基于ADI教學(xué)模型在高中生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)家精神

中圖分類號：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）11-0062-05

編者按：在教育改革的浪潮中，生物組教師領(lǐng)銜的教研團(tuán)隊(duì)開展了一場意義深遠(yuǎn)的課程育人改革研究。教研團(tuán)隊(duì)實(shí)施了課堂教學(xué)改革，開設(shè)了具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)課程、職業(yè)生涯課程、研學(xué)旅行課程，并通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，開展單元教學(xué)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將課內(nèi)外育人有機(jī)融為一體。歷經(jīng)12年的潛心探索，凝練出“素養(yǎng)導(dǎo)向四位一體以評促學(xué)——高中生物學(xué)科育人12年創(chuàng)新實(shí)踐”并獲2024年南寧市教育科學(xué)成果特等獎。其間，教研團(tuán)隊(duì)成員精耕細(xì)作，撰寫了5篇高質(zhì)量的論文。這些論文不僅是理論的結(jié)晶，而且是實(shí)踐的指南，為高中生物學(xué)教學(xué)提供了新的思路和方法。本專題刊載教研團(tuán)隊(duì)的這5篇論文，以期弘揚(yáng)科學(xué)家精神，推動高中教育事業(yè)發(fā)展，助力高中培養(yǎng)出更多具有科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才。

2023年，教育部等十八部門印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》強(qiáng)調(diào)“大力弘揚(yáng)科學(xué)精神和科學(xué)家精神”；隨后在《“科學(xué)家（精神）進(jìn)校園行動”實(shí)施方案》中部署了中小學(xué)在教育階段校園層面弘揚(yáng)科學(xué)家精神的具體行動方案，對提升基礎(chǔ)教育育人質(zhì)量具有重大的理論創(chuàng)新及現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。高中是培養(yǎng)學(xué)生世界觀、人生觀、價值觀的關(guān)鍵時期，在課堂教學(xué)中培養(yǎng)科學(xué)家精神是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要途徑。

生物學(xué)作為一門以探究為手段的自然科學(xué)，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生積極參與動手和動腦活動[]。生物學(xué)課程特有的思維方式和探究過程是培養(yǎng)科學(xué)家精神的重要載體之一，教師可通過探究性學(xué)習(xí)活動加深學(xué)生對生物學(xué)知識的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與解決實(shí)際問題的能力等。本文以“基因突變”一節(jié)為例，探究基于論證探究式模型（以下稱ADI教學(xué)模型）在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)家精神的途徑，旨在將學(xué)科育人落到實(shí)處。

一、基于ADI教學(xué)模型培養(yǎng)科學(xué)家精神的概述

（一）高中生物學(xué)教學(xué)中科學(xué)家精神的內(nèi)涵

2019年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步弘揚(yáng)科學(xué)家精神加強(qiáng)作風(fēng)和學(xué)風(fēng)建設(shè)的意見》將科學(xué)家精神界定為愛國精神、創(chuàng)新精神、求實(shí)精神、奉獻(xiàn)精神、協(xié)同精神與育人精神。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，將高中生物學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)的科學(xué)家精神提煉為愛國精神、求實(shí)精神、創(chuàng)新精神、協(xié)同精神等四個方面，并梳理出其水平指標(biāo)（如表1所示）。

（二）基于ADI教學(xué)模型培養(yǎng)科學(xué)家精神的課堂教學(xué)模式

ADI教學(xué)模型是桑普森（Sampson）等人提出的一種教學(xué)模型，其流程包括創(chuàng)設(shè)情境、明確任務(wù)，收集分析證據(jù)，小組內(nèi)初步論證，組間論證，反思研討，互動評議，完善研究等[2]。雖然ADI教學(xué)模型與科學(xué)探究過程基本一致，但二者仍有區(qū)別：ADI教學(xué)模型更注重通過論證獲得論點(diǎn)，而科學(xué)探究則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證假設(shè)是否成立；ADI教學(xué)模型在互動評議階段還需要學(xué)生閱讀和理解他人的寫作、評估其價值并提出反饋意見等，更能發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力、批判性思維及科學(xué)寫作技能等。因此，ADI教學(xué)模型對培養(yǎng)科學(xué)家精神具有重要價值。筆者基于ADI教學(xué)模型提出了在高中生物學(xué)課堂中培養(yǎng)科學(xué)家精神的教學(xué)模式（如圖1所示）。

1.引入主題境脈，明確探究任務(wù)

境脈是一組能夠激發(fā)學(xué)生興趣、邏輯性強(qiáng)、脈絡(luò)清晰、貫穿課堂始終的主題情境。課堂伊始，教師通過引入主題境脈，能夠讓學(xué)生置身于特定的情境中，明確與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的探究任務(wù)。學(xué)生在對主題境脈進(jìn)行認(rèn)知、解析、拓展、融會的過程中提升解決問題的能力，在結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)活動中構(gòu)建學(xué)科概念體系，培養(yǎng)科學(xué)家精神。

2.收集分析證據(jù)，培養(yǎng)聯(lián)合理念

科學(xué)論證過程應(yīng)該由學(xué)生自主搜集證據(jù)進(jìn)行推理、分析和解釋。在認(rèn)知情境的過程中，學(xué)生以小組合作的方式主動參與學(xué)習(xí)，獲取信息，尋找、分析證據(jù)。親歷信息獲取、收集數(shù)據(jù)資料的過程，使學(xué)生學(xué)會收集資料的技巧，提升獲取信息的能力；小組內(nèi)團(tuán)結(jié)互助、表達(dá)交流可以幫助學(xué)生克服收集證據(jù)時遇到的困難，提升證據(jù)的有效性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的品質(zhì)、表達(dá)交流的技巧，從而培養(yǎng)科學(xué)家精神中的協(xié)同精神。

3.組內(nèi)初步論證，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

學(xué)生通過小組內(nèi)辯論對境脈進(jìn)行解析，需要對證據(jù)進(jìn)行加工，在頭腦中形成結(jié)論，準(zhǔn)確地將結(jié)論表述出來，再提煉出本組成員都認(rèn)可的科學(xué)觀點(diǎn)。論證時學(xué)生親身經(jīng)歷結(jié)論得出的過程，并在師生、生生互動中加深對核心概念的理解，主動建構(gòu)知識體系，培養(yǎng)生命觀念，養(yǎng)成求真求實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度，從而涵育科學(xué)家精神中的求實(shí)精神。

4.組間反思研討，培養(yǎng)科學(xué)精神

形成認(rèn)知沖突是學(xué)習(xí)的有效途徑。教師可創(chuàng)設(shè)拓展情境，引導(dǎo)學(xué)生形成認(rèn)知沖突。研討時學(xué)生通過推理、質(zhì)疑、辯駁引發(fā)思維碰撞，產(chǎn)生新認(rèn)知進(jìn)而形成新概念，從而對知識的理解更為深刻。學(xué)生展示論點(diǎn)及論證過程時，其他組提出問題和質(zhì)疑，評價該論證的有效性和合理性，使論證模型逐步得到修正、創(chuàng)新和完善。論證和研討使學(xué)生深刻理解生物學(xué)的重要概念和科學(xué)本質(zhì)，同時使學(xué)生的科學(xué)論證能力和科學(xué)思維得到發(fā)展，從而培養(yǎng)科學(xué)家精神中的創(chuàng)新精神。

5.互動評議完善，培養(yǎng)家國情懷

教師創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生針對社會議題展開辯論，撰寫研究報告，并對報告進(jìn)行匿名評審，閱讀、理解他人的報告并評估其價值，向他人提供明確的反饋意見和改進(jìn)的建議，對各組研究報告中的個性和共性問題進(jìn)行反思討論。此過程可以提高學(xué)生撰寫、修改研究報告的能力和科學(xué)論證能力。學(xué)生參與辯論社會議題，運(yùn)用生物學(xué)知識和方法積極參與討論、解釋社會議題，嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活問題。此過程可以培養(yǎng)學(xué)生的個人擔(dān)當(dāng)與社會責(zé)任，從而涵育科學(xué)家精神中的愛國精神。

二、基于ADI教學(xué)模型培育科學(xué)家精神的課堂教學(xué)案例

（一）設(shè)計思路

以人教版高中生物學(xué)教科書必修2“基因突變”一節(jié)為例，創(chuàng)設(shè)“結(jié)腸癌與基因突變”的主題境脈，設(shè)置“探究基因突變與性狀的關(guān)系”的任務(wù)，進(jìn)行論證探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)家精神，具體思路如圖2所示。

（二）教學(xué)目標(biāo)

通過分析結(jié)腸癌患者APC基因堿基序列及其他基因突變實(shí)例，概述基因突變的本質(zhì)，建立結(jié)構(gòu)與功能觀。（生命觀念）

通過論證基因突變與性狀的關(guān)系，構(gòu)建“基因突變與性狀”模型，闡明基因突變與性狀的關(guān)系。（科學(xué)思維、科學(xué)探究）

通過分析結(jié)腸癌誘因及機(jī)理，論證養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣能預(yù)防結(jié)腸癌，崇尚健康文明的生活方式。（科學(xué)思維、社會責(zé)任）

通過辯論基因編輯對人類治療結(jié)腸癌等基因突變疾病的利與弊，理性解釋社會議題。（科學(xué)思維、社會責(zé)任）

（三）教學(xué)過程

1.引入主題境脈，明確探究任務(wù)

境脈式的課堂教學(xué)要求創(chuàng)設(shè)“一境到底”的主題情境，并挖掘探究問題和明確活動任務(wù)。教師創(chuàng)設(shè)主題境脈：“家族性結(jié)腸癌是一種遺傳病，發(fā)病與APC基因突變有關(guān)，特征是結(jié)直腸中有幾百至數(shù)萬個不等的腺瘤。2022年我國癌癥報告顯示，結(jié)腸癌新發(fā)病例達(dá)到40.8萬例，死亡率高達(dá) 19.6% ?！庇纱艘饘W(xué)生對結(jié)腸癌的關(guān)注，并提出核心問題：“APC基因突變?yōu)楹螘?dǎo)致結(jié)腸癌？”明確本節(jié)課活動任務(wù)：探究基因突變與性狀之間有什么關(guān)系。

教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)境脈“APC基因突變與結(jié)腸癌的關(guān)系”，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、生活環(huán)境相結(jié)合，為學(xué)生提供一個真實(shí)的學(xué)習(xí)情境。將社會熱點(diǎn)話題與生物學(xué)知識有機(jī)融合，啟發(fā)學(xué)生思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確本節(jié)課論證探究任務(wù)和問題。在生物學(xué)教學(xué)中，通過將生物學(xué)知識與現(xiàn)實(shí)生活中的情境結(jié)合，能幫助學(xué)生更好地理解生物學(xué)知識在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

2.收集分析證據(jù)，培養(yǎng)聯(lián)合理念

證據(jù)是論證活動的重要支撐，學(xué)生觀點(diǎn)的提出、質(zhì)疑與反駁都需要豐富的證據(jù)。教師將核心問題分解為驅(qū)動問題串：（1）說說與正常人相比，結(jié)腸癌患者APC基因堿基序列有什么變化；（2）根據(jù)課前小組成員收集的相關(guān)資料，舉例說明還有哪些基因突變也會導(dǎo)致結(jié)腸癌；（3）根據(jù)收集到的相關(guān)突變基因堿基序列圖，概述這些基因發(fā)生突變的原因是什么；（4）根據(jù)這些基因突變的例子，歸納基因突變的本質(zhì)特征是什么。

學(xué)生根據(jù)上述問題分析課前收集的相關(guān)證據(jù)，歸納基因突變的本質(zhì)。學(xué)生小組合作收集到“APC基因、KRAS基因、P53基因、PIK3CA基因、MMR基因、POLE基因等突變會導(dǎo)致結(jié)腸癌”等相關(guān)論據(jù)，再將收集到的突變基因的堿基序列圖與正?；虻膲A基序列圖作對比，分析討論這些基因突變的根本原因（如表2所示），歸納基因突變的本質(zhì)，從而深入理解核心概念“基因突變是由于DNA分子中發(fā)生堿基的替換、增添或缺失，而引起的基因堿基序列的改變”。此教學(xué)過程體現(xiàn)了團(tuán)結(jié)合作、表達(dá)交流的理念，學(xué)生發(fā)展了獲取信息、分析、歸納與總結(jié)的能力。

3.組內(nèi)初步論證，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

初步論證是學(xué)生以事實(shí)論據(jù)為基礎(chǔ)、科學(xué)思維為核心，通過思考、推理得到論點(diǎn)。學(xué)生以小組為單位分析、處理論據(jù)，在白紙上用思維圖將論據(jù)、推理過程及論點(diǎn)表達(dá)出來（如圖3所示），初步論證基因突變與性狀的關(guān)系，構(gòu)建二者的關(guān)系模型，并基于科學(xué)的論據(jù)表述自己的論點(diǎn)，對他人的觀點(diǎn)進(jìn)行反駁和評價。學(xué)生在這一過程中不僅訓(xùn)練了歸納與概括、模型與建模的科學(xué)思維，還發(fā)展了邏輯推理和科學(xué)論證探究的能力。

教師緊接著提供拓展情境“結(jié)腸癌的發(fā)病機(jī)制涉及多種基因改變，有抑癌基因如APC、TP53、NRAS等基因，也有原癌基因如KRAS、PIK3CA等”，提出問題：（1）細(xì)胞癌變主要是哪兩類基因突變導(dǎo)致的？（2）相關(guān)基因突變會導(dǎo)致相應(yīng)的蛋白質(zhì)與細(xì)胞如何變化？（3）與正常細(xì)胞相比，癌細(xì)胞有什么特點(diǎn)？教師引導(dǎo)學(xué)生論證原癌基因、抑癌基因及其蛋白質(zhì)活性與性狀的關(guān)系，完善基因突變與性狀之間的關(guān)系的論證模型。在此過程中，學(xué)生初步學(xué)會了運(yùn)用證據(jù)佐證、運(yùn)用科學(xué)語言辯論的技巧，培養(yǎng)了求真求實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)態(tài)度。

4.組間反思研討，培養(yǎng)科學(xué)精神

學(xué)生構(gòu)建基因突變與結(jié)腸癌性狀的關(guān)系論證模型后，派代表展示并介紹本組的論證模型。其他小組質(zhì)疑反駁，通過提供“論據(jù)一基因”結(jié)構(gòu)示意圖，從基因的非編碼區(qū)、內(nèi)含子、隱性突變、密碼子的簡并性等角度，闡述基因突變不一定會改變生物性狀，最后展示小組修改并完善的“基因突變與性狀的關(guān)系”論證模型圖（如下頁圖4所示）。

展示組展示論證模型，其他小組質(zhì)疑、反駁再論證，可幫助學(xué)生明確基因突變不一定會改變生物性狀，構(gòu)建核心概念“闡明基因中堿基序列的改變有可能導(dǎo)致它所編碼的蛋白質(zhì)及相應(yīng)的細(xì)胞功能發(fā)生改變，甚至帶來致命的后果”，使學(xué)生深入理解基因突變與性狀的關(guān)系。反思研討階段，學(xué)生通過論證探究訓(xùn)練了批判性思維和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新精神。

5.互動評議完善，培養(yǎng)家國情懷

研究表明，油炸、燒烤類食品高溫加工的過程產(chǎn)生的雜環(huán)胺和多環(huán)芳烴等致癌物，是引發(fā)結(jié)腸細(xì)胞基因突變的危險因素[3]。教師引導(dǎo)學(xué)生思考上述因素誘發(fā)基因突變的原因并提出防治的方法。學(xué)生根據(jù)“基因組編輯”與“精準(zhǔn)醫(yī)療”相關(guān)內(nèi)容，小組辯論基因編輯對治療結(jié)腸癌的利與弊，并以小組為單位撰寫研究報告，在報告中清晰簡潔地表達(dá)本組的觀點(diǎn)。最后，教師將各小組上交的研究報告隨機(jī)返回分發(fā)給每個小組評審。每名組員都擔(dān)當(dāng)評審員，在空白處提供反饋建議，以啟發(fā)學(xué)生對整個探究論證過程進(jìn)行梳理和反思，培養(yǎng)學(xué)生撰寫、修改研究報告的能力和科學(xué)論證能力。

聯(lián)系真實(shí)生活能使學(xué)生了解結(jié)腸癌的誘因與防治方法，這些方法包括：崇尚健康文明的生活方式，養(yǎng)成健康生活習(xí)慣，主動向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識，成為健康中國的實(shí)踐者和促進(jìn)者。辯論則能加深學(xué)生對現(xiàn)代生物技術(shù)的了解，使他們認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用要符合社會倫理道德，提高學(xué)生積極參與相關(guān)社會議題討論的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的個人擔(dān)當(dāng)與社會責(zé)任，培育學(xué)生的愛國精神。

三、教學(xué)反思和展望

此次教學(xué)的創(chuàng)新性體現(xiàn)為在ADI教學(xué)模型各流程中培養(yǎng)科學(xué)家精神。以創(chuàng)設(shè)“結(jié)腸癌與基因突變”境脈為例，教師提出論證探究任務(wù)，學(xué)生收集與分析論據(jù)，通過論證探究建構(gòu)論證模型，論證基因突變與性狀的關(guān)系。在親身參與論證探究的過程中，學(xué)生體會到基于事實(shí)證據(jù)進(jìn)行科學(xué)論證的邏輯推理，深入理解本節(jié)內(nèi)容的核心概念，培養(yǎng)批判質(zhì)疑、分析推理、論證探究等能力，提高運(yùn)用生物學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，涵育科學(xué)家精神。

科學(xué)家精神的培養(yǎng)需要連續(xù)、進(jìn)階地推進(jìn)與強(qiáng)化。教師如果能在常規(guī)的生物學(xué)教學(xué)中多開展基于ADI教學(xué)模型培養(yǎng)高中生科學(xué)家精神的教學(xué)，學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中將受益良多。教師不僅要主動學(xué)習(xí)，更新自已的資源庫，必要時為學(xué)生提供資料或者證據(jù)輔助學(xué)生論證，還要尋找知識與社會資源間的關(guān)聯(lián)，選擇典型的論證探究內(nèi)容，開發(fā)更多實(shí)踐案例，用科學(xué)家精神滋養(yǎng)學(xué)生成長。

參考文獻(xiàn)

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[3]薛桂中，喬明武，黃現(xiàn)青，等.燒烤肉制品加工中多環(huán)芳烴和雜環(huán)胺形成途徑及其防控方法研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2022，48（02）：293-301.

注：本文系廣西教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2024年度專項(xiàng)課題“高中生物學(xué)‘雙導(dǎo)三創(chuàng)'實(shí)驗(yàn)教學(xué)培育科學(xué)家精神的實(shí)踐研究”（2024ZJY997）的研究成果。

（責(zé)編 劉小璦）