基于CER二次論證模型的高中生物實驗教學

張偉健

1 ??論證式教學

論證式教學是將科學中的論證引入到生物教學過程中，引導學生經歷類似科學探究的論證過程，有助于學生理解生物學概念和生物學本質，促進學生科學思維和科學探究素養提升。生物學作為一門實驗科學，許多廣為師生接受的事實及結論均由實驗探究獲得，師生對于部分知識內容也慣于采用實驗設計和探究展開探討，達成共識。論證式教學要求學生針對提出的問題展示證據、闡述觀點，對于他人提出的主張進行辯駁，也要善于利用證據捍衛自己提出的主張，是一種理性的、積極交流的課堂學習方式。

2 ??CER論證模型

CER 論證模型是由麥克尼爾于2006年提出，該模型（圖1）包含3 個部分。①證據（Evidence）：支持主張，通常是由數據構成，包括實驗探究的結果和對自然界的觀察等。②推理（Reasoning）：用恰當的科學原理解釋獲得的證據是如何支持主張的。③主張（Claim）：在論證中嘗試證明和維護的觀點。教師在高中生物的實驗教學中培養學生的發散思維和質疑精神尤為重要。對于同一個主張，不同的學生可能會提出不同的質疑或新的主張。因此，教學過程將會涉及到基于CER論證模型的二次論證過程（圖2）。

3 ?“光合色素的提取與分離”創新實驗的論證式教學

3.1 提出問題，論證主張

“光合色素的提取與分離”是浙科版高中生物學必修1模塊中十分重要的實驗，是學生了解植物光合作用過程的重要橋梁。“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論的能力。在日常教學過程中，時常有學生提出疑問與不解：“CaCO3的作用是什么？”基于學生原有的認知，學生提出了自己的主張（圖3）。

教師針對學生提出的主張，引導學生提出更為具體的影響因素。經過討論交流后，學生具體化主張：①?葉綠素易在酸性條件下分解;②?葉綠素易在堿性條件下分解;③葉綠素易在高溫條件下分解;④葉綠素易在低溫條件下分解。

基于這四點主張，教師引導學生利用生活中的實際現象或例子進行捍衛或質疑。經過激烈討論，學生提出了針對于主張③與主張④的質疑：綠色蔬菜在高溫烹煮過程中，并未發現綠色褪去;綠色蔬菜置于冰箱中低溫保存后，也并未發現綠色褪去。但對于酸性和堿性條件對葉綠素的影響，學生難以找到生活中的實際例子予以捍衛或質疑。因此，教師采取了引導學生對書本“光合色素的提取與分離”實驗進行創新和拓展的方式。學生經過交流與討論，初步確定了實驗分組思路（表1）。

3.2 實驗探究，獲取證據

3.2.1 實驗材料

新鮮菠菜、體積分數為95%的乙醇溶液、CaCO3、 SiO2、層析液（石油醚）、質量分數為10%的 HCl 溶液、質量分數為10%的 NaOH 溶液、試管、試管架、50 mL 燒杯、恒溫水浴鍋、培養皿、藥匙、研缽、玻璃漏斗、毛細吸管、量筒、尼龍布、剪刀、比色杯、干燥的定性濾紙、可變色LED燈帶、黑色卡紙。

3.2.2 實驗裝置

3.2.2.1 簡易黑箱

利用黑色卡紙進行剪貼制作成簡易黑箱，在黑箱兩側開3個長方形的孔，一側孔用于放置可變色LED 燈帶，另一側的孔前放置盛有色素提取液的比色杯，在黑暗條件下觀察不同顏色光被吸收的情況。

3.2.2.2 改良層析裝置

傳統的層析裝置往往是將濾紙條插在盛有層析液的小燒杯中，再蓋上培養皿蓋，但是這樣操作時會導致濾紙條下端翹起。改良后，在濾紙片上劃出幾道縫隙，將濾紙條插入到縫隙中以解決翹起的問題，同時該裝置還能對多條濾紙條同時進行紙層析。

3.2.3 實驗步驟

3.2.3.1 光合色素的提取

選取同一株新鮮菠菜葉片，去除大葉脈，將葉片剪碎后置于研缽中。依據表1 中的分組加入試劑，各組將在研缽中迅速研磨后過濾得到色素提取液置于試管中，觀察光合色素提取液的顏色。

3.2.3.2 紙層析觀察色素條帶

將各組光合色素提取液分別用毛細吸管在剪去兩角的濾紙條上劃線，待前一次劃線干燥后再進行劃線，重復4次。將各組制備好的含有色素提取液的濾紙條置于改良后的層析裝置中進行層析，一段時間后觀察各組濾紙條上的色素帶情況。

3.2.3.3 合色素吸光情況的觀察

將各組光合色素提取液分別加入至比色杯中，置于簡易黑箱內，調節可變色LED燈發出的光，分別于紅光、藍光、綠光和黃光下進行觀察，并拍照記錄結果。

3.2.4 實驗結果

3.2.4.1 光合色素提取液顏色觀察

對比各組色素提取液的顏色，可明顯發現添加質量分數為10%的HCl 溶液組色素提取液顏色最淺，推測在酸性條件下葉綠素會被大量降解。加入質量分數為10%的NaOH溶液組的色素提取液顏色并無明顯變化。

3.2.4.2 紙層析結果觀察

通過觀察各組層析結果發現，加入質量分數為10%的HCl 溶液組的各色素條帶均不明顯，僅能隱約觀察到胡蘿卜素和葉黃素條帶。

3.2.4.3 光合色素吸光情況觀察

在黑箱中的觀察，左孔處放置了盛有色素提取液的比色杯，右孔未放置作為對照觀察，分別用綠光、紅光、黃光、藍光的照射?？捎^察到紅光和藍光下，左孔亮度明顯變暗，說明光合色素對紅光與藍光的吸收均較多。而在綠光和黃光下，左右孔亮度無明顯差異，說明光合色素對綠光和黃光吸收較少。在加入質量分數為10%的NaOH溶液后，光合色素提取液仍然是對紅光與藍光吸收較多，對黃光與綠光吸收較少。加入質量分數為10%的HCl 溶液后，光合色素提取液對藍光吸收較多，但與其他組別對比，可發現該組對紅光的吸收十分弱。

3.3 基于證據，認同主張

學生通過實驗探究獲取到了具體的實驗現象作為證據，根據新獲取的證據，完善了主張（圖4）。學生通過實驗，進一步直觀地體驗到“在光合色素的提取與分離實驗中，碳酸鈣可以中和植物細胞中的酸性物質以保護葉綠素”，認同了添加碳酸鈣的必要性。學生又提出實驗過程中僅是定性地觀察了葉綠素的情況，對于葉綠素含量并未進行定量測定。教師可引導學生在課后查閱更多的文獻資料，引導學生進一步深入思考，如光電比色法在物質定量測定中的應用和葉綠素在不同環境條件下分解的具體機理等。

4 ?結語

通過CER二次論證模型進行論證式教學，學生親歷“問題的提出→方案的設計→實驗的進行→結果的呈現→結論的得出→修正主張”的過程。學習時，學生激烈地交流與討論，充分進行了同伴之間的頭腦風暴以提出實驗方案，獲取實驗數據用于捍衛或質疑主張。學生在學習過程中體驗到科學家的探究過程和結論的得出過程，感悟了生物學作為實驗科學的特點，提升了科學思維和科學探究素養，展開了深度學習。這個過程也充分體現了針對實驗探究類課型進行基于CER論證模型的教學有其可行性和必要性。

參考文獻：

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