群總量的10%，由一位學(xué)生閉上雙眼隨機(jī)取出。

根據(jù)細(xì)菌的分裂生殖，假定細(xì)菌在某一天不是易感的，則其完成一次分裂生殖，總量增倍。例如，在第1天，S1減半，S2、S3、S4增加一倍;第3天，只有S4不敏感，所以只有S4復(fù)制增加一倍，S1、S2、S3均減半。

設(shè)定2種抗生素的使用方法：遵照醫(yī)囑（如使用10天），提前結(jié)束（第5天開(kāi)始停止服藥），學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以圖表形式呈現(xiàn)。

3.初步構(gòu)建論證

由模型獲得證據(jù)、推理，形成科學(xué)主張：抗生素的不恰當(dāng)使用會(huì)使耐藥細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境;學(xué)生將數(shù)據(jù)整理為表格，但發(fā)現(xiàn)不同組的數(shù)據(jù)有差異，經(jīng)討論后達(dá)成新的共識(shí)，即以折線(xiàn)圖、柱狀圖呈現(xiàn)。按醫(yī)囑使用抗生素情況下的細(xì)菌總量及分布情況，由圖2可發(fā)現(xiàn)細(xì)菌總量在前兩天是有所增長(zhǎng)，但隨著抗生素的使用，細(xì)菌總量得到遏制，迅速下降;其菌群分布由原本的易感性細(xì)菌為主，逐漸轉(zhuǎn)向?yàn)槿趺舾械?、耐藥菌為主。這顯示出耐藥菌是如何在抗生素使用過(guò)程中自然選擇出來(lái)的。

而在第5天提前擅長(zhǎng)結(jié)束抗生素使用的情況，如圖3所示，一開(kāi)始，和遵照醫(yī)囑使用的情況類(lèi)似，至第5天細(xì)菌總量已較低;但由于菌群分布發(fā)生變化，此時(shí)以耐藥菌為主;故停用抗生素后，細(xì)菌總量反轉(zhuǎn)為攀升;大量對(duì)藥物不敏感的耐藥細(xì)菌表示活躍。

4.討論模型和論證過(guò)程，修改模型和論證

經(jīng)過(guò)上一階段，學(xué)生對(duì)模型的建立和討論有了較多思考。例如，活動(dòng)中，不同小組的數(shù)據(jù)有差異，有學(xué)生提議“取同種抗生素使用方式的2～3組數(shù)據(jù)的平均值為準(zhǔn)”，不過(guò)也有同學(xué)表示可以先將各組的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別計(jì)算，在趨勢(shì)圖中發(fā)現(xiàn)各組的總體趨勢(shì)是一致的，這樣也是符合科學(xué)要求的可重復(fù)性的。學(xué)生就此得出：使用抗生素后，細(xì)菌的分布情況發(fā)生改變，能夠適應(yīng)抗生素的細(xì)菌會(huì)被篩選出來(lái)。

在上述模型基礎(chǔ)上，學(xué)生經(jīng)過(guò)共同商議決定再增加一個(gè)模型，就是若第5天停藥后發(fā)現(xiàn)不妥第6天又重新開(kāi)始使用抗生素。學(xué)生討論后，假定這時(shí)要在自身免疫去除10%的基礎(chǔ)上，又重新開(kāi)始按第1天計(jì)算，即S1減半，S2、S3、S4均繁殖。如圖7顯示，這種方式抗菌療程幾乎延長(zhǎng)一倍，從7天到14天左右。

5.咨詢(xún)“專(zhuān)家”

這里的“專(zhuān)家”指的是內(nèi)、外部資源，內(nèi)部資源指的教室里可直接收集的，如其他同學(xué)的數(shù)據(jù);外部資源則指教室之外的，如書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)資源、相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者等。這里提供給學(xué)生機(jī)會(huì)相關(guān)交流討論的時(shí)間，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后閱讀，提供相關(guān)資源供學(xué)生共讀，如閱讀《消失的微生物》，如第六章“抗生素的使用”。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合模型、論證將本主題的科學(xué)論證過(guò)程通過(guò)寫(xiě)作的方式反思、表達(dá)出來(lái)。

6.反思寫(xiě)作

寫(xiě)作是思維的外顯化。SNP框架中提供有科學(xué)論證活動(dòng)的寫(xiě)作指南和評(píng)價(jià)量表，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)解釋并就真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行論證，明確“一項(xiàng)好的科學(xué)論證=問(wèn)題+主張+證據(jù)，證據(jù)=資料+推理”，并將其通過(guò)文本梳理、呈現(xiàn)出來(lái)。

根據(jù)表1寫(xiě)作指南，學(xué)生在此過(guò)程結(jié)合前面的證據(jù)進(jìn)行寫(xiě)作，例如，寫(xiě)到“對(duì)抗生素有反應(yīng)的細(xì)菌S1、S2、S3都死了，幸存下來(lái)51%的細(xì)菌都是耐藥菌，隨后耐藥細(xì)菌S4的數(shù)量繼續(xù)以成倍的方式增加”，“一般情況下，我們應(yīng)謹(jǐn)慎使用抗生素，因?yàn)槲覀冇幸欢ǖ淖陨砻庖吡?如果醫(yī)生建議使用抗生素清除致病菌，我們應(yīng)當(dāng)遵照醫(yī)囑，不能自行提前結(jié)束用藥”。

結(jié)合所閱讀的相關(guān)資源，學(xué)生也寫(xiě)到“人體是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。除了外部感染的致病菌，我們體內(nèi)也有許多有益的細(xì)菌，長(zhǎng)期使用抗生素也會(huì)不可避免地使得它們產(chǎn)生耐藥性，使我們的身體環(huán)境失去平衡”“耐藥菌的產(chǎn)生不僅與我們?nèi)祟?lèi)在自身身上濫用抗生素有關(guān)，還與畜牧業(yè)使用抗生素有關(guān)”等。

三、思考與討論

在基于SNP框架的實(shí)踐中，圍繞“大概念——學(xué)科概念”這條知識(shí)主線(xiàn)，學(xué)生得以更好地了解事物之間的相互關(guān)聯(lián)，把握學(xué)科的基本概念架構(gòu)，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移?；顒?dòng)中，教師的角色為有經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)研究者，鼓勵(lì)、指導(dǎo)、參與學(xué)生討論。學(xué)生以小組形式協(xié)作，學(xué)習(xí)提出問(wèn)題，運(yùn)用模型研究問(wèn)題，表征模型、解釋數(shù)據(jù)，努力說(shuō)服其他小組相信自己的模型可以最好地解釋觀(guān)察到的數(shù)據(jù)。學(xué)生在具體情境中自然地提出“科學(xué)主張”，開(kāi)展可證實(shí)或證偽的“數(shù)據(jù)”“資料”的搜集，促進(jìn)了科學(xué)理性的養(yǎng)成，更在實(shí)踐中感悟到科學(xué)的本質(zhì)。

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