素養導向的生物學論證式概念教學實踐

趙輝　龍秋月

摘要 論述論證式教學的理念，以赤霉素的作用及其應用為例，展示指向生物學科核心素養的論證式教學在概念教學中的應用，彰顯論證式概念教學的育人價值。研究表明：論證式概念教學有利于學生自主建構科學概念：真實的問題情境是學生論證探究的不竭動力;將論證整合到探尋、應用科學規律的全過程是生物學科核心素養培育的重要途徑。

關鍵詞 論證式教學 概念教學 核心素養 赤霉素

中圖分類號G633. 91 文獻標志碼B

1 論證式概念教學

論證式教學又稱論證探究式教學（ argument-driv-en inquiry，ADI），強調科學論證在學生探究過程中的重要性，旨在促進學生理解科學知識和科學事業，培養其科學思維，提高科學素養。論證式教學以社會建構主義學習理論、論證理論和學習監控理論為基礎，使學生經歷類似科學家的論證過程來理解科學概念、科學本質，有利于促進思維及合作交流能力的發展。素養導向的論證式概念教學是指以真實情境下的問題或社會需求為引領，通過搜集、建立、分析基于資料或實驗的論據，建構并在辯駁中不斷完善猜想、主張，形成生物學概念，最終用于指導解決問題的教學（圖1）。

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）在教學建議中強調組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵，并通過大概念的學習，幫助學生形成生命觀念。因此，教師在設計、組織各單元教學活動時，要圍繞大概念和重要概念展開，依據重要概念，精選恰當且有利于促進學生自主建構、理解和應用生物學概念的教學活動內容與方式。

2“赤霉素”論證式概念教學案例

2.1梳理生物學概念

《課程標準》中有關赤霉素的概念包括一個核心概念及其下的重要概念，重要概念涵蓋兩個次位概念：

概念1生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態（核心概念）

1.6植物生命活動受到多種因素的調節，其中最重要的是植物激素的調節（重要概念）

1.6.2舉例說明幾種主要植物激素的作用，這些激素可通過協同、拮抗等方式共同實現對植物生命活動的調節（次位概念）

1.6.3 舉例說明生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯等植物激素及其類似物在生產上得到了廣泛應用（次位概念）

為方便本節論證式概念教學的開展，將各級概念整合后，確定本節課的要建構的概念為“赤霉素是植物體合成的具有促進植株伸長作用的激素，與生長素相互協同，在生產中應用廣泛”。

2.2 教學目標

（1）通過對正常植株與赤霉素合成缺陷型植株生長狀況的觀察、比較，體會植物激素對于維持正常生命活動的重要性，建構穩態與平衡觀、系統觀。

（2）能用假說一演繹法對赤霉素的作用進行因果論證，并基于實驗證據推測、驗證赤霉素是植物體產生的具有促進植株伸長的激素。

（3）能根據赤霉素相關的實驗現象提出問題，進行較合理的假設和猜想，并提出實驗方案，分析實驗結果、表達交流，驗證并完善理論。

（4）關注植物激素（赤霉素等）相關的社會熱點議題，合理應用植物激素的作用機理解決生產、生活中的問題。

2.3 分析教材、學情、重難點

“赤霉素的作用及其應用”是人教版高中生物學《必修3.穩態與環境》第三章第三節“其他植物激素”中內容。教材主要從赤霉素的發現史、生理作用及其在生產中的應用三個角度進行論述，篇幅雖短，但其中蘊含的科學思維和方法十分重要，為開展論證式教學提供了良好的素材。

學生在學習本節內容之前已經認識了植物激素的概念及生長素的探究歷程、作用和應用，對于激素對生命活動的調節有初步認識，了解植物激素的研究方法，具備運用科學思維設計實驗驗證激素功能的能力，但對其他激素的作用、激素之間的相互作用及植物激素及其類似物在生產中的應用了解較少。

因此，本節課教學重點為驗證赤霉素是玉米植株產生的具有促進植株伸長作用的激素;難點為赤霉素與生長素之間的協同關系及其在生產中的應用。

2.4 論證式概念教學過程

2.4.1 創設真實情境，關注社會需求

教師創設“我國面臨紙張生產原料嚴重短缺的境遇，而蘆葦可以用于造紙但產量較低”的真實情境，使學生關注造紙原料短缺的社會議題，引發學生思考短期內使蘆葦增產的措施。

2.4.2 搜集相關資料，加強問題表征

教師呈現赤霉素發現的科學史，并提出問題：從培養基中提取出赤霉素后能肯定赤霉素是植物激素嗎？為什么？學生通過研究赤霉素的發現史，思考問題。

設計意圖：教師引導學生了解赤霉素，發現史，體驗科學史中的科學思維和方法，通過研究赤霉素發現的科學史，探尋采用赤霉素促進蘆葦短期內增產的可能性，進一步聚焦要解決的問題。

2.4.3 提出合理猜想，獲取實驗證據

學生根據科學史內容，提出猜想：正常植物體內能產生赤霉素，并起到促進植株伸長的作用。教師介紹廣義植物激素的概念，為解釋實驗現象作鋪墊，并提問：如何證明赤霉素是植物體內能夠促進植株伸長的激素？學分組生討論，必要時教師提供一定的引導。學生在了解內源、外源植物激素概念的基礎上，思考、討論問題，以玉米為實驗材料提出研究方案，設計實驗證明赤霉素是植物體內能夠促進植株伸長的激素。

接著，教師對學生的方案進行簡單評價，展示正常的未施用赤霉素的玉米植株與正常的施用赤霉素的玉米植株長勢對比圖。

學生通過對比兩組實驗結果，描述實驗現象，分析實驗結果，初步檢驗猜想。然后教師呈現矮化突變體（某基因缺陷）玉米植株及添加赤霉素后的矮化突變體植株長勢圖，引導學生分析實驗現象，給出解釋。但是，學生仍然會提出疑問：為什么外源赤霉素對正常的玉米植株沒有顯示出明顯的促進作用？

設計意圖：教師創設新情境，引發學生產生認知沖突，激發學生進一步論證探究的興趣。

2.4.4 深入辯論，完善假設并揭示本質

教師引導學生積極討論，給出多樣化的解釋，并及時點評，必要時給予提示。

學生基于實驗現象，大膽推測，生生互動，合作共建：

生1：正常玉米內源赤霉素含量正常，足以維持植株伸長需求，加入的外源赤霉素作用不明顯。

生2：既然正常玉米內源赤霉素適量，為什么外源赤霉素的加入未產生抑制效應？

生3：可能是由于赤霉素與生長素作用特點不同，不具有兩重性。

教師總結：不同激素的作用特點不同是植物激素多樣性的表現之一。赤霉素的作用特點與生長素不同，不具有兩重性。

學生同化新的認知，順應舊的認知;基于舊的認知，作出新的合理假設。學生繼續提出疑問：突變體為什么矮化？與赤霉素有何關系？回顧植物激素的概念及作用環節，并作出假設：

生4：突變體的基因影響了赤霉素的合成（合成缺陷）。

生5：突變體赤霉素的運輸存在障礙（運輸缺陷）。

生6：突變體內源赤霉素無法與靶細胞的受體結合（感應或效應缺陷）。

教師及時點評：同學們講的都有可能，但到底是哪一種情況呢？再觀察一下矮化玉米實驗組。

學生大膽猜想，通過相互討論，否定明顯錯誤的假設，逐步縮小論證探究范圍：

生7：不可能是感應或效應缺陷，因為矮化突變體玉米植株在赤霉素作用下明顯增高，排除第三種可能。

生8：可以直接檢測一下正常玉米植株和矮化玉米植株體內的赤霉素含量，如果矮化植株體內赤霉素含量明顯偏低，則排除是運輸缺陷造成的。

2.4.5 分析實驗結果，建構主張

教師對學生的辯論做出即時反饋，然后呈現正常與矮化玉米植株體內赤霉素含量（內源性赤霉素）的對照圖（圖2），引導學生總結赤霉素的作用：缺少赤霉素的植株出現矮化，添加赤霉素后植株恢復正常。

學生閱讀圖表信息，推斷玉米植株的矮化是赤霉素合成相關基因缺陷造成的，從而得出結論：赤霉素是玉米植株產生的能夠促進植株伸長的激素。

設計意圖：學生結合實驗結果，尋找支持猜想的證據，驗證假設。

2.4.6 基于新的發現，修正或完善理論

教師呈現研究材料：圖3展示了赤霉素促進植物莖稈伸長的作用機理。遺傳學研究表明，赤霉素對矮生玉米的作用效果明顯，而對正常株高玉米的作用效果不明顯。請根據材料信息及學過的知識進行科學推理，完成相應的任務（方框內填激素名稱，箭頭旁標注+/一）。

設計意圖：基于系統論的角度，教師引導學生理解植物激素之間的相互作用，通過科學推理自主建構生長素與赤霉素的之間協同作用的概念。

2.4.7 回歸社會需求，提出實踐方案

教師出示抗倒伏與不抗倒伏（矮化）玉米的實物圖，介紹矮化突變體在農業生產中應用，并提出問題：你還知道植物激素（赤霉素）在生產實踐中應用的其他例子嗎？引導學生回歸一開始的問題，提出自己的解決方案。

學生意識到突變體不止是研究激素功能的重要工具，還在農業生產上有廣泛應用;通過聯系生活，舉出植物激素應用的其他案例，并就促進蘆葦增產提出合理方案。

設計意圖：教師引導學生關注植物激素在生產中的應用;培養學生正確理解和應用植物激素，為人類造福的理念。

3 教學反思

3.1 論證式概念教學有利于學生自主建構科學概念

科學概念是在前概念的基礎上，通過自主建構獲得的，期間經歷認知沖突，舍棄或重組原有概念，接受新的概念。通過論證式概念教學的開展，學生基于資料或實驗現象進行大膽猜想，在應用概念、發現新論據的過程中不斷質疑、辯駁、修正主張，在相互交流中完成了意義建構，理解了生物學學科本質，建立起較完善、科學的概念，同時促進了科學思維的發展。

3.2 真實的問題情境是學生論證探究的不竭動力

課堂始于問題，終于問題的解決。教師通過創設有利于概念自主建構和應用的真實情境，引發學生提出一系列有價值的問題，借助問題激發學生持續探究的興趣，并以問題引導學生的思維，聯系已有知識經驗進行分析論證，最終在教師的引導下逐步尋找解決問題的思路、途徑，提出問題解決的方案。

3.3 將論證整合到探尋、應用科學規律的全過程

論證是科學的核心，是解決科學沖突的主要途徑。將論證整合到探尋、應用科學規律的全過程有利于學生科學思維和嚴謹的科學態度的培養，有利于科學方法和概念的遷移、應用，這正是新課標提出的“教學過程重實踐”基本理念的體現，也是發揮生物學獨特育人價值的重要方面.更是學生生物學科核心素養的集中反映。論證不是簡單地為探究下結論，而應當貫穿于學生提出問題、設計實驗、分析資料及建立和辯駁主張的整個探究過程中。