提升科學(xué)思維的初中生物學(xué)論證課堂實施模型的構(gòu)建及應(yīng)用

高倩倩 劉張文斐 卜慶梅

摘 要 依據(jù)CER論證模型嘗試構(gòu)建“初中生物學(xué)論證課堂實施模型”，制作“論證課堂實施支架表”，并以“鳥的生殖和發(fā)育”為例進(jìn)行教學(xué)實踐，旨在引導(dǎo)學(xué)生在引出論題、收集證據(jù)、進(jìn)行推理、得出主張、質(zhì)疑辯駁、完善主張的過程中運用科學(xué)思維方法，提升科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞 初中生物學(xué) 論證教學(xué) 論證課堂實施 模型 科學(xué)思維

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》 （以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確指出：要通過多種教學(xué)活動展現(xiàn)人們認(rèn)識自然現(xiàn)象和規(guī)律的思維方式及探究過程。

這要求義務(wù)教育階段培養(yǎng)的學(xué)生不止要掌握生物學(xué)基礎(chǔ)知識，還要初步掌握科學(xué)思維方法，具備一定的科學(xué)思維習(xí)慣和能力。科學(xué)思維能力是科學(xué)思維的外顯化，科學(xué)思維的能力屬性主要體現(xiàn)在科學(xué)思維方法的運用和熟練程度。初中生物學(xué)學(xué)習(xí)中要用到的科學(xué)思維方法有比較、分類、歸納、演繹、分析、綜合、建模等。論證是生物學(xué)教學(xué)中最常見的科學(xué)思維表現(xiàn)形式，其與科學(xué)思維的形成密切相關(guān)。在傳統(tǒng)的課堂中，論證環(huán)節(jié)的缺失使得生物學(xué)教育在過去很長一段時間缺失對學(xué)生科學(xué)思維的深度培養(yǎng)。

本文以“鳥的生殖和發(fā)育”為例，依據(jù)CER論證模型嘗試構(gòu)建“論證課堂實施模型”，制作“課堂教學(xué)實施支架表”，在新模型實施過程中引導(dǎo)學(xué)生搜集證據(jù)、科學(xué)推理、質(zhì)疑辯駁、得出主張，提升科學(xué)思維能力。

1 論證課堂實施模型的構(gòu)建

CER論證模型（圖1）是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論與最近發(fā)展區(qū)理論對圖爾敏論證模型的一種簡化，由三部分組成：證據(jù)、推理、主張，其特別關(guān)注基于證據(jù)的邏輯推理，要求學(xué)生圍繞某一主張，收集可靠的證據(jù)，作出合乎邏輯的推理，獲得科學(xué)概念。

對于高年級的學(xué)生來說，針對同一個主張，不同的學(xué)生可能會提出不同的質(zhì)疑。因此，論證教學(xué)到高級階段可以引入質(zhì)疑和辯駁，學(xué)生借助證據(jù)，通過辯論，維護(hù)合理的主張，反駁不合理的主張。當(dāng)學(xué)生像科學(xué)家那樣評價其他同學(xué)的證據(jù)與主張，識別超出證據(jù)的陳述，這表明他們已在深入學(xué)習(xí)，為主張辯護(hù)的同學(xué)也在論證過程中獲得對科學(xué)知識的深層理解，摒棄錯誤概念。

基于以上分析，本模型在CER模型的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，旨在引導(dǎo)學(xué)生深度論證，提升科學(xué)思維能力。模型依據(jù)論證的來源劃分了兩種證據(jù)類型：直接證據(jù)和間接證據(jù)。直接證據(jù)主要指學(xué)生通過觀察、測量、實驗等獲得的一手?jǐn)?shù)據(jù)。間接證據(jù)主要指教師提供的資料或?qū)W生頭腦中已知的概念和原理。第一步引出論題和支架引導(dǎo)主要由教師來完成，教師可以通過提供資料、實驗演示、組織活動等多種方式引出論題，學(xué)生需在教師提供的支架表的引導(dǎo)下進(jìn)行論證（表1）。第二步主要由學(xué)生來完成，學(xué)生搜集可靠的證據(jù)，運用恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法進(jìn)行合乎邏輯的推理，初步得出科學(xué)主張，其他學(xué)生或教師考慮到其他解釋提出質(zhì)疑，學(xué)生需要再次辯駁完善主張。

初中生形式思維發(fā)展并不完善，對于八年級的學(xué)生來說，要開展論證教學(xué)需要腳手架的支持。本研究圍繞論證式課堂教學(xué)實施模型制作“論證課堂實施支架表” （表1），支架表可將論證內(nèi)隱過程表征出來，供學(xué)生論證時使用，引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行科學(xué)論證，幫助學(xué)生理清論證思路，引導(dǎo)學(xué)生分步驟論證，得出科學(xué)主張。

2 論證課堂實施模型的應(yīng)用

“鳥的生殖和發(fā)育”選自人教版《生物學(xué)·八年級·下冊》第一章第四節(jié)的內(nèi)容。 《課程標(biāo)準(zhǔn)》在主題六：“遺傳與進(jìn)化”的內(nèi)容要求中明確學(xué)生應(yīng)形成概念：生物可以通過有性生殖或無性生殖繁殖后代。

現(xiàn)以“鳥的生殖和發(fā)育”一節(jié)中的部分內(nèi)容： “鳥卵的外部結(jié)構(gòu)特點 — — 鳥卵外形特點和卵殼特點”為例，闡述如何運用“論證課堂實施模型”開展論證教學(xué)。

2.1 提供資料，引出論題

資料1：爬行動物卵內(nèi)的羊膜腔充溢羊水，胚胎在羊水中發(fā)育。爬行動物有卵殼，卵內(nèi)儲存有卵黃、水分等營養(yǎng)物質(zhì)。爬行動物的卵通常產(chǎn)在沙土里，依靠太陽光孵化胚胎。

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料一并設(shè)疑：鳥類比爬行動物更為高等，爬行動物的卵適應(yīng)于陸地生活，那鳥卵有哪些結(jié)構(gòu)特點適應(yīng)于陸地生活？學(xué)生在思索中進(jìn)入本節(jié)課的論證。

2.2 基于證據(jù)，初步得出主張

教師引導(dǎo)學(xué)生以雞卵為例先論證鳥卵的外部結(jié)構(gòu)特點。四人為一組，每組挑選一個任務(wù)論證，學(xué)有余力的小組選擇兩個，學(xué)生論證任務(wù)見表2。小組需在“論證課堂實施支架表”的指引下論證，并將證據(jù)、推理過程、初步得出的主張寫于表中。

2.2.1 主張一：鳥卵的外形為橢圓形，有鈍端和尖端，其外形有利于親鳥孵卵。

資料2：鳥卵在產(chǎn)出前是表面柔軟的圓球體，在出生時，鳥卵經(jīng)過產(chǎn)道一點一點擠壓出來，鳥類的產(chǎn)道慢慢脹大，隨著卵的產(chǎn)出，產(chǎn)道一點點地收縮，卵殼在產(chǎn)出過程中逐漸變硬定型。

學(xué)生用肉眼或者放大鏡觀察雞卵，發(fā)現(xiàn)雞卵整體形似橢圓，兩端形狀不相同，一頭鈍、一頭尖。教師設(shè)疑：如何借助現(xiàn)有的鳥卵和乒乓球獲取證據(jù)，推理鳥卵外形的作用呢？小組成員想到在實驗臺上推動雞卵和乒乓球，對比二者運動軌跡。乒乓球的運動軌跡呈直線，鳥卵的運動軌跡呈圓弧狀?；谧C據(jù)，學(xué)生可推理出：鳥卵的外形可以使其往巢內(nèi)聚集，有利于親鳥孵卵。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料二，從進(jìn)化的角度解釋鳥卵外形形成的原因。

設(shè)計意圖：學(xué)生先運用比較的科學(xué)思維方法，對比乒乓球和雞卵的運動軌跡，再歸納雞卵形狀的優(yōu)點。從進(jìn)化的角度出發(fā)，學(xué)生思考雞卵形狀的形成原因，可深度內(nèi)化知識。

2.2.2 主張二：卵殼很堅硬，作用是保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

資料3：拱形是橢圓的一部分，是有彎曲弧度的形狀。拱形受到向下的壓力時，能把壓力分散到相鄰的各部分，這使得壓力無法集中到拱形的某一點。

資料4：卵殼的中部很厚，整個卵殼98%由結(jié)晶鈣構(gòu)成，而結(jié)晶鈣又是一種碳酸鈣的結(jié)構(gòu)形式。

教師向?qū)W生普及母雞大約一只重2.5kg到4kg，而在孵化時母雞卻不會把雞卵壓碎。學(xué)生猜想卵殼有一定硬度能承受壓力。教師設(shè)疑：怎樣能證明卵殼很硬？有學(xué)生提議用力握雞卵，看是否破裂。教師提示學(xué)生利用工具設(shè)計方案獲取一手證據(jù)來進(jìn)行推理。小組討論后決定：用兩枚環(huán)形吸鐵石將雞卵豎著架起來，使雞卵重心落于環(huán)形吸鐵石圓心，再用兩枚吸鐵石蓋住環(huán)形雞卵頭部，在雞卵上方放多本書，結(jié)果雞卵不破碎。

教師繼續(xù)設(shè)疑：雞卵如此堅硬的原因是什么？有學(xué)生想到卵殼的組成成分，卵殼由碳酸鈣組成，而巖石大多也由碳酸鈣組成，所以卵殼硬度高。組內(nèi)學(xué)生反駁：雖然卵殼由碳酸鈣組成，但是厚度很小，不足以承擔(dān)巨大的壓力。另外的學(xué)生提出可以從鳥卵外形分析，根據(jù)資料三的內(nèi)容得出：卵殼的外形類似一個全封閉的連續(xù)拱形，在對某一部分施加壓力時，可以將力均勻分散到卵殼各處，因此卵殼可以承受更大的力量，由此推理出卵殼的作用是：保護(hù)雞卵內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

設(shè)計意圖：拱形結(jié)構(gòu)能夠分散受力，從而可以承受較大的壓力，雞卵由無數(shù)個拱形組成，所以雞卵能夠承受較大的壓力，這其中運用了“三段論”的演繹方法。

2.3 質(zhì)疑反駁，完善或認(rèn)可主張

討論完成后，教師請各小組代表詳細(xì)匯報論證過程。其他小組或教師可對證據(jù)或主張表示質(zhì)疑，小組需根據(jù)提出的質(zhì)疑進(jìn)行辯駁，最后將主張表的其余部分補充完整。

2.3.1 認(rèn)可主張一：鳥卵的外形為橢圓形，有鈍端和尖端，其外形有利于親鳥孵卵。

在質(zhì)疑環(huán)節(jié)中，有學(xué)生提出質(zhì)疑：雞卵就能代表所有的鳥卵嗎？所有種類的鳥卵都能確保是一頭鈍、一頭尖嗎？教師請該組成員辯駁，有組內(nèi)成員觀察過鵪鶉卵和鴨卵，它們與雞卵外形相同。教師趁機出示世界上鴕鳥卵和蜂鳥卵的圖片，并提出它們分別是世界上最大和最小的鳥卵，接著把鴿子卵、鵪鶉卵、鴨卵這些常見的鳥卵放于投影儀下進(jìn)行展示。學(xué)生觀察完之后仍然質(zhì)疑，仍認(rèn)為有例外。教師隨即介紹“不完全歸納法”，指出完全歸納由于時間、空間、人力和物力的限制，有一定的局限性和不可實現(xiàn)性，所以可以運用不完全歸納的方法推理出主張。關(guān)于主張一的推理過程如圖3所示。

設(shè)計意圖：通過質(zhì)疑環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)一步加強運用“不完全歸納法”的熟練程度，學(xué)生敢于質(zhì)疑，增強批判性思維能力。

2.3.2 完善主張二：生雞卵堅固，作用是保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

有多位學(xué)生質(zhì)疑一個問題：如果拱形結(jié)構(gòu)能承受更大的壓力，為什么完整無缺的熟雞卵能容易捏碎呢？小組成員反駁：熟雞卵的卵殼鈣分解、流失，所以較脆弱，容易被捏碎。教師繼續(xù)補充：卵殼內(nèi)的物質(zhì)由液體變?yōu)楣腆w，而固體的張力對力的分散、吸收比液體弱，所以雞卵容易捏碎。由此，小組將主張中的“雞卵”一詞改為“生雞卵”。另外有學(xué)生質(zhì)疑證據(jù)的合理性：雞卵真的捏不碎嗎？是否是因為組內(nèi)成員力量不夠？教師出示“雞卵測壓”視頻，指出雞卵可承受150kg-200kg的壓力。還有學(xué)生質(zhì)疑主張的用詞合理性：卵殼很薄，一掰就碎，并不“堅硬”呀？由此，學(xué)生小組將“堅硬”二字修改為“堅固”。關(guān)于主張二的推理過程如圖4所示。

2.4 鏈接生產(chǎn)、應(yīng)用主張。

本節(jié)課內(nèi)容全部論證完成后，教師向?qū)W生介紹家雞的量化生產(chǎn)并布置課后作業(yè)：小組合作，利用孵化箱孵化雞卵。教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)定好孵化器的濕度與溫度，將雞卵放入孵化器孵化，學(xué)生每隔一天觀察一次雞卵的孵化情況并拍照記錄，詳細(xì)描寫胚胎的發(fā)育情況，最后孵化出來的小雞由學(xué)生領(lǐng)養(yǎng)。

3 結(jié)語

利用“論證課堂實施模型”進(jìn)行論證教學(xué)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下親歷：論題提出、收集證據(jù)、運用科學(xué)思維方法推理、質(zhì)疑辯駁、形成主張的過程。在學(xué)習(xí)過程中知識并不是直接講授，而是需要收集證據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析、深度的思考才能得出主張。在推理過程中，學(xué)生頻繁用到了歸納、演繹、對比、綜合、分析的科學(xué)思維方法進(jìn)行推理，提高其科學(xué)思維方法的使用熟練程度，從而提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。除此之外，學(xué)生也在學(xué)習(xí)過程中體會到科學(xué)家的探究過程，增強了質(zhì)疑精神、批判性思維能力。通過以上的教學(xué)設(shè)計，學(xué)生對知識達(dá)到了深層理解，初步發(fā)展科學(xué)思維，逐步形成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版） ［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：2-3.

［2］ 吳成軍.義務(wù)教育生物學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及分析［J］.生物學(xué)教學(xué)，2022，47 （07）：2-5.

［3］ 呂琦，代建軍.新加坡科學(xué)教育中的CER科學(xué)論證框架研究～1 — — 以新加坡中學(xué)化學(xué)學(xué)科為例［J］.基礎(chǔ)教育課程，2019（15）：72-80.

［4］ 潘洪建，盛群力. CER教學(xué)：引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)解釋［J］.開放教育研究，2019，25 （05）：64-72.