基于論證探究式教學(xué)模式的高中生物學(xué)實驗教學(xué)研究

林靖哲

摘 要：論證探究式教學(xué)模式（以下簡稱ADI教學(xué)模式）是將論證與探究活動相融合的一種教學(xué)模式。學(xué)生在該模式的引導(dǎo)下，逐步完成自主設(shè)計方案、獲取數(shù)據(jù)、論證推理、形成報告等步驟，在此過程中深入理解科學(xué)知識，提升科學(xué)論證能力。將ADI教學(xué)模式引入高中生物學(xué)實驗課堂，有利于深化學(xué)生對高中生物學(xué)抽象知識點的論證探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生推理論證等科學(xué)思維方法，提升其科學(xué)探究能力，促進核心素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：論證探究式教學(xué)模式；高中生物；實驗教學(xué)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，生物學(xué)科應(yīng)高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動參與的過程，學(xué)生通過探究性學(xué)習(xí)活動，加深對生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

ADI教學(xué)模式以建構(gòu)主義理論和認知學(xué)習(xí)主義理論為基礎(chǔ)發(fā)展而來，它將科學(xué)探究活動與教學(xué)實踐有機地結(jié)合起來，通過引導(dǎo)學(xué)生主動參與論證和探究，從根本上改變傳統(tǒng)課堂中教師灌輸式教學(xué)模式[1]。ADI模型在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用，將引領(lǐng)課堂從“內(nèi)容—過程”逐步朝“證據(jù)—解釋”的方向發(fā)展[2]。

基于此，本文把ADI教學(xué)模式引入實驗課堂，對如何在高中生物學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用ADI教學(xué)進行探索，通過開展ADI活動為一線教育工作者培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證和探究能力提供新思路。

一、ADI教學(xué)模式概述

（一）ADI教學(xué)模式的內(nèi)涵

ADI教學(xué)模式是一種將論證融于科學(xué)探究中的新型教學(xué)模式[3]。它將論證和探究結(jié)合在課堂教學(xué)中，其重點在于引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出解決問題的方案，學(xué)生通過收集和分析數(shù)據(jù)等過程，逐步掌握科學(xué)論證的方法，加深對科學(xué)內(nèi)容的理解，逐漸形成科學(xué)探究的系統(tǒng)思維，提升論證推理和表達能力[4]。

（二）ADI教學(xué)模式的步驟

2008年，為促進學(xué)生理解科學(xué)概念，發(fā)展其論證推理能力，Sampson（桑普森）等人通過對多個論證教學(xué)框架的歸納，首次提出以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)的7個階段的ADI教學(xué)模式[5]。2012年，Grooms（格魯姆斯）團隊在其基礎(chǔ)上進行了一定的調(diào)整和完善，提出新版ADI教學(xué)模式，包括以下8個階段：

階段1：明確任務(wù)和問題，開展“工具對話”

教師通過生物學(xué)現(xiàn)象等創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣的同時，引導(dǎo)學(xué)生回憶相關(guān)舊知，導(dǎo)入將要開展的實驗活動。學(xué)生根據(jù)情境提出研究問題，明確學(xué)習(xí)任務(wù)。此外，教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握實驗材料和儀器的使用方法，以期學(xué)生能夠自主地設(shè)計、實施方案。

階段2：設(shè)計方案與收集數(shù)據(jù)

學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)的方式進行探究，設(shè)計實驗方案獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：一是需要獲得哪些數(shù)據(jù)，即明確因變量及所收集的數(shù)據(jù)類型；二是如何獲取這些數(shù)據(jù)，即明確自變量及其控制方法；三是怎樣分析處理數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)如何呈現(xiàn)。

階段3：分析數(shù)據(jù)，嘗試初步論證

以小組為單位，基于所收集到的數(shù)據(jù)進行分析推理。分析數(shù)據(jù)時首先要清楚數(shù)據(jù)的類型，包括觀察的現(xiàn)象及測量的數(shù)據(jù)。在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建論證，包括主張、證據(jù)和推理過程。

階段4：論證會議

小組發(fā)言人公開展示數(shù)據(jù)及獲取方法，基于證據(jù)進行論證推理，其他小組成員可質(zhì)疑，指出匯報小組所陳述的證據(jù)或論證中的不足之處。

階段5：反思討論

教師引導(dǎo)學(xué)生反思論證會議中提出的問題，指導(dǎo)學(xué)生及時修正獲取證據(jù)的方案或論證推理的過程，縮小組間差距，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

階段6：書寫研究報告

學(xué)生自主完成研究報告，內(nèi)容包括研究目的、收集數(shù)據(jù)的方案，及論證推理過程。

階段7：雙盲評議

教師組織小組間對研究報告進行雙盲評議，學(xué)生根據(jù)教師提供的評議標(biāo)準(zhǔn)進行評估，提供修改建議。

階段8：修訂提交報告

學(xué)生結(jié)合評議中提出的問題和建議，將報告修繕后，呈交給教師。

此外，有研究者提出，教師不必機械復(fù)制ADI教學(xué)模式的步驟，應(yīng)在考慮學(xué)情的基礎(chǔ)上靈活實施。ADI教學(xué)模式的精髓在于以問題為核心，基于探究活動獲取證據(jù)，基于證據(jù)進行推理論證，在小組互評中通過表達促進對學(xué)科的深入理解[6]。

二、ADI教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)的意義

本研究的理論意義在于，ADI教學(xué)模式通過關(guān)注學(xué)生新舊知識之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識框架，學(xué)生主動探究科學(xué)問題，掌握新知。因此，將該模式應(yīng)用于高中生物實驗教學(xué)中，可以為建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論提供案例支撐。

本研究的實踐意義主要體現(xiàn)在兩個方面，一是提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，二是為一線教師使用ADI教學(xué)模式提供參考依據(jù)和案例。ADI模式注重引領(lǐng)學(xué)生進行“論證”和“探究”，將其應(yīng)用于高中生物學(xué)實驗教學(xué)，能夠幫助學(xué)生在掌握實驗原理、方法及過程的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練和提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，逐步形成科學(xué)論證的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。此外，ADI教學(xué)模式將課堂劃分為8個步驟，逐步引導(dǎo)學(xué)生走上實驗探究之路，體驗論證過程，提高實驗課堂的效率。因此，ADI模型不僅可用于培養(yǎng)學(xué)生的論證思維，還為高中生物學(xué)實驗教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式。

三、ADI教學(xué)模式在高中生物學(xué)實驗的教學(xué)案例設(shè)計

（一）案例選擇

課程標(biāo)準(zhǔn)中的次位概念指出，概述細胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質(zhì)進出，參與細胞間的信息交流[7]。其中，學(xué)生較難理解細胞膜控制物質(zhì)進出細胞的作用，而教材也未做過多解釋。高一的學(xué)生思維活躍，有較強的觀察、實踐能力和一定的生物學(xué)基礎(chǔ)，對探索生物學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)在原因充滿熱情，但在設(shè)計實施實驗方案上缺乏經(jīng)驗[8]?；诖耍_定實驗課題為“鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性”，該實驗雖為驗證性實驗，但可以通過提供多樣的實驗素材，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計開放性的實驗方案挖掘其探究性價值。學(xué)生通過ADI活動深入理解生命觀念的同時，可以更好地掌握實驗探究過程，明確單一變量原則、對照原則等，發(fā)展探究精神和科學(xué)論證能力。

（二）教學(xué)目標(biāo)

1.能夠以結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，設(shè)計實驗鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性，認識到進行各項生命活動的前提是保持細胞結(jié)構(gòu)的完整性。

2.能夠通過小組合作探究，根據(jù)提供的實驗器材設(shè)計實施實驗方案，運用科學(xué)術(shù)語記錄實驗結(jié)果。

3.能夠利用所學(xué)知識分析實驗結(jié)果，通過邏輯推理闡明個人立場或質(zhì)疑他人實驗合理性。

（三）教學(xué)過程

階段1：明確任務(wù)和問題，開展“工具對話”

教師介紹鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。同時，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生物現(xiàn)象提出問題：為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？據(jù)此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？學(xué)生明確探究任務(wù)：設(shè)計實施一個實驗，鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性。

教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握實驗材料和儀器的使用方法。實驗器材包括：新鮮的紅色月季花、白蘿卜、洋蔥、質(zhì)量分數(shù)為30%的蔗糖溶液、質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸、紅墨水、清水、電熱水壺、燒杯若干、記號筆、量筒、蓋玻片、載玻片、吸水紙、刀片、鑷子等。

階段2：設(shè)計方案與收集數(shù)據(jù)

學(xué)生分組，一組4人，設(shè)計實驗方案。教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：在實驗過程中收集什么數(shù)據(jù)？如何獲取這些數(shù)據(jù)？對照組和實驗組如何設(shè)置？

學(xué)生自主設(shè)計實施的實驗方案部分如下：

實驗方案一

1.選取兩只大小相同的燒杯，分別用馬克筆標(biāo)注甲、乙；

2.分別在甲、乙兩只燒杯中加入等量的清水和熱開水；

3.選取等量的紅色月季花瓣，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經(jīng)過相同時間后觀察花瓣顏色變化。

實驗結(jié)果：甲燒杯中的花瓣仍為紅色，溶液無色；乙燒杯中的花瓣顏色變淺，溶液變紅。

實驗方案二

前兩步同方案一。

3.切取大小、長度都相同的白蘿卜條，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經(jīng)過相同時間處理；

4.取出白蘿卜條，放入紅墨水中作用2min，取出切開，觀察切面顏色。

實驗結(jié)果：甲組蘿卜條內(nèi)部仍為白色；乙組蘿卜條內(nèi)部被紅墨水浸染。

實驗方案三

前兩步同方案一。

3.將兩瓣形態(tài)大小相似的洋蔥，分別放入甲、乙兩燒杯中，經(jīng)過相同時間處理；

4.制作洋蔥外表皮裝片，進行質(zhì)壁分離實驗。

實驗結(jié)果：甲組洋蔥外表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，乙組洋蔥外表皮細胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

階段3：分析數(shù)據(jù)，嘗試初步論證

教師引導(dǎo)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，包括測量得到的數(shù)據(jù)（如溫度、時間等），及觀察到的實驗現(xiàn)象（如顏色變化、質(zhì)壁分離情況等）。教師指導(dǎo)學(xué)生在獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合理論框架，嘗試進行初步論證，主要包括主張、證據(jù)和推理過程。以實驗方案一為例，學(xué)生的論證過程如下：

1.提出主張：活細胞的細胞膜具有選擇透過性，死細胞的細胞膜失去選擇透過性。

2.實驗獲得的證據(jù)：放在清水中的紅色月季花瓣的顏色和水的顏色都不變；放在鹽酸中的紅色月季花瓣的紅色變淺，溶液的顏色逐漸變紅。

3.推理過程：紅色月季的花瓣中含有的紅色色素是大分子物質(zhì)，正常情況下，是不能穿過液泡膜和質(zhì)膜到達胞外的。當(dāng)細胞處于熱開水中時，細胞膜的選擇透過性被破壞，紅色色素到達細胞外。

階段4：論證會議

在開始論證會議前，教師提示學(xué)生思考以下問題：該數(shù)據(jù)可以用來支持主張嗎？證據(jù)是否科學(xué)合理？觀點是否與公認的科學(xué)理論一致？接下來引導(dǎo)學(xué)生開展組間輪回賽，小組之間進行辯論。各組指派一名發(fā)言人，向全班匯報本組的實驗設(shè)計思路，進行實驗分析論證。其他組同學(xué)認真傾聽匯報要點，及時記錄下質(zhì)疑點，在該組匯報完成后逐一提出，如收集的數(shù)據(jù)是否合理？分析數(shù)據(jù)的方法是否科學(xué)？論證的過程是否有效？在聆聽其他小組成員的質(zhì)疑后，匯報小組可選擇“同意”或進行“辯駁”。

階段5：反思討論

各小組成員根據(jù)在匯報中發(fā)現(xiàn)的問題，反思、討論實驗的不足之處，通過組內(nèi)商議重新修正、完善實驗論證，或改進收集數(shù)據(jù)的方法。

階段6：書寫研究報告

教師引導(dǎo)學(xué)生撰寫實驗報告，包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗方案、論證過程、實驗結(jié)論。

階段7：雙盲評議

各小組完成實驗，上交實驗報告，教師將實驗報告隨機交換后分發(fā)給各小組，引導(dǎo)學(xué)生對其他小組的實驗報告進行評審，包括是否用科學(xué)的術(shù)語描述實驗過程，是否用正確的形式表達實驗結(jié)果，展示的證據(jù)是否充分有效，推理是否充分合理等。在評審過程中為沒有達到標(biāo)準(zhǔn)的小組提供具體建議。

階段8：修訂提交報告

教師對學(xué)生的實驗報告進行二次評審，學(xué)生結(jié)合評議中提出的問題和建議，修繕報告后遞交。

（四）教學(xué)評價

本節(jié)課在實驗材料的選擇上盡可能做到多樣性，在過程的設(shè)計上盡可能做到開放性，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計解決研究問題的實驗方案，掌握科學(xué)探究的正確方法，包括確定自變量及其控制方法，獲取并分析數(shù)據(jù)，在交流中論證、質(zhì)疑，批判性地思考其他同學(xué)給出的建議與實驗方案的改進，逐漸掌握科學(xué)論證的方法，促進對科學(xué)內(nèi)容的理解，增強創(chuàng)新意識和能力，形成更優(yōu)秀的推理能力和更積極的科學(xué)態(tài)度。

有的學(xué)生反饋，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，他們對同一個實驗有了更多不同的想法，提升了與同學(xué)的合作交流的能力，增加了對生物學(xué)科的興趣。在沒有達到預(yù)期的實驗結(jié)果時，他們感受到了實驗操作規(guī)范嚴謹?shù)闹匾?。更重要的是，在課本平鋪直敘的語言文字描述外，他們體會到了動手操作的意義，理解了生物是一門基于實驗的學(xué)科，體會到了生物學(xué)科的獨特魅力，這對于高一的學(xué)生來說，是一個再好不過的開端。

結(jié)束語

綜上所述，通過把ADI教學(xué)模式引入高中生物學(xué)實驗課堂，可以有效地激發(fā)學(xué)生對生物實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計、科學(xué)論證和表達能力。各組間通過合作共同完成ADI活動，促進學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作意識。

此外，教師通過利用ADI教學(xué)模式，可以促進自身論證思維的發(fā)展，提升資源整合能力。教師在與學(xué)生共同設(shè)計、論證、探究實驗的過程中也在不斷完善自我，實現(xiàn)教學(xué)相長。本課題后續(xù)將深入開發(fā)學(xué)生感興趣的自主性實驗專題，在ADI教學(xué)模式的基礎(chǔ)上開展生物實驗創(chuàng)新校本課程，使ADI教學(xué)模式及相關(guān)校本課程可以在全國各校開展和

推廣。

參考文獻

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本文系廈門市直屬中小學(xué)2021年度課題“基于ADI教學(xué)模式的高中生物學(xué)實驗創(chuàng)新研究”（編號：ZSX2021012）及福建省廈門第一中學(xué)2021年校級課題（編號：XMYZ-2153）的階段成果。