基于CER二次論證模型的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

張偉健

1 ??論證式教學(xué)

論證式教學(xué)是將科學(xué)中的論證引入到生物教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)探究的論證過程，有助于學(xué)生理解生物學(xué)概念和生物學(xué)本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)提升。生物學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，許多廣為師生接受的事實(shí)及結(jié)論均由實(shí)驗(yàn)探究獲得，師生對于部分知識內(nèi)容也慣于采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究展開探討，達(dá)成共識。論證式教學(xué)要求學(xué)生針對提出的問題展示證據(jù)、闡述觀點(diǎn)，對于他人提出的主張進(jìn)行辯駁，也要善于利用證據(jù)捍衛(wèi)自己提出的主張，是一種理性的、積極交流的課堂學(xué)習(xí)方式。

2 ??CER論證模型

CER 論證模型是由麥克尼爾于2006年提出，該模型（圖1）包含3 個(gè)部分。①證據(jù)（Evidence）：支持主張，通常是由數(shù)據(jù)構(gòu)成，包括實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果和對自然界的觀察等。②推理（Reasoning）：用恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)原理解釋獲得的證據(jù)是如何支持主張的。③主張（Claim）：在論證中嘗試證明和維護(hù)的觀點(diǎn)。教師在高中生物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和質(zhì)疑精神尤為重要。對于同一個(gè)主張，不同的學(xué)生可能會提出不同的質(zhì)疑或新的主張。因此，教學(xué)過程將會涉及到基于CER論證模型的二次論證過程（圖2）。

3 ?“光合色素的提取與分離”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的論證式教學(xué)

3.1 提出問題，論證主張

“光合色素的提取與分離”是浙科版高中生物學(xué)必修1模塊中十分重要的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生了解植物光合作用過程的重要橋梁?！翱茖W(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力。在日常教學(xué)過程中，時(shí)常有學(xué)生提出疑問與不解：“CaCO3的作用是什么？”基于學(xué)生原有的認(rèn)知，學(xué)生提出了自己的主張（圖3）。

教師針對學(xué)生提出的主張，引導(dǎo)學(xué)生提出更為具體的影響因素。經(jīng)過討論交流后，學(xué)生具體化主張：①?葉綠素易在酸性條件下分解;②?葉綠素易在堿性條件下分解;③葉綠素易在高溫條件下分解;④葉綠素易在低溫條件下分解。

基于這四點(diǎn)主張，教師引導(dǎo)學(xué)生利用生活中的實(shí)際現(xiàn)象或例子進(jìn)行捍衛(wèi)或質(zhì)疑。經(jīng)過激烈討論，學(xué)生提出了針對于主張③與主張④的質(zhì)疑：綠色蔬菜在高溫烹煮過程中，并未發(fā)現(xiàn)綠色褪去;綠色蔬菜置于冰箱中低溫保存后，也并未發(fā)現(xiàn)綠色褪去。但對于酸性和堿性條件對葉綠素的影響，學(xué)生難以找到生活中的實(shí)際例子予以捍衛(wèi)或質(zhì)疑。因此，教師采取了引導(dǎo)學(xué)生對書本“光合色素的提取與分離”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新和拓展的方式。學(xué)生經(jīng)過交流與討論，初步確定了實(shí)驗(yàn)分組思路（表1）。

3.2 實(shí)驗(yàn)探究，獲取證據(jù)

3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

新鮮菠菜、體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇溶液、CaCO3、 SiO2、層析液（石油醚）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 HCl 溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 NaOH 溶液、試管、試管架、50 mL 燒杯、恒溫水浴鍋、培養(yǎng)皿、藥匙、研缽、玻璃漏斗、毛細(xì)吸管、量筒、尼龍布、剪刀、比色杯、干燥的定性濾紙、可變色LED燈帶、黑色卡紙。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

3.2.2.1 簡易黑箱

利用黑色卡紙進(jìn)行剪貼制作成簡易黑箱，在黑箱兩側(cè)開3個(gè)長方形的孔，一側(cè)孔用于放置可變色LED 燈帶，另一側(cè)的孔前放置盛有色素提取液的比色杯，在黑暗條件下觀察不同顏色光被吸收的情況。

3.2.2.2 改良層析裝置

傳統(tǒng)的層析裝置往往是將濾紙條插在盛有層析液的小燒杯中，再蓋上培養(yǎng)皿蓋，但是這樣操作時(shí)會導(dǎo)致濾紙條下端翹起。改良后，在濾紙片上劃出幾道縫隙，將濾紙條插入到縫隙中以解決翹起的問題，同時(shí)該裝置還能對多條濾紙條同時(shí)進(jìn)行紙層析。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.2.3.1 光合色素的提取

選取同一株新鮮菠菜葉片，去除大葉脈，將葉片剪碎后置于研缽中。依據(jù)表1 中的分組加入試劑，各組將在研缽中迅速研磨后過濾得到色素提取液置于試管中，觀察光合色素提取液的顏色。

3.2.3.2 紙層析觀察色素條帶

將各組光合色素提取液分別用毛細(xì)吸管在剪去兩角的濾紙條上劃線，待前一次劃線干燥后再進(jìn)行劃線，重復(fù)4次。將各組制備好的含有色素提取液的濾紙條置于改良后的層析裝置中進(jìn)行層析，一段時(shí)間后觀察各組濾紙條上的色素帶情況。

3.2.3.3 合色素吸光情況的觀察

將各組光合色素提取液分別加入至比色杯中，置于簡易黑箱內(nèi)，調(diào)節(jié)可變色LED燈發(fā)出的光，分別于紅光、藍(lán)光、綠光和黃光下進(jìn)行觀察，并拍照記錄結(jié)果。

3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.4.1 光合色素提取液顏色觀察

對比各組色素提取液的顏色，可明顯發(fā)現(xiàn)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl 溶液組色素提取液顏色最淺，推測在酸性條件下葉綠素會被大量降解。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液組的色素提取液顏色并無明顯變化。

3.2.4.2 紙層析結(jié)果觀察

通過觀察各組層析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl 溶液組的各色素條帶均不明顯，僅能隱約觀察到胡蘿卜素和葉黃素條帶。

3.2.4.3 光合色素吸光情況觀察

在黑箱中的觀察，左孔處放置了盛有色素提取液的比色杯，右孔未放置作為對照觀察，分別用綠光、紅光、黃光、藍(lán)光的照射?？捎^察到紅光和藍(lán)光下，左孔亮度明顯變暗，說明光合色素對紅光與藍(lán)光的吸收均較多。而在綠光和黃光下，左右孔亮度無明顯差異，說明光合色素對綠光和黃光吸收較少。在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液后，光合色素提取液仍然是對紅光與藍(lán)光吸收較多，對黃光與綠光吸收較少。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl 溶液后，光合色素提取液對藍(lán)光吸收較多，但與其他組別對比，可發(fā)現(xiàn)該組對紅光的吸收十分弱。

3.3 基于證據(jù)，認(rèn)同主張

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究獲取到了具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為證據(jù)，根據(jù)新獲取的證據(jù)，完善了主張（圖4）。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步直觀地體驗(yàn)到“在光合色素的提取與分離實(shí)驗(yàn)中，碳酸鈣可以中和植物細(xì)胞中的酸性物質(zhì)以保護(hù)葉綠素”，認(rèn)同了添加碳酸鈣的必要性。學(xué)生又提出實(shí)驗(yàn)過程中僅是定性地觀察了葉綠素的情況，對于葉綠素含量并未進(jìn)行定量測定。教師可引導(dǎo)學(xué)生在課后查閱更多的文獻(xiàn)資料，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深入思考，如光電比色法在物質(zhì)定量測定中的應(yīng)用和葉綠素在不同環(huán)境條件下分解的具體機(jī)理等。

4 ?結(jié)語

通過CER二次論證模型進(jìn)行論證式教學(xué)，學(xué)生親歷“問題的提出→方案的設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行→結(jié)果的呈現(xiàn)→結(jié)論的得出→修正主張”的過程。學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生激烈地交流與討論，充分進(jìn)行了同伴之間的頭腦風(fēng)暴以提出實(shí)驗(yàn)方案，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于捍衛(wèi)或質(zhì)疑主張。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗(yàn)到科學(xué)家的探究過程和結(jié)論的得出過程，感悟了生物學(xué)作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)的特點(diǎn)，提升了科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)，展開了深度學(xué)習(xí)。這個(gè)過程也充分體現(xiàn)了針對實(shí)驗(yàn)探究類課型進(jìn)行基于CER論證模型的教學(xué)有其可行性和必要性。

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