基于科學(xué)解釋的CER教學(xué)模式實例應(yīng)用

程虹

摘? ?要：《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求學(xué)生具備科學(xué)解釋能力，這就要求教師重視在高中生物學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)解釋能力的實踐。文章以“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)為例，將科學(xué)解釋的CER模型運用其中，通過CER模式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生做出科學(xué)解釋，起到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：科學(xué)解釋；CER模型；種群的特征

科學(xué)解釋是指基于觀察、試驗獲得的證據(jù)，運用科學(xué)原理、理論或定律進行思考，有邏輯且科學(xué)地說出現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，科學(xué)解釋能力是一種非常重要的科學(xué)學(xué)科能力。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出生物學(xué)課程從四個方面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任[ 1 ]。而科學(xué)思維和科學(xué)探究始終伴隨著科學(xué)解釋的進行，學(xué)生的認知體系在建構(gòu)科學(xué)解釋的過程中得以擴展或重建，學(xué)生在科學(xué)探究的過程中得到了發(fā)展。由此可見，科學(xué)解釋始終貫穿在科學(xué)思維和科學(xué)探究的過程中，科學(xué)思維和科學(xué)探究活動實際上也是圍繞科學(xué)解釋進行的。這就要求教師重視在高中生物學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)解釋能力的實踐。

生物學(xué)中的科學(xué)解釋首先需要描述生物學(xué)現(xiàn)象中的有效信息，然后針對這一現(xiàn)象關(guān)聯(lián)相應(yīng)的生物學(xué)概念，最后一個環(huán)節(jié)是判斷條件因素與這一現(xiàn)象的條件因素與相應(yīng)概念的運用范圍的一致性，這才構(gòu)成了一個完整的科學(xué)解釋[ 2 ]。因此，給學(xué)生以明確的科學(xué)解釋模型，將非常有助于學(xué)生把自己的想法向更復(fù)雜且連貫的方向演變，有利于科學(xué)解釋能力的培養(yǎng)。

1? 基于科學(xué)解釋的教學(xué)模式

經(jīng)典的科學(xué)解釋模型是由Katherine L.McNeill和Joseph Krajcik提出的CER模型（圖1），即觀點（claim）、證據(jù)（evidence）、推理（reasoning）。觀點指有條有理地表達事物、事實或者說話人的觀念、觀點。證據(jù)，特指科學(xué)證據(jù)，指為支持觀點而收集的恰當(dāng)且充分的相關(guān)數(shù)據(jù)、信息和資料。推理，即科學(xué)邏輯，是指證據(jù)與陳述之間的匹配關(guān)系，基于科學(xué)原理、理論或定律的判斷，說明證據(jù)為什么是支持觀點的[ 3 ]。

2? 基于科學(xué)解釋的CER教學(xué)模式實例應(yīng)用

“種群與群落”是高中生物必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的內(nèi)容，該部分內(nèi)容提供了大量真實情境下的案例，包含豐富的數(shù)據(jù)、圖表、模型相關(guān)資料，可作為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的素材和載體。且種群與群落問題是生活中常見的生態(tài)學(xué)元素，提高該主題下學(xué)生科學(xué)解釋能力，有助于學(xué)生更好地分析和理解一些現(xiàn)實問題，比如2019年的印度蝗災(zāi)等。因此，這部分內(nèi)容很適合培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的能力。本文以基于科學(xué)解釋的CER教學(xué)模式（圖2所示）開展“種群的特征”知識主題的教學(xué)，采用逐漸簡化的CER框架為腳手架，在真實情境中引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋。

2.1? 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過種群的數(shù)量特征這一核心概念的學(xué)習(xí)，明確種群的幾個基本特征及其之間的內(nèi)在關(guān)系，形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

（2）通過CER教學(xué)模式讓學(xué)生基于證據(jù)得出正確的推理，形成科學(xué)解釋能力，體悟科學(xué)研究方法，發(fā)展科學(xué)思維。

（3）通過數(shù)據(jù)、圖表、模型相關(guān)資料的分析，深度理解種群的數(shù)量特征。

2.2? 教學(xué)思路

將CER教學(xué)模式應(yīng)用于“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)中，首先確定這節(jié)課的核心問題為“種群的數(shù)量特征有哪些？”，在這個問題之下，又分為環(huán)環(huán)相扣的4個問題，應(yīng)用科學(xué)解釋的三個要素對課堂內(nèi)容進行分解，具體的教學(xué)設(shè)計思路如圖3所示。

2.3? 教學(xué)實施

在完成教學(xué)設(shè)計后，請組內(nèi)教師評議并提出修改調(diào)整意見，再次完善教學(xué)設(shè)計，然后正式講授。以下內(nèi)容主要展示教師基于種群的數(shù)量特征的年齡組成的分析引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的過程。

2.3.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師以2019年印度蝗蟲災(zāi)害為例，說明遷入率和遷出率會影響某一地區(qū)的種群數(shù)量；蝗蟲壽命雖然只有2-3個月，但由于其產(chǎn)卵率高，因此出生率大于死亡率使得種群數(shù)量居高不下，可見出生率和死亡率能直接決定種群數(shù)量。防治害蟲可以采用性引誘劑誘殺某一性別的害蟲，改變其性別比例，使其不能完成受精作用從而降低出生率。教師提出問題：在人類社會中，不同國家的人口組成是不同的，圖4中A、B為兩個國家的人口年齡組成，縱軸示年齡，橫軸示各年齡段人口占總?cè)丝诘陌俜直龋埜鶕?jù)此圖回答，哪一個國家未來的人口增長率高？同時教師給學(xué)生框架——工作單（表1），幫助解答問題。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生有出生率和死亡率能直接決定種群數(shù)量的基礎(chǔ)知識，為推理做鋪墊。通過CER框架引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋。

2.3.2 給出觀點

學(xué)生通過圖示信息的分析判斷，給出自己的觀點，部分學(xué)生認為A國家人口增長率高，也有部分學(xué)生認為B國家人口增長率高。

設(shè)計意圖：學(xué)生思考并給出觀點。

2.3.3 收集證據(jù)

根據(jù)學(xué)生的不同觀點，教師提問：看來同學(xué)們的觀點不一致啊，那請同學(xué)來說說，你有哪些證據(jù)來支持你的觀點呢？針對認為B國家人口增長率高的觀點，有學(xué)生回答：A國家的年齡組成是穩(wěn)定型，B國家的年齡組成是增長型。教師提示學(xué)生這種用現(xiàn)象解釋現(xiàn)象的回答，并未說明問題的實質(zhì)，也未給出有效證據(jù)，教師進一步引導(dǎo)圖示給出的數(shù)據(jù)所具有的特點，學(xué)生可以給出實質(zhì)證據(jù)：B國家幼年個體人數(shù)大于成年個體人數(shù)大于老年個體人數(shù)，且B國家男女比例約等于1：1，至此，學(xué)生完成了證據(jù)的收集。

設(shè)計意圖：指出學(xué)生用現(xiàn)象解釋現(xiàn)象的誤區(qū)；引導(dǎo)學(xué)生收集數(shù)據(jù)證據(jù)。

2.3.4 開展推理

基于搜集的證據(jù)，教師提問：B國家幼年個體人數(shù)大于老年個體人數(shù)，就會導(dǎo)致人口增長嗎？學(xué)生根據(jù)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可完成回答：幼年個體人數(shù)大于成年個體人數(shù)大于老年個體人數(shù)，將來這個國家的人口出生率會大于死亡率，從而人口數(shù)量增長。教師繼續(xù)追問：B國家男女比例約等于1：1，與人口數(shù)量的變化有什么關(guān)聯(lián)？基于事實，學(xué)生可以做出回答：人類社會是一夫一妻制，性別比例1：1時，人口出生率最大化，因此B國家人口數(shù)量增長。

為了檢驗學(xué)生推理的合理性，教師繼續(xù)提問： A國家的人口不增長嗎？學(xué)生根據(jù)完整的證據(jù)鏈做出推理： A國家的人口出生率和死亡率的差值較小，可以認為在一段時間內(nèi)增長速率較慢，幾近穩(wěn)定。

設(shè)計意圖：找到證據(jù)背后關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識和原理，讓證據(jù)恰當(dāng)且充分地支持觀點。

2.3.5 構(gòu)建解釋

通過上述引導(dǎo)，學(xué)生可以準(zhǔn)確地回答“哪一個國家未來的人口增長率高？”以及完整地解釋為什么，進而完整填寫工作單（表2）。

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的解釋可以評價教學(xué)效果。

3? 教學(xué)反思

通過“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)可以看出，教師基于CER教學(xué)模式，通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生給出觀點，收集證據(jù)，展開推理，構(gòu)建關(guān)于年齡組成影響種群數(shù)量的科學(xué)解釋。通過“CER”框架支持的系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生能夠較好地尋找到資料給出的信息、數(shù)據(jù)等作為恰當(dāng)且充分的證據(jù)去幫助推理過程科學(xué)合理地進行，進而給出正確的觀點。鑒于學(xué)生的科學(xué)解釋能力是不以知識主題為轉(zhuǎn)移的，故教師可以在任意合適的時機為學(xué)生提供CER框架支持來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)解釋能力[4]。通過教材現(xiàn)有的資料進行“就地取材”，為學(xué)生創(chuàng)造合適的進行科學(xué)解釋的情境，因此，CER教學(xué)模式具有良好的適用性，對發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-6.

［2］ 梁永平.對我國《科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中科學(xué)本質(zhì)教育目標(biāo)的反思與建議[J].教育理論與實踐，2006（6）： 31-33.

［3］ 陳佩瑩，姚建欣.科學(xué)解釋的培養(yǎng)框架及其教學(xué)策略[J].基礎(chǔ)教育課程，2016，192（12）：67-71.

［4］ 王健.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的生物學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2018：27.