基于培養(yǎng)高階思維的“社會(huì)行為”論證式教學(xué)——用“T”型管改進(jìn)“螞蟻通訊”實(shí)驗(yàn)為例

郭 威

（廣州市東風(fēng)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 廣東廣州 510030）

傳統(tǒng)教學(xué)重視符號(hào)表征的學(xué)習(xí)，而這是淺層學(xué)習(xí)，無(wú)法促進(jìn)學(xué)生批判性和創(chuàng)新性等高階思維的發(fā)展。而論證式教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力，它將科學(xué)領(lǐng)域論證工作的方式引人課堂，使學(xué)生經(jīng)歷類(lèi)似科學(xué)家的論證過(guò)程，以促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)的本質(zhì)，并發(fā)展學(xué)生思維的教學(xué)模式。

下面以人教版八年級(jí)上冊(cè)“社會(huì)行為”為例說(shuō)明如何開(kāi)展論證式教學(xué)來(lái)提升學(xué)生的高階思維能力

1 教材分析和設(shè)計(jì)思路

“社會(huì)行為”是人教版八年級(jí)上冊(cè)第五單元“生物圈中的其他生物”第二章“動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)和行為”第三節(jié)的內(nèi)容。通過(guò)第二節(jié)“先天性行為和學(xué)習(xí)行為”的學(xué)習(xí)，學(xué)生觀(guān)察到饑餓處理的螞蟻在“T型管”出逃的時(shí)間變化，知道動(dòng)物具有學(xué)習(xí)行為。但是，學(xué)生對(duì)這種行為的內(nèi)因，不能自主做出科學(xué)的解釋。教師可以引入“螞蟻通訊”的探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考。

針對(duì)“社會(huì)行為”，以往教學(xué)一般先采用“直觀(guān)教學(xué)”方式，通過(guò)視頻或者圖片介紹白蟻和狒狒的群體生活，引導(dǎo)出社會(huì)行為的特征及信息交流，然后再通過(guò)“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)”去探究動(dòng)物的通訊行為，即可培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察、分析、討論和概括等能力。但不論是“直觀(guān)教學(xué)”還是“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)”都是讓學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，不能驅(qū)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)探索的動(dòng)力。這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，更不利于科學(xué)思維特別是創(chuàng)新性和批判性思維等高階思維的培養(yǎng)。

因此，筆者嘗試采用發(fā)展高階思維發(fā)展的論證式教學(xué)。雖然，初二學(xué)生認(rèn)知體系尚在構(gòu)建之中，但已具備設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的能力，也有小組合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣。通過(guò)第二節(jié)“學(xué)習(xí)行為”探究饑餓處理的螞蟻在“T型管”出逃的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋?zhuān)?duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)螞蟻在T型管的連接處和出口處徘徊的現(xiàn)象感到好奇，這都為論證式教學(xué)的有效實(shí)施提供基礎(chǔ)。本節(jié)通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提出問(wèn)題；學(xué)生嘗試解釋此情境的內(nèi)因，經(jīng)過(guò)分析問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)、收集資料，提出支持、質(zhì)疑和辯駁的“主張”，最后完善主張得出“結(jié)論”，從而激發(fā)學(xué)生深層次思考，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提出問(wèn)題

教師展示螞蟻共同搬食物的視頻，針對(duì)一群螞蟻尋找食物并將食物運(yùn)回蟻巢的真實(shí)情境，提出科學(xué)論證問(wèn)題：當(dāng)有螞蟻發(fā)現(xiàn)食物后，它是怎么傳遞信息給它的伙伴的？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用視頻激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提出針對(duì)性的問(wèn)題，喚醒學(xué)生的前科學(xué)概念，引起學(xué)生思考，為后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)作鋪墊。

2.2 相互討論，引出猜想

依據(jù)提出的問(wèn)題，學(xué)生展開(kāi)熱烈的討論。有的小組觀(guān)察螞蟻搬運(yùn)食物的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)螞蟻會(huì)用觸角接觸，于是提出主張：螞蟻通訊是依靠觸角。有的小組發(fā)現(xiàn)后面的螞蟻會(huì)沿著前面螞蟻的路線(xiàn)爬行，于是提出主張：螞蟻通訊是依靠氣味。

設(shè)計(jì)意圖：在小組討論過(guò)程中，知識(shí)相互碰撞，暴露出學(xué)生的前科學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生觀(guān)察、推理和判斷能力，培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和實(shí)證精神，從而為論證探究螞蟻的通訊方式打好基礎(chǔ)。

2.3 學(xué)生基于證據(jù)，捍衛(wèi)主張

2.3.1 利用探究實(shí)驗(yàn)論證螞蟻通訊依靠氣味

（1）論證螞蟻標(biāo)記氣味。

生生互動(dòng)，尋找證據(jù)：回憶上節(jié)課螞蟻在“T型管”出逃的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)螞蟻在T型管的連接處和出口處徘徊，認(rèn)為螞蟻是在標(biāo)記氣味。于是，小組捍衛(wèi)主張：螞蟻通訊依靠氣味。

學(xué)生質(zhì)疑：這個(gè)現(xiàn)象只能說(shuō)明螞蟻在這些地方來(lái)來(lái)回回，但不能證明它們就是在標(biāo)記氣味。

教師引導(dǎo)：該如何證明你們的想法呢？同時(shí)，提示可以利用上節(jié)課探究螞蟻學(xué)習(xí)行為的裝置。

學(xué)生小組討論后，互評(píng)各組實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。師生共同討論后，最終確立設(shè)計(jì)如下的方案：記錄螞蟻在T型管（螞蟻從中間進(jìn)入，T型管的一端封口，一端開(kāi)口）2次出逃所需的時(shí)間后，再記錄T型管的出口端換成新管后的出逃時(shí)間。如果時(shí)間變長(zhǎng)，說(shuō)明螞蟻標(biāo)記氣味（圖1）。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置示意圖

在實(shí)驗(yàn)操作中，教師提前設(shè)計(jì)Excel，鼓勵(lì)學(xué)生直接上講臺(tái)輸入螞蟻出逃所需的時(shí)間，即可形成曲線(xiàn)圖。學(xué)生分析曲線(xiàn)圖，得出第三次螞蟻出逃所需的時(shí)間明顯增長(zhǎng)（圖2），從而得出論證主張：螞蟻標(biāo)記氣味。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

設(shè)計(jì)意圖：基于多學(xué)科的交融理念建立的數(shù)學(xué)建模，師生共同討論饑餓螞蟻第三次出逃時(shí)間變長(zhǎng)的原因，最終提出螞蟻在T型管標(biāo)記氣味的科學(xué)主張。

（2）論證螞蟻通訊依靠氣味。

學(xué)生質(zhì)疑：通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)，只能證明螞蟻通過(guò)氣味標(biāo)記路線(xiàn)，但并不能說(shuō)明螞蟻通訊是依靠氣味。

教師引導(dǎo)：那如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證螞蟻的通訊依靠氣味？如何設(shè)計(jì)對(duì)照？

以“探究螞蟻的通訊依靠氣味”為研究主題，教師引導(dǎo)各學(xué)習(xí)小組開(kāi)展討論，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)方案，并用同屏技術(shù)投影學(xué)生的方案。各小組紛紛談?wù)撟约旱南敕ǎn堂研討氛圍熱烈。最終，學(xué)生一致認(rèn)可兩種實(shí)驗(yàn)方案：

方案一：記錄同只饑餓螞蟻在T型管出逃的兩次時(shí)間后，記錄同蟻穴的其他饑餓螞蟻出逃的時(shí)間，此實(shí)驗(yàn)重復(fù)5遍（表1）。

表1 螞蟻出逃的次數(shù)與時(shí)間的關(guān)系

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論：第二只螞蟻出逃的時(shí)間遠(yuǎn)小于第一只螞蟻第一次出逃的時(shí)間，而與第二次出逃的時(shí)間接近。最終，學(xué)生認(rèn)可主張：螞蟻的通訊依靠氣味。

方法二：將15只同蟻穴弓背螞蟻共同進(jìn)入T型管，并將兩端封閉T型管的一端放入糖。15 min后，發(fā)現(xiàn)有糖一端的螞蟻數(shù)量有11只。此時(shí)，將T型管的兩端直通管互換，而糖的位置保持不變，15 min后發(fā)現(xiàn)有糖一端的直通管螞蟻數(shù)量從11只變?yōu)?只，而無(wú)糖一端的螞蟻數(shù)量為11只（圖3）。

圖3 實(shí)驗(yàn)示意圖

教師指導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)（圖4）。通過(guò)模型發(fā)現(xiàn)互換直通管后，有糖一端的螞蟻數(shù)量顯著下降，學(xué)生認(rèn)可主張：螞蟻的通訊是依靠氣味。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)真實(shí)情景引入，引導(dǎo)學(xué)生深入分析討論與推理判斷，提示學(xué)生利用上節(jié)課的“T型管”，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和推理能力。學(xué)生利用同屏技術(shù)，討論各小組實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，培養(yǎng)語(yǔ)言表達(dá)能力和質(zhì)疑精神，從而發(fā)展批判性思維；通過(guò)組內(nèi)討論和組間互評(píng)，改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維；小組討論并實(shí)施不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)發(fā)散性思維。

2.3.2 利用資料論證螞蟻通訊是依靠觸角接觸

為了啟發(fā)學(xué)生思考，教師給出參考資料：①螞蟻用觸角和前足探摸其他工蟻的身體，探摸后會(huì)沿著信息素排隊(duì)行進(jìn)去食物所在地或新巢址。②赫爾多布勒在試驗(yàn)中用頭發(fā)尖觸碰不同屬工蟻身體的某些部位，結(jié)果讓工蟻把食物反吐出來(lái)。③螞蟻的觸角感受器是感知外界信息的重要渠道，這些信息包括揮發(fā)性氣味物質(zhì)、信息素、二氧化碳、聲音等。

教師提問(wèn)：螞蟻觸角上有什么結(jié)構(gòu)？螞蟻觸角接觸的目的是什么？學(xué)生通過(guò)討論，認(rèn)為觸角上有感受器，可以接受各種氣味，從而論證螞蟻通訊依靠觸角接觸。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生基于資料分析和判斷，帶領(lǐng)學(xué)生尋找支持最初主張的證據(jù)，培養(yǎng)其推理能力。

2.4 提出質(zhì)疑，修正原有的主張

教師質(zhì)疑：剛分析的資料③中，螞蟻的觸角接受信息還包括聲音，這說(shuō)明什么？

學(xué)生討論，提出猜想：螞蟻的通訊可以通過(guò)聽(tīng)覺(jué)。

教師提供以下材料，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題：

①當(dāng)工蟻受到驚擾時(shí)，工蟻利用腹部劇烈地?cái)[動(dòng)以撞擊身邊的物體發(fā)出聲音。聲音能穿透巢壁并傳播遠(yuǎn)處，接到報(bào)警信號(hào)的工蟻會(huì)奔向震源所在地并攻擊附近任何移動(dòng)的物體。②年輕蟻后在交配期間常利用摩擦發(fā)聲作為結(jié)束交配的信號(hào)，以便開(kāi)始新蟻巢的奠基工作。

教師提出問(wèn)題：工蟻接受的是什么信息？年輕的蟻后發(fā)出聲音的目的是什么？這里螞蟻的通訊信息是什么？教師通過(guò)問(wèn)題串的引導(dǎo)學(xué)生思考，學(xué)生通過(guò)討論，得出主張：螞蟻的通訊通過(guò)聽(tīng)覺(jué)。學(xué)生質(zhì)疑：螞蟻的通訊可以通過(guò)聽(tīng)覺(jué)，那螞蟻的通訊可以通過(guò)視覺(jué)嗎？畢竟螞蟻有那么大的復(fù)眼。

此時(shí)，教師給出資料：①美洲黑蟻的工蟻遠(yuǎn)在幾米以外就能看到有人過(guò)來(lái)，并迅速逃走。②具有大眼的螞蟻發(fā)現(xiàn)獵物一旦移動(dòng)，它就會(huì)馬上捕食。學(xué)生論證：螞蟻的通訊需要視覺(jué)。學(xué)生通過(guò)分析，得出主張，螞蟻有視覺(jué)通訊。當(dāng)學(xué)生思考與科學(xué)家一致時(shí)，極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化和順應(yīng)。

教師追問(wèn)：那螞蟻的通訊有哪些方式？學(xué)生修改和完善原有的主張，得出結(jié)論：螞蟻的通訊方式較多，其中包括觸角接觸和氣味通訊。

設(shè)計(jì)意圖：教師帶領(lǐng)學(xué)生閱讀資料，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑和支持“主張”。教師通過(guò)整個(gè)論證過(guò)程，滲透科學(xué)研究是不斷繼承、不斷質(zhì)疑、不斷豐富、不斷完善的過(guò)程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，從而提高辯證思維品質(zhì)。

3 教學(xué)反思

①本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是“T型管”探究螞蟻學(xué)習(xí)行為實(shí)驗(yàn)的延伸。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)螞蟻學(xué)習(xí)行為過(guò)程中出現(xiàn)的徘徊現(xiàn)象進(jìn)行猜測(cè)、支持、質(zhì)疑、辯駁，完善主張最后得出“結(jié)論”。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生都是主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)體系，因此不僅僅學(xué)到課本符號(hào)的知識(shí)和技能，而且學(xué)到批判性和創(chuàng)新性等高階思維的方式，這讓學(xué)生有能力去迎接課堂之外的生活挑戰(zhàn)。

②探究動(dòng)物的學(xué)習(xí)行為的實(shí)驗(yàn)裝置是“T型管”，螞蟻的通訊實(shí)驗(yàn)裝置也采用了“T型管”，有利于幫助學(xué)生鏈接新舊知識(shí)，促進(jìn)知識(shí)體系的構(gòu)成。

③采用“T型管”來(lái)探究螞蟻的通訊，有效避免課本實(shí)驗(yàn)的“水環(huán)境”，從而提高實(shí)驗(yàn)的成功率，提升學(xué)生的成就感。并且該實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

④論證式教學(xué)課堂中學(xué)生是主動(dòng)構(gòu)成知識(shí)體系，教師在課堂中的地位有所降低。但是，論證式教學(xué)對(duì)教師的要求更高，它不僅僅需要教師精心準(zhǔn)備問(wèn)題串，而且還需要在課堂中善于追問(wèn)，注意課堂的生成性。高中教材中有很多有關(guān)科學(xué)史的內(nèi)容，有利于學(xué)生模擬科學(xué)家開(kāi)展論證學(xué)習(xí)；但是，初中教材中鮮出現(xiàn)科學(xué)史。因此，教師除了需要充分挖掘課本內(nèi)容，還需多搜集課外材料。