ADI教學模式在“探究影響胞質環(huán)流速率的因素”實驗的教學實踐*

應曉屹 虞 馳

（1寧波市李惠利中學 浙江寧波 315041 2寧波市第四中學 浙江寧波 315016）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》以下簡稱“課程標準”）明確指出，加強和完善生物學實驗教學，組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養(yǎng)的關鍵。這種有目的、有步驟的學生自主學習活動主要包括，對生物及其相關事物進行觀察、描述、提出問題、從各種渠道查找信息、提出假設、驗證假設、思維判斷、作出解釋，并能與他人合作和交流等[1]。如何在實驗教學過程中組織探究性學習，已然成為了促成學生達成生物學學科核心素養(yǎng)的關鍵。

論證探究式教學模型（argument-driven inquiry，ADI）是一種新型教學策略，該模型結合了科學論證和探究過程，強調(diào)引導學生利用資料進行合理的推理和論證，以培養(yǎng)學生的科學思維方式[2]。ADI在實驗教學中的應用，使生物學學科核心素養(yǎng)的落實成為可能。

基于此，本文將以“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”的再探究實驗教學為例，在課堂上將科學論證過程與探究式實驗教學過程相結合，在課后撰寫研究報告，進行評價、修正及反思，闡釋如何將ADI教學模式應用于生物學實驗教學過程，以期為生物學教師提供新穎的實驗教學案例。

1 教材分析及設計思路

“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細胞質的流動”是人教版高中《生物學·必修1·分子與細胞》（2019年版）第3章第2節(jié)中的探究實踐內(nèi)容，一方面，讓學生通過觀察了解植物細胞的結構尤其是葉綠體的形態(tài)特點，另一方面，通過觀察體會細胞質流動是活細胞所具有的現(xiàn)象。由此，既突出了生物學實驗及基本實驗技能在中學生物學教學中的基礎性地位，又幫助學生達成對“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”這一大概念的理解，還為之后學習第5章第4節(jié)“光合作用”打下了基礎。

本實驗屬于觀察驗證性實驗，具有明確的實驗目的，規(guī)范的實驗步驟，要讓學生客觀地觀察和描述實驗現(xiàn)象。為了凸顯課程標準的理念，培養(yǎng)學生的論證能力和批判性思維，嘗試將ADI教學模式應用于本次實驗教學，并在該實驗基礎上實施再探究，即“探究影響胞質環(huán)流速率的因素”。本次實驗課的教學實施包括如下6個環(huán)節(jié)：提出任務→收集數(shù)據(jù)和資料→構建論證→論證階段→撰寫研究報告并互評→總結和反思，其中，前4個環(huán)節(jié)是在課堂中完成的。

2 教學過程

2.1 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣 教師展示3個視頻：光學顯微鏡下的黑藻（Hydrilla verticillata）葉肉細胞細胞質流動，來自同一裝片不同視野。教師引導學生觀察胞內(nèi)葉綠體的運動，以此判斷細胞質是否流動，并設置如下問題：①不同葉肉細胞中的胞質環(huán)流速率是否相同，為什么？②引起胞質環(huán)流速率差異的可能原因有哪些？

3個視頻中的細胞質流動是學生已熟知的內(nèi)容，利用學生熟悉但又不同的情境導入新課，并在這一基礎上提出問題，引發(fā)學生的進一步思考，并喚起其尋根究底的好奇心。

2.2 提出任務 通過對3個視頻的觀察比較，學生發(fā)現(xiàn)不同視野中的胞質環(huán)流速率是不一樣的。由此引發(fā)了學生新的探索興趣：影響胞質環(huán)流速率的因素是什么？如何定量測定胞質環(huán)流速率？教師引導學生結合自身已有知識，對定量測定胞質環(huán)流速率的方法原理進行論證（圖1、圖2）。由此，學生開始展開對“影響胞質環(huán)流速率的因素是什么？”的探究與論證。

圖1 胞質環(huán)流速率測定原理論證過程圖

圖2 顯微鏡下測定胞質環(huán)流速率（單位：μm/s）

2.3 收集數(shù)據(jù)和資料 針對“影響胞質環(huán)流速率的因素是什么？”這一問題，學生提出不同的想法。教師在考慮最近發(fā)展區(qū)的前提下，將想法相近的學生分為幾個小組，每組3～4人，并自主選出一名組長。小組成員共同探討做什么、為什么做、怎么做、為何這樣做、可能會得到何種結果，結合教師提供的資料，完成實驗方案的論證（圖3）。然后，根據(jù)實驗方案選擇合適的實驗器材收集數(shù)據(jù)和資料。

圖3 探究“溫度對胞質環(huán)流速率的影響”的實驗方案論證過程圖

實驗材料：新鮮的黑藻（購于淘寶），實驗前將黑藻分裝在2 000 mL的大燒杯中，放在陽光充足處繼續(xù)培養(yǎng)。

實驗器材：數(shù)碼顯微鏡、秒表、鑷子、載玻片、蓋玻片、膠頭滴管、水浴鍋等。

實驗要求：根據(jù)自己的實驗方案，各小組對黑藻進行不同處理（溫度、光照強度、葉齡、取材部位），測定其胞質環(huán)流速率，并記錄實驗結果。教師在巡視實驗操作過程中，給予規(guī)范性指導并及時進行安全性教育。

2.4 構建論證及論證階段 各小組結合實驗方案的論證過程圖，討論分析實驗結果，形成主張，并在白紙上構建實驗結果論證過程圖。組內(nèi)論證模型構建完成后，各小組派一名組員向全體學生展示包含問題、證據(jù)、推理和主張等信息的論證模型，其他學生可對此提出質疑，并提供證據(jù)、推理，展示學生可辯護或修改，進一步完善主張。論證過程中，通過組間合作，學生在有限的時間內(nèi)完成了多項科學論證和探究任務，使得論證模型不斷得到完善（圖4）。

圖4 探究影響胞質環(huán)流速率的因素的論證過程圖

2.5 撰寫研究報告并互評 教師提供如何評價研究報告的相關文獻資料，并提出問題：如何評價一份研究報告？在教師的引導下，學生根據(jù)以往撰寫研究報告的經(jīng)驗及本次實驗探究過程中的自我思考，結合教師提供的文獻資料，全體學生共同完成研究報告評價的論證，形成有評分項目和評分標準的量化評價主張（圖5）。

圖5 研究報告的評價論證過程圖

課后，每組上交一份研究報告，教師給每組隨機分發(fā)一份其他組的研究報告，各小組根據(jù)自制的量化評價表（表1）進行打分。打分完成后，交還各小組，每組根據(jù)評分細則的得分情況進行修改并再次上交，由教師進行二次評價，如果未通過，則繼續(xù)修改直至合格為止。

表1 研究報告質量評價標準表

研究報告的評價論證環(huán)節(jié)可促進學生思考：研究報告應該包含什么內(nèi)容，撰寫過程中需要注意什么問題，如何避免這樣的問題等；研究報告的撰寫和互評，可促使學生對整個實驗過程進行梳理和反思，在報告中可體現(xiàn)學生的學習過程，有何收獲，有何體會。在提升學生的科學寫作能力的同時，進一步培養(yǎng)學生的科學論證能力和科學反思能力。

2.6 總結與反思 小組互評結束后，教師提出如下幾個問題：①本節(jié)課做了哪些工作？是否達到實驗目的？②實驗過程中遇到了哪些問題？是如何解決的？③如果還有進一步實驗，想進行哪些工作？為什么？設置這幾個問題的目的是讓學生對本組的實驗方案、實驗實施、論證模型的構建、研究報告的撰寫有深層次的思考。通過本次實驗課的學習，學生能比較順利地回答問題①和問題②，對論證探究式實驗的各環(huán)節(jié)的表述也基本準確，但對問題③的回答各組有所差異，有些小組認為已考慮的比較完善了，而探究“光照強度對胞質環(huán)流速率影響”的小組提出由于受實驗條件的限制，沒能將自變量的控制做得更精細、準確。

3 反思

ADI教學模式在實驗教學的應用過程中，學生會提出哪些問題、課堂能否依照學生所想實施相關實驗等，受課堂時間、學生已有的知識儲備和能力、實驗室條件等因素的限制，因此，“胞質環(huán)流速率影響因素的探究”難以做到面面俱到。胞質環(huán)流速率的影響因素遠不止于光照強度，還有光照時間和光質。此外，胞質環(huán)流過程中需要消耗ATP，因此，影響細胞呼吸速率的因素也會改變胞質環(huán)流速率。所以，論證探究式教學模型在實驗教學實踐過程應用，一方面，要求教師根據(jù)實際情況確定探究性實驗的內(nèi)容、范圍和研究深度；另一方面，如果條件允許，可將部分問題作為課堂外延實驗集合有興趣的學生作進一步探究。

構建論證及論證階段環(huán)節(jié)是ADI教學模式的核心環(huán)節(jié)。在教學實施過程中，學生要能基于生物學事實和證據(jù)運用推理、建模、批判性思維等方法，審視或論證主張。這種科學思維的養(yǎng)成是落實生物學學科核心素養(yǎng)不可或缺的部分。ADI教學模式是一種新型的教學模式，因此，有部分學生在構建論證環(huán)節(jié)花費了較長時間，在論證階段也表現(xiàn)得不夠積極。針對此問題，一方面，要多看，即向全體學生展示優(yōu)秀的論證實例，既是鼓勵又是示范，以此引導學生從模仿開始熟悉如何構建論證；另一方面，要多用，即教師選擇合適的教學內(nèi)容，嘗試不定期地開展論證探究式的實驗教學實踐。

撰寫研究報告和互評、總結和反思環(huán)節(jié)在本次課中是個亮點，有別于以往教師提供一張評價單，學生根據(jù)評價單的條目對自己和他人實施單一性評價。本次的評價標準也是學生的論證所得，基于之前構建論證和撰寫研究報告的經(jīng)驗，學生對過程中遇到的問題進行過思考，并嘗試解決，因此，在評價論證及總結和反思環(huán)節(jié)，表現(xiàn)得異常積極，各抒已見。這一過程既使學生再次熟悉論證過程，又有助于學生進一步形成批判性思維。

將ADI教學模式應用于生物學實驗教學，不僅能促使學生掌握科學探究的基本方法，還能培養(yǎng)學生運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題，有助于生物學學科核心素養(yǎng)的落實。