ADI教學(xué)模式在“探究影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素”實驗的教學(xué)實踐*

應(yīng)曉屹 虞 馳

（1寧波市李惠利中學(xué) 浙江寧波 315041 2寧波市第四中學(xué) 浙江寧波 315016）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）明確指出，加強和完善生物學(xué)實驗教學(xué)，組織以探究為特點的主動學(xué)習(xí)是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。這種有目的、有步驟的學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動主要包括，對生物及其相關(guān)事物進行觀察、描述、提出問題、從各種渠道查找信息、提出假設(shè)、驗證假設(shè)、思維判斷、作出解釋，并能與他人合作和交流等[1]。如何在實驗教學(xué)過程中組織探究性學(xué)習(xí)，已然成為了促成學(xué)生達成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

論證探究式教學(xué)模型（argument-driven inquiry，ADI）是一種新型教學(xué)策略，該模型結(jié)合了科學(xué)論證和探究過程，強調(diào)引導(dǎo)學(xué)生利用資料進行合理的推理和論證，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式[2]。ADI在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，使生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實成為可能。

基于此，本文將以“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動”的再探究實驗教學(xué)為例，在課堂上將科學(xué)論證過程與探究式實驗教學(xué)過程相結(jié)合，在課后撰寫研究報告，進行評價、修正及反思，闡釋如何將ADI教學(xué)模式應(yīng)用于生物學(xué)實驗教學(xué)過程，以期為生物學(xué)教師提供新穎的實驗教學(xué)案例。

1 教材分析及設(shè)計思路

“用高倍顯微鏡觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動”是人教版高中《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（2019年版）第3章第2節(jié)中的探究實踐內(nèi)容，一方面，讓學(xué)生通過觀察了解植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)尤其是葉綠體的形態(tài)特點，另一方面，通過觀察體會細(xì)胞質(zhì)流動是活細(xì)胞所具有的現(xiàn)象。由此，既突出了生物學(xué)實驗及基本實驗技能在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的基礎(chǔ)性地位，又幫助學(xué)生達成對“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”這一大概念的理解，還為之后學(xué)習(xí)第5章第4節(jié)“光合作用”打下了基礎(chǔ)。

本實驗屬于觀察驗證性實驗，具有明確的實驗?zāi)康模?guī)范的實驗步驟，要讓學(xué)生客觀地觀察和描述實驗現(xiàn)象。為了凸顯課程標(biāo)準(zhǔn)的理念，培養(yǎng)學(xué)生的論證能力和批判性思維，嘗試將ADI教學(xué)模式應(yīng)用于本次實驗教學(xué)，并在該實驗基礎(chǔ)上實施再探究，即“探究影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素”。本次實驗課的教學(xué)實施包括如下6個環(huán)節(jié)：提出任務(wù)→收集數(shù)據(jù)和資料→構(gòu)建論證→論證階段→撰寫研究報告并互評→總結(jié)和反思，其中，前4個環(huán)節(jié)是在課堂中完成的。

2 教學(xué)過程

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣 教師展示3個視頻：光學(xué)顯微鏡下的黑藻（Hydrilla verticillata）葉肉細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)流動，來自同一裝片不同視野。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察胞內(nèi)葉綠體的運動，以此判斷細(xì)胞質(zhì)是否流動，并設(shè)置如下問題：①不同葉肉細(xì)胞中的胞質(zhì)環(huán)流速率是否相同，為什么？②引起胞質(zhì)環(huán)流速率差異的可能原因有哪些？

3個視頻中的細(xì)胞質(zhì)流動是學(xué)生已熟知的內(nèi)容，利用學(xué)生熟悉但又不同的情境導(dǎo)入新課，并在這一基礎(chǔ)上提出問題，引發(fā)學(xué)生的進一步思考，并喚起其尋根究底的好奇心。

2.2 提出任務(wù) 通過對3個視頻的觀察比較，學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同視野中的胞質(zhì)環(huán)流速率是不一樣的。由此引發(fā)了學(xué)生新的探索興趣：影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素是什么？如何定量測定胞質(zhì)環(huán)流速率？教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身已有知識，對定量測定胞質(zhì)環(huán)流速率的方法原理進行論證（圖1、圖2）。由此，學(xué)生開始展開對“影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素是什么？”的探究與論證。

圖1 胞質(zhì)環(huán)流速率測定原理論證過程圖

圖2 顯微鏡下測定胞質(zhì)環(huán)流速率（單位：μm/s）

2.3 收集數(shù)據(jù)和資料 針對“影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素是什么？”這一問題，學(xué)生提出不同的想法。教師在考慮最近發(fā)展區(qū)的前提下，將想法相近的學(xué)生分為幾個小組，每組3～4人，并自主選出一名組長。小組成員共同探討做什么、為什么做、怎么做、為何這樣做、可能會得到何種結(jié)果，結(jié)合教師提供的資料，完成實驗方案的論證（圖3）。然后，根據(jù)實驗方案選擇合適的實驗器材收集數(shù)據(jù)和資料。

圖3 探究“溫度對胞質(zhì)環(huán)流速率的影響”的實驗方案論證過程圖

實驗材料：新鮮的黑藻（購于淘寶），實驗前將黑藻分裝在2 000 mL的大燒杯中，放在陽光充足處繼續(xù)培養(yǎng)。

實驗器材：數(shù)碼顯微鏡、秒表、鑷子、載玻片、蓋玻片、膠頭滴管、水浴鍋等。

實驗要求：根據(jù)自己的實驗方案，各小組對黑藻進行不同處理（溫度、光照強度、葉齡、取材部位），測定其胞質(zhì)環(huán)流速率，并記錄實驗結(jié)果。教師在巡視實驗操作過程中，給予規(guī)范性指導(dǎo)并及時進行安全性教育。

2.4 構(gòu)建論證及論證階段 各小組結(jié)合實驗方案的論證過程圖，討論分析實驗結(jié)果，形成主張，并在白紙上構(gòu)建實驗結(jié)果論證過程圖。組內(nèi)論證模型構(gòu)建完成后，各小組派一名組員向全體學(xué)生展示包含問題、證據(jù)、推理和主張等信息的論證模型，其他學(xué)生可對此提出質(zhì)疑，并提供證據(jù)、推理，展示學(xué)生可辯護或修改，進一步完善主張。論證過程中，通過組間合作，學(xué)生在有限的時間內(nèi)完成了多項科學(xué)論證和探究任務(wù)，使得論證模型不斷得到完善（圖4）。

圖4 探究影響胞質(zhì)環(huán)流速率的因素的論證過程圖

2.5 撰寫研究報告并互評 教師提供如何評價研究報告的相關(guān)文獻資料，并提出問題：如何評價一份研究報告？在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)以往撰寫研究報告的經(jīng)驗及本次實驗探究過程中的自我思考，結(jié)合教師提供的文獻資料，全體學(xué)生共同完成研究報告評價的論證，形成有評分項目和評分標(biāo)準(zhǔn)的量化評價主張（圖5）。

圖5 研究報告的評價論證過程圖

課后，每組上交一份研究報告，教師給每組隨機分發(fā)一份其他組的研究報告，各小組根據(jù)自制的量化評價表（表1）進行打分。打分完成后，交還各小組，每組根據(jù)評分細(xì)則的得分情況進行修改并再次上交，由教師進行二次評價，如果未通過，則繼續(xù)修改直至合格為止。

表1 研究報告質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)表

研究報告的評價論證環(huán)節(jié)可促進學(xué)生思考：研究報告應(yīng)該包含什么內(nèi)容，撰寫過程中需要注意什么問題，如何避免這樣的問題等；研究報告的撰寫和互評，可促使學(xué)生對整個實驗過程進行梳理和反思，在報告中可體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，有何收獲，有何體會。在提升學(xué)生的科學(xué)寫作能力的同時，進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力和科學(xué)反思能力。

2.6 總結(jié)與反思 小組互評結(jié)束后，教師提出如下幾個問題：①本節(jié)課做了哪些工作？是否達到實驗?zāi)康模竣趯嶒炦^程中遇到了哪些問題？是如何解決的？③如果還有進一步實驗，想進行哪些工作？為什么？設(shè)置這幾個問題的目的是讓學(xué)生對本組的實驗方案、實驗實施、論證模型的構(gòu)建、研究報告的撰寫有深層次的思考。通過本次實驗課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能比較順利地回答問題①和問題②，對論證探究式實驗的各環(huán)節(jié)的表述也基本準(zhǔn)確，但對問題③的回答各組有所差異，有些小組認(rèn)為已考慮的比較完善了，而探究“光照強度對胞質(zhì)環(huán)流速率影響”的小組提出由于受實驗條件的限制，沒能將自變量的控制做得更精細(xì)、準(zhǔn)確。

3 反思

ADI教學(xué)模式在實驗教學(xué)的應(yīng)用過程中，學(xué)生會提出哪些問題、課堂能否依照學(xué)生所想實施相關(guān)實驗等，受課堂時間、學(xué)生已有的知識儲備和能力、實驗室條件等因素的限制，因此，“胞質(zhì)環(huán)流速率影響因素的探究”難以做到面面俱到。胞質(zhì)環(huán)流速率的影響因素遠不止于光照強度，還有光照時間和光質(zhì)。此外，胞質(zhì)環(huán)流過程中需要消耗ATP，因此，影響細(xì)胞呼吸速率的因素也會改變胞質(zhì)環(huán)流速率。所以，論證探究式教學(xué)模型在實驗教學(xué)實踐過程應(yīng)用，一方面，要求教師根據(jù)實際情況確定探究性實驗的內(nèi)容、范圍和研究深度；另一方面，如果條件允許，可將部分問題作為課堂外延實驗集合有興趣的學(xué)生作進一步探究。

構(gòu)建論證及論證階段環(huán)節(jié)是ADI教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)。在教學(xué)實施過程中，學(xué)生要能基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用推理、建模、批判性思維等方法，審視或論證主張。這種科學(xué)思維的養(yǎng)成是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)不可或缺的部分。ADI教學(xué)模式是一種新型的教學(xué)模式，因此，有部分學(xué)生在構(gòu)建論證環(huán)節(jié)花費了較長時間，在論證階段也表現(xiàn)得不夠積極。針對此問題，一方面，要多看，即向全體學(xué)生展示優(yōu)秀的論證實例，既是鼓勵又是示范，以此引導(dǎo)學(xué)生從模仿開始熟悉如何構(gòu)建論證；另一方面，要多用，即教師選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，嘗試不定期地開展論證探究式的實驗教學(xué)實踐。

撰寫研究報告和互評、總結(jié)和反思環(huán)節(jié)在本次課中是個亮點，有別于以往教師提供一張評價單，學(xué)生根據(jù)評價單的條目對自己和他人實施單一性評價。本次的評價標(biāo)準(zhǔn)也是學(xué)生的論證所得，基于之前構(gòu)建論證和撰寫研究報告的經(jīng)驗，學(xué)生對過程中遇到的問題進行過思考，并嘗試解決，因此，在評價論證及總結(jié)和反思環(huán)節(jié)，表現(xiàn)得異常積極，各抒已見。這一過程既使學(xué)生再次熟悉論證過程，又有助于學(xué)生進一步形成批判性思維。

將ADI教學(xué)模式應(yīng)用于生物學(xué)實驗教學(xué)，不僅能促使學(xué)生掌握科學(xué)探究的基本方法，還能培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題，有助于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。