基于論證探究式教學(xué)模型的高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A [文章編號(hào)] 1674-6058（2025）17-0066-05

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）中明確指出，生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)[1]。此外，課程標(biāo)準(zhǔn)還強(qiáng)調(diào)，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)重視對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)?？茖W(xué)思維，即在搜集大量事實(shí)和證據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，提出生物學(xué)相關(guān)問(wèn)題，以達(dá)到對(duì)生物學(xué)本質(zhì)的理解。

而培養(yǎng)學(xué)生的論證能力是培養(yǎng)科學(xué)思維、提高核心素養(yǎng)的重要途徑之一，應(yīng)用論證探究式教學(xué)模型能夠提高學(xué)生的質(zhì)疑批判、分析推理、科學(xué)論證、科學(xué)表述等能力，促使學(xué)生像科學(xué)家一樣進(jìn)行思考。

一、論證模型

（一）論證探究式教學(xué)模型

論證探究式教學(xué)模型也稱為“ADI模型”（Argument-Driven Inquiry，ADI），由 Sampson等人[2]于2008年提出，其內(nèi)容的核心是將科學(xué)論證過(guò)程和探究活動(dòng)相結(jié)合，包含8個(gè)階段，依次為明確研究問(wèn)題并根據(jù)問(wèn)題提出觀點(diǎn)，搜集歸納材料，設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)并獲取數(shù)據(jù)，依據(jù)觀點(diǎn)和證據(jù)進(jìn)行論證，反思，撰寫研究報(bào)告，同行評(píng)議，完善提交的研究報(bào)告等。該模型內(nèi)容較為詳盡，能夠全方面最大程度地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)思維，但較為繁雜，在一節(jié)課中難以實(shí)現(xiàn)。因此，筆者依據(jù)實(shí)際教學(xué)情況對(duì)其進(jìn)行改良，建立了新的模型（如圖1）。新模型包括設(shè)置情境，引出主題；基于事實(shí)，形成主張；質(zhì)疑反駁，修訂主張；討論交流，明確主張；產(chǎn)生新問(wèn)題，誘發(fā)新矛盾；總結(jié)成果，達(dá)成共識(shí)等環(huán)節(jié)，當(dāng)主張不合理時(shí)可重新循環(huán)，最終形成正確的主張。

圖1論證探究式教學(xué)模型

（二）基于ADI的“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”論證模型

“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”是人教版高中生物學(xué)必修1第三章第一節(jié)第二部分的內(nèi)容。在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生掌握了細(xì)胞膜的功能，探究過(guò)細(xì)胞膜的成分，并了解了細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成，同時(shí)通過(guò)探究過(guò)程掌握了科學(xué)的探究方法，這些都為本次學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

真正的科學(xué)論證過(guò)程應(yīng)該是這樣的：學(xué)生明確研究目的，并且能夠根據(jù)目的自主尋找可以佐證的材料，最終運(yùn)用材料開(kāi)展論證并得出正確的結(jié)論。本節(jié)內(nèi)容延續(xù)了第一節(jié)課的科學(xué)探究方法——結(jié)合科學(xué)史和相關(guān)資料，以科學(xué)家的思維進(jìn)行論證。對(duì)高一的學(xué)生而言，他們雖然在第一節(jié)課中對(duì)相關(guān)內(nèi)容、方法有所了解，但讓其像科學(xué)家一樣進(jìn)行論證探究還是具有一定難度的。因此，在第一節(jié)課的基礎(chǔ)上，筆者選擇引導(dǎo)式的科學(xué)探究方法，即提供相關(guān)的材料和證據(jù)，讓學(xué)生根據(jù)論證需要進(jìn)行材料選擇。

在突破“蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布\"這一教學(xué)重點(diǎn)時(shí)，教師提供事實(shí)材料，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)的分布情況進(jìn)行猜測(cè)。學(xué)生先結(jié)合資料，運(yùn)用類比推理等方法形成主張；隨后，小組上臺(tái)展示論證過(guò)程，其他小組通過(guò)后續(xù)材料和事實(shí)對(duì)主張進(jìn)行反駁和質(zhì)疑；最終得出蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上呈現(xiàn)出鑲在表面、嵌入其中、貫穿整體的結(jié)論。為修正細(xì)胞膜的靜態(tài)模型，教師提供相關(guān)資料，讓學(xué)生通過(guò)論證分析，形成正確的結(jié)構(gòu)觀。課堂結(jié)尾，為研判學(xué)生是否掌握了論證探究的方法以及是否達(dá)成了對(duì)細(xì)胞膜流動(dòng)鑲嵌模型的共識(shí)，教師設(shè)計(jì)了課堂評(píng)價(jià)量表。

基于ADI的“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”相關(guān)內(nèi)容的論證模型如圖2、3、4所示。

證據(jù)1：羅伯特森在電鏡下觀察到的 質(zhì)疑：?jiǎn)我浑婄R下的圖 證據(jù)3：細(xì)胞膜的平均厚度為細(xì)胞膜呈現(xiàn)出暗—亮—暗的結(jié)構(gòu) 像不夠客觀，不足以說(shuō) 7～10nm ，磷脂分子的平均厚證據(jù)2：電鏡下的大分子物質(zhì)一般透 明蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上 度為 2～3nm ，蛋白質(zhì)的平均光性較差，小分子物質(zhì)透光性較好 的分布情況 厚度為 10nm

主張：

1.蛋白質(zhì)均勻地分布↑ 原主張修正 主張

4.有的蛋白質(zhì)分布在

磷脂分子的內(nèi)部推理1：若細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)為“蛋白質(zhì)一磷脂一蛋白推理：由于蛋白質(zhì)為大分子物 質(zhì)”，那么細(xì)胞膜的厚度大約要有 22～23nm 但實(shí)際質(zhì)，磷脂為小分子物質(zhì)，推測(cè)蛋 其只有 7～10nm ；若蛋白質(zhì)單一地分布在磷脂分子白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布應(yīng)該是 的一側(cè)，那細(xì)胞膜的厚度應(yīng)該有 12～13nm （2“蛋白質(zhì)—磷脂一蛋白質(zhì)” 推理2：若細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)有的分布在膜的內(nèi)部，那么細(xì)胞膜的厚度大概為 10nm 推理1：胰島素不需要進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞便可以合成糖原，降低血糖含量，說(shuō)明細(xì)胞膜表面有能夠感知胰島素傳遞信號(hào)的物質(zhì)推理2：水分子通過(guò)細(xì)胞膜的速率明顯高于人工膜，證明人工膜上缺少生物膜上的天然物質(zhì)，這種物質(zhì)能加速水分子的跨膜運(yùn)輸速率，而磷脂分子的尾部是疏水的，所以這種物質(zhì)應(yīng)該形成了一種貫穿于磷脂分子的通道，避免水分子和磷脂分子接觸推理3：細(xì)胞膜內(nèi)部存在這樣一種物質(zhì)，它能夠?qū)Ｒ坏貙⒓?xì)胞外的物質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)部猜測(cè)：

圖4“細(xì)胞膜具有流動(dòng)性\"論證模型

二、教學(xué)過(guò)程

（一）情境導(dǎo)入，分析討論，引出主題

合理的情境引人與使用，可以使學(xué)生在分析理論和解決問(wèn)題時(shí)有實(shí)際依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)。教師首先呈現(xiàn)本節(jié)課的貫穿式情境：20世紀(jì)初，血型還未廣泛普及應(yīng)用于臨床輸血時(shí)，曾有醫(yī)生嘗試給一名產(chǎn)后大出血的A型血女性輸血。當(dāng)時(shí)并不知道供血者與受血者的血型，因此，在輸入B型血后不久，患者出現(xiàn)了嚴(yán)重的發(fā)熱、寒戰(zhàn)、腰痛等癥狀，隨后出現(xiàn)血紅蛋白尿，最終因急性腎衰竭而死亡。

材料展示后，教師請(qǐng)學(xué)生思考以下幾個(gè)問(wèn)題：1.材料中的女性產(chǎn)生嚴(yán)重反應(yīng)的原因是什么？2.如果注射的是A型血，會(huì)不會(huì)引發(fā)這個(gè)問(wèn)題？為什么？3.以上材料反映出生物體的細(xì)胞膜具有什么功能呢？4.如果你是一名科研工作者，需要注意哪些問(wèn)題？學(xué)生依托生活常識(shí)及學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)做出如表1的回答。緊接著，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：生物體的結(jié)構(gòu)與功能是緊密聯(lián)系的，特定的結(jié)構(gòu)往往對(duì)應(yīng)特定的功能，那細(xì)胞膜應(yīng)具備何種結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能呢？結(jié)合上節(jié)課學(xué)習(xí)過(guò)的“細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)構(gòu)成”知識(shí)，引出本節(jié)課的探究主題：蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布。

表1學(xué)生解釋與科學(xué)解釋對(duì)比

續(xù)表

由表1可知，學(xué)生的回答傾向于口語(yǔ)化表達(dá)，尚未能夠從抽象和概括的角度構(gòu)建概念。但這種表達(dá)方式卻是學(xué)生理解問(wèn)題的重要途徑，對(duì)學(xué)生構(gòu)建概念體系具有關(guān)鍵作用。因此，教師在協(xié)助學(xué)生深入理解概念本質(zhì)的同時(shí)，應(yīng)致力于將學(xué)生的口語(yǔ)化表達(dá)轉(zhuǎn)化為用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá)，以此培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和探究精神。此外，教學(xué)過(guò)程中，教師還應(yīng)恰當(dāng)融入思想政治教育元素，如引導(dǎo)學(xué)生思考作為科研工作者應(yīng)如何行動(dòng)，以增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，從而全面落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

（二）論證推理，質(zhì)疑反駁，修正主張

學(xué)生分組進(jìn)行探討，推測(cè)蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布情況，并各自陳述小組觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，教師呈現(xiàn)兩份關(guān)鍵資料：資料1展示了羅伯特森通過(guò)電子顯微鏡觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，資料2闡述了電子顯微鏡成像的基本原理。隨后，教師提出了三個(gè)引導(dǎo)性問(wèn)題：1.在電子顯微鏡下，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了哪些特征？2.這些特征的成因是什么？3.細(xì)胞膜具有怎樣的結(jié)構(gòu)？通過(guò)這些問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生綜合分析電鏡圖像中細(xì)胞膜呈現(xiàn)的“暗一亮一暗”三層結(jié)構(gòu)，并結(jié)合電子顯微鏡成像原理，最終形成一個(gè)初步的主張：蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中均勻分布，細(xì)胞膜可能具有“蛋白質(zhì)一脂質(zhì)一蛋白質(zhì)”三層結(jié)構(gòu)。

科學(xué)探究是永無(wú)止境的，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度是科研工作者的必備精神。有學(xué)生提出了質(zhì)疑：僅憑電子顯微鏡下的物像無(wú)法全面客觀地證實(shí)細(xì)胞膜的具體結(jié)構(gòu)。面對(duì)這一質(zhì)疑，教師提供關(guān)于細(xì)胞膜及其各組成部分厚度的詳細(xì)數(shù)據(jù)。各小組通過(guò)邏輯推理，發(fā)現(xiàn)原先的主張存在缺陷，并依據(jù)新數(shù)據(jù)提出了蛋白質(zhì)分布于細(xì)胞膜內(nèi)部的主張。隨后，各小組代表上臺(tái)展示他們的論證過(guò)程，其他小組成員則對(duì)論證過(guò)程進(jìn)行補(bǔ)充和完善，共同完成對(duì)蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布的初步論證。整個(gè)論證過(guò)程詳見(jiàn)圖2。

蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布僅限于磷脂分子的內(nèi)部嗎？為了深人探討這一問(wèn)題，教師提供四份關(guān)鍵資料：薩瑟蘭關(guān)于胰島素作用機(jī)制的實(shí)驗(yàn)、水分子跨膜運(yùn)輸速度對(duì)比實(shí)驗(yàn)、人工脂質(zhì)體中載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)功能實(shí)驗(yàn)，以及利用同位素標(biāo)記法研究載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)功能實(shí)驗(yàn)。學(xué)生利用這些資料，對(duì)蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布進(jìn)行推理分析。不過(guò)，這些推理主要基于細(xì)胞膜的功能，而非直接觀察，因此主張尚缺乏客觀證據(jù)。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生深人思考以下問(wèn)題：1.細(xì)胞膜的基本骨架是什么？2.構(gòu)成細(xì)胞膜基本骨架的單元具有哪些特性？3.若蛋白質(zhì)分布其中，應(yīng)具備哪些特性？學(xué)生根據(jù)細(xì)胞膜的基本骨架一一磷脂雙分子層的特點(diǎn)，即頭部的磷酸基團(tuán)具有親水性，尾部的脂肪酸鏈具有疏水性，推斷蛋白質(zhì)若分布于磷脂雙分子層中，也應(yīng)同時(shí)具有疏水區(qū)和親水區(qū)，以確保與磷脂分子的相容性，避免相互排斥。學(xué)生根據(jù)這一推理繪制蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上的分布圖。隨后，教師展示細(xì)胞膜蛋白親水區(qū)和疏水區(qū)的圖像（如圖5），以及蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中的分布圖（如圖6），并介紹科學(xué)家用于觀察蛋白質(zhì)分布的方法一一冰凍蝕刻法切割細(xì)胞膜。最終，學(xué)生根據(jù)這些材料對(duì)原有主張進(jìn)行修正，并提出新的主張：細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)有的鑲嵌于磷脂雙分子層表面，有的嵌人其中，有的則貫穿整個(gè)磷脂雙分子層。整個(gè)論證過(guò)程詳見(jiàn)圖3。

圖5細(xì)胞膜蛋白的親水區(qū)和疏水區(qū)

圖6蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜中的分布

圖7“糖類在細(xì)胞膜上的分布\"論證模型

探討細(xì)胞膜是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)還是靜態(tài)結(jié)構(gòu)時(shí)，教師采用細(xì)胞融合模擬活動(dòng)來(lái)進(jìn)行引導(dǎo)。具體方法是：讓5名學(xué)生手牽手圍成一圈，模擬一個(gè)細(xì)胞，另5名學(xué)生模擬另一個(gè)細(xì)胞；將這兩個(gè)“細(xì)胞”合并，形成一個(gè)10人組成的大“細(xì)胞”?；顒?dòng)結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考：1.每位同學(xué)在模擬活動(dòng)中代表的是什么？2.這兩個(gè)小組是如何實(shí)現(xiàn)融合的？3.從這個(gè)活動(dòng)中可以得出什么結(jié)論？學(xué)生意識(shí)到，原有的5名學(xué)生需要改變位置才能讓另外5名學(xué)生加入。這一活動(dòng)啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜的磷脂分子并非固定不動(dòng)的，而是動(dòng)態(tài)變化的。教師進(jìn)一步要求學(xué)生舉例說(shuō)明哪些生物學(xué)現(xiàn)象表明細(xì)胞膜是流動(dòng)的。為了增強(qiáng)這一結(jié)論的科學(xué)性，教師引人阿克塞爾羅德等人的熒光漂白恢復(fù)技術(shù)以及弗雷和埃迪登等科學(xué)家進(jìn)行的人、鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)的史料，從科學(xué)的角度證實(shí)細(xì)胞膜的流動(dòng)性。整個(gè)論證過(guò)程詳見(jiàn)圖4。

（三）綜合分析，深度學(xué)習(xí)，補(bǔ)充主張

在學(xué)生提出疑問(wèn)和反駁意見(jiàn)并形成新的主張之后，教師進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生整合之前提出的各種主張，以構(gòu)建一個(gè)更加全面和具體的關(guān)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的理論框架。在此基礎(chǔ)上，教師展示了細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型，對(duì)學(xué)生提出的主張進(jìn)行了細(xì)致的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。隨后，教師鼓勵(lì)學(xué)生深人思考如何證實(shí)細(xì)胞膜成分中確實(shí)存在糖類，以及如何揭示糖類的具體分布情況。學(xué)生運(yùn)用論證模型來(lái)解答這一問(wèn)題，相關(guān)論證過(guò)程如圖7所示。

（四）總結(jié)歸納，完善課堂評(píng)價(jià)體系

教學(xué)結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并鼓勵(lì)他們將課前教師提供的真實(shí)情境與所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，重新進(jìn)行解釋，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化。在學(xué)生論證的過(guò)程中，教師需及時(shí)對(duì)學(xué)生的論證過(guò)程和提出的主張進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保其科學(xué)性和可行性。這一評(píng)價(jià)過(guò)程通常采用表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，因?yàn)樗腔诮鉀Q具體問(wèn)題和處理實(shí)際任務(wù)的量化評(píng)價(jià)方式3。針對(duì)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，教師制定了相應(yīng)的教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容如表2所示。

表2“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”課堂評(píng)價(jià)量表

三、總結(jié)反思

學(xué)生基于論證主題的論證過(guò)程，實(shí)際上就是對(duì)生物學(xué)概念的深度學(xué)習(xí)和建構(gòu)過(guò)程。本節(jié)課將論證探究式教學(xué)模型應(yīng)用到高中生物學(xué)教學(xué)中，以真實(shí)情境作為切入點(diǎn)，基于“對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索\"這一教學(xué)主題，延伸出\"細(xì)胞膜為‘蛋白質(zhì)一脂質(zhì)一蛋白質(zhì)’的結(jié)構(gòu)\"和“細(xì)胞膜具有流動(dòng)性”兩個(gè)子主題。學(xué)生通過(guò)分析、比較、綜合，形成初步主張，后續(xù)又通過(guò)質(zhì)疑反駁、搜集證據(jù)修正主張，最終得到結(jié)論。學(xué)生在形成初步主張時(shí)會(huì)有很多千奇百怪的想法，有些甚至缺乏科學(xué)性。因此，教師在面對(duì)這些想法的時(shí)候一定要嚴(yán)肅、認(rèn)真地對(duì)待，通過(guò)小組評(píng)議和引導(dǎo)讓學(xué)生明確該想法的不足，這樣才能夠保護(hù)學(xué)生的好奇心、自尊心和求知欲，鼓勵(lì)他們勇敢地面對(duì)科學(xué)探究的過(guò)程。此外，在情境選擇和探究過(guò)程中，教師應(yīng)巧妙地融入思想政治教育元素。例如，引導(dǎo)學(xué)生思考：作為科研工作者，面對(duì)輸血錯(cuò)誤事件應(yīng)采取何種行動(dòng)？科學(xué)家為追求科研真相付出了努力，我們應(yīng)如何效仿？通過(guò)這些元素來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生社會(huì)責(zé)任和科學(xué)精神的培養(yǎng)。最后，讓學(xué)生將本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題解決中，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的學(xué)有所用。

盡管論證探究式教學(xué)模型能夠有效提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，但并非所有的教學(xué)內(nèi)容都適宜采用這種探究式的教學(xué)方法。一般來(lái)說(shuō)，適合運(yùn)用論證探究式教學(xué)模型的內(nèi)容需滿足以下特征：1.應(yīng)具備一定的挑戰(zhàn)性及內(nèi)在邏輯性，以便進(jìn)行有效的推理和論證；2.應(yīng)基于扎實(shí)的科學(xué)背景，包含確鑿的事實(shí)材料或科學(xué)數(shù)據(jù)，可為論證提供堅(jiān)實(shí)的證據(jù)基礎(chǔ)；3.應(yīng)與學(xué)生的認(rèn)知相契合，并與生活實(shí)際相聯(lián)系，便于構(gòu)建貼近實(shí)際的教學(xué)情境。

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（責(zé)任編輯 羅艷）