基于論證探究式教學(xué)模式的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

林靖哲

摘 要：論證探究式教學(xué)模式（以下簡(jiǎn)稱ADI教學(xué)模式）是將論證與探究活動(dòng)相融合的一種教學(xué)模式。學(xué)生在該模式的引導(dǎo)下，逐步完成自主設(shè)計(jì)方案、獲取數(shù)據(jù)、論證推理、形成報(bào)告等步驟，在此過程中深入理解科學(xué)知識(shí)，提升科學(xué)論證能力。將ADI教學(xué)模式引入高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂，有利于深化學(xué)生對(duì)高中生物學(xué)抽象知識(shí)點(diǎn)的論證探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生推理論證等科學(xué)思維方法，提升其科學(xué)探究能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的形成。

關(guān)鍵詞：論證探究式教學(xué)模式；高中生物；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，生物學(xué)科應(yīng)高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是主動(dòng)參與的過程，學(xué)生通過探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，加深對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

ADI教學(xué)模式以建構(gòu)主義理論和認(rèn)知學(xué)習(xí)主義理論為基礎(chǔ)發(fā)展而來，它將科學(xué)探究活動(dòng)與教學(xué)實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，通過引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與論證和探究，從根本上改變傳統(tǒng)課堂中教師灌輸式教學(xué)模式[1]。ADI模型在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，將引領(lǐng)課堂從“內(nèi)容—過程”逐步朝“證據(jù)—解釋”的方向發(fā)展[2]。

基于此，本文把ADI教學(xué)模式引入實(shí)驗(yàn)課堂，對(duì)如何在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用ADI教學(xué)進(jìn)行探索，通過開展ADI活動(dòng)為一線教育工作者培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證和探究能力提供新思路。

一、ADI教學(xué)模式概述

（一）ADI教學(xué)模式的內(nèi)涵

ADI教學(xué)模式是一種將論證融于科學(xué)探究中的新型教學(xué)模式[3]。它將論證和探究結(jié)合在課堂教學(xué)中，其重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出解決問題的方案，學(xué)生通過收集和分析數(shù)據(jù)等過程，逐步掌握科學(xué)論證的方法，加深對(duì)科學(xué)內(nèi)容的理解，逐漸形成科學(xué)探究的系統(tǒng)思維，提升論證推理和表達(dá)能力[4]。

（二）ADI教學(xué)模式的步驟

2008年，為促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念，發(fā)展其論證推理能力，Sampson（桑普森）等人通過對(duì)多個(gè)論證教學(xué)框架的歸納，首次提出以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)的7個(gè)階段的ADI教學(xué)模式[5]。2012年，Grooms（格魯姆斯）團(tuán)隊(duì)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的調(diào)整和完善，提出新版ADI教學(xué)模式，包括以下8個(gè)階段：

階段1：明確任務(wù)和問題，開展“工具對(duì)話”

教師通過生物學(xué)現(xiàn)象等創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回憶相關(guān)舊知，導(dǎo)入將要開展的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。學(xué)生根據(jù)情境提出研究問題，明確學(xué)習(xí)任務(wù)。此外，教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)材料和儀器的使用方法，以期學(xué)生能夠自主地設(shè)計(jì)、實(shí)施方案。

階段2：設(shè)計(jì)方案與收集數(shù)據(jù)

學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：一是需要獲得哪些數(shù)據(jù)，即明確因變量及所收集的數(shù)據(jù)類型；二是如何獲取這些數(shù)據(jù)，即明確自變量及其控制方法；三是怎樣分析處理數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)如何呈現(xiàn)。

階段3：分析數(shù)據(jù)，嘗試初步論證

以小組為單位，基于所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理。分析數(shù)據(jù)時(shí)首先要清楚數(shù)據(jù)的類型，包括觀察的現(xiàn)象及測(cè)量的數(shù)據(jù)。在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建論證，包括主張、證據(jù)和推理過程。

階段4：論證會(huì)議

小組發(fā)言人公開展示數(shù)據(jù)及獲取方法，基于證據(jù)進(jìn)行論證推理，其他小組成員可質(zhì)疑，指出匯報(bào)小組所陳述的證據(jù)或論證中的不足之處。

階段5：反思討論

教師引導(dǎo)學(xué)生反思論證會(huì)議中提出的問題，指導(dǎo)學(xué)生及時(shí)修正獲取證據(jù)的方案或論證推理的過程，縮小組間差距，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

階段6：書寫研究報(bào)告

學(xué)生自主完成研究報(bào)告，內(nèi)容包括研究目的、收集數(shù)據(jù)的方案，及論證推理過程。

階段7：雙盲評(píng)議

教師組織小組間對(duì)研究報(bào)告進(jìn)行雙盲評(píng)議，學(xué)生根據(jù)教師提供的評(píng)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，提供修改建議。

階段8：修訂提交報(bào)告

學(xué)生結(jié)合評(píng)議中提出的問題和建議，將報(bào)告修繕后，呈交給教師。

此外，有研究者提出，教師不必機(jī)械復(fù)制ADI教學(xué)模式的步驟，應(yīng)在考慮學(xué)情的基礎(chǔ)上靈活實(shí)施。ADI教學(xué)模式的精髓在于以問題為核心，基于探究活動(dòng)獲取證據(jù)，基于證據(jù)進(jìn)行推理論證，在小組互評(píng)中通過表達(dá)促進(jìn)對(duì)學(xué)科的深入理解[6]。

二、ADI教學(xué)模式應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

本研究的理論意義在于，ADI教學(xué)模式通過關(guān)注學(xué)生新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識(shí)框架，學(xué)生主動(dòng)探究科學(xué)問題，掌握新知。因此，將該模式應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以為建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論提供案例支撐。

本研究的實(shí)踐意義主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，二是為一線教師使用ADI教學(xué)模式提供參考依據(jù)和案例。ADI模式注重引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行“論證”和“探究”，將其應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠幫助學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理、方法及過程的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練和提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，逐步形成科學(xué)論證的思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。此外，ADI教學(xué)模式將課堂劃分為8個(gè)步驟，逐步引導(dǎo)學(xué)生走上實(shí)驗(yàn)探究之路，體驗(yàn)論證過程，提高實(shí)驗(yàn)課堂的效率。因此，ADI模型不僅可用于培養(yǎng)學(xué)生的論證思維，還為高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式。

三、ADI教學(xué)模式在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一）案例選擇

課程標(biāo)準(zhǔn)中的次位概念指出，概述細(xì)胞都由質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜將細(xì)胞與其生活環(huán)境分開，能控制物質(zhì)進(jìn)出，參與細(xì)胞間的信息交流[7]。其中，學(xué)生較難理解細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的作用，而教材也未做過多解釋。高一的學(xué)生思維活躍，有較強(qiáng)的觀察、實(shí)踐能力和一定的生物學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)探索生物學(xué)現(xiàn)象的內(nèi)在原因充滿熱情，但在設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案上缺乏經(jīng)驗(yàn)[8]。基于此，確定實(shí)驗(yàn)課題為“鑒定活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性”，該實(shí)驗(yàn)雖為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，但可以通過提供多樣的實(shí)驗(yàn)素材，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)開放性的實(shí)驗(yàn)方案挖掘其探究性價(jià)值。學(xué)生通過ADI活動(dòng)深入理解生命觀念的同時(shí)，可以更好地掌握實(shí)驗(yàn)探究過程，明確單一變量原則、對(duì)照原則等，發(fā)展探究精神和科學(xué)論證能力。

（二）教學(xué)目標(biāo)

1.能夠以結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)鑒定活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，認(rèn)識(shí)到進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)的前提是保持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性。

2.能夠通過小組合作探究，根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用科學(xué)術(shù)語記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.能夠利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過邏輯推理闡明個(gè)人立場(chǎng)或質(zhì)疑他人實(shí)驗(yàn)合理性。

（三）教學(xué)過程

階段1：明確任務(wù)和問題，開展“工具對(duì)話”

教師介紹鑒別動(dòng)物細(xì)胞是否死亡常用臺(tái)盼藍(lán)染液。用它染色時(shí)，死細(xì)胞會(huì)被染成藍(lán)色，而活細(xì)胞不會(huì)著色。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生物現(xiàn)象提出問題：為什么活細(xì)胞不能被染色，而死細(xì)胞能被染色？據(jù)此推測(cè)，細(xì)胞膜作為細(xì)胞的邊界，應(yīng)該具有什么功能？學(xué)生明確探究任務(wù)：設(shè)計(jì)實(shí)施一個(gè)實(shí)驗(yàn)，鑒定活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性。

教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)材料和儀器的使用方法。實(shí)驗(yàn)器材包括：新鮮的紅色月季花、白蘿卜、洋蔥、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸、紅墨水、清水、電熱水壺、燒杯若干、記號(hào)筆、量筒、蓋玻片、載玻片、吸水紙、刀片、鑷子等。

階段2：設(shè)計(jì)方案與收集數(shù)據(jù)

學(xué)生分組，一組4人，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。教師引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：在實(shí)驗(yàn)過程中收集什么數(shù)據(jù)？如何獲取這些數(shù)據(jù)？對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組如何設(shè)置？

學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方案部分如下：

實(shí)驗(yàn)方案一

1.選取兩只大小相同的燒杯，分別用馬克筆標(biāo)注甲、乙；

2.分別在甲、乙兩只燒杯中加入等量的清水和熱開水；

3.選取等量的紅色月季花瓣，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經(jīng)過相同時(shí)間后觀察花瓣顏色變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲燒杯中的花瓣仍為紅色，溶液無色；乙燒杯中的花瓣顏色變淺，溶液變紅。

實(shí)驗(yàn)方案二

前兩步同方案一。

3.切取大小、長(zhǎng)度都相同的白蘿卜條，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經(jīng)過相同時(shí)間處理；

4.取出白蘿卜條，放入紅墨水中作用2min，取出切開，觀察切面顏色。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲組蘿卜條內(nèi)部仍為白色；乙組蘿卜條內(nèi)部被紅墨水浸染。

實(shí)驗(yàn)方案三

前兩步同方案一。

3.將兩瓣形態(tài)大小相似的洋蔥，分別放入甲、乙兩燒杯中，經(jīng)過相同時(shí)間處理；

4.制作洋蔥外表皮裝片，進(jìn)行質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：甲組洋蔥外表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，乙組洋蔥外表皮細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

階段3：分析數(shù)據(jù)，嘗試初步論證

教師引導(dǎo)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，包括測(cè)量得到的數(shù)據(jù)（如溫度、時(shí)間等），及觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如顏色變化、質(zhì)壁分離情況等）。教師指導(dǎo)學(xué)生在獲取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合理論框架，嘗試進(jìn)行初步論證，主要包括主張、證據(jù)和推理過程。以實(shí)驗(yàn)方案一為例，學(xué)生的論證過程如下：

1.提出主張：活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過性，死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去選擇透過性。

2.實(shí)驗(yàn)獲得的證據(jù)：放在清水中的紅色月季花瓣的顏色和水的顏色都不變；放在鹽酸中的紅色月季花瓣的紅色變淺，溶液的顏色逐漸變紅。

3.推理過程：紅色月季的花瓣中含有的紅色色素是大分子物質(zhì)，正常情況下，是不能穿過液泡膜和質(zhì)膜到達(dá)胞外的。當(dāng)細(xì)胞處于熱開水中時(shí)，細(xì)胞膜的選擇透過性被破壞，紅色色素到達(dá)細(xì)胞外。

階段4：論證會(huì)議

在開始論證會(huì)議前，教師提示學(xué)生思考以下問題：該數(shù)據(jù)可以用來支持主張嗎？證據(jù)是否科學(xué)合理？觀點(diǎn)是否與公認(rèn)的科學(xué)理論一致？接下來引導(dǎo)學(xué)生開展組間輪回賽，小組之間進(jìn)行辯論。各組指派一名發(fā)言人，向全班匯報(bào)本組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析論證。其他組同學(xué)認(rèn)真傾聽匯報(bào)要點(diǎn)，及時(shí)記錄下質(zhì)疑點(diǎn)，在該組匯報(bào)完成后逐一提出，如收集的數(shù)據(jù)是否合理？分析數(shù)據(jù)的方法是否科學(xué)？論證的過程是否有效？在聆聽其他小組成員的質(zhì)疑后，匯報(bào)小組可選擇“同意”或進(jìn)行“辯駁”。

階段5：反思討論

各小組成員根據(jù)在匯報(bào)中發(fā)現(xiàn)的問題，反思、討論實(shí)驗(yàn)的不足之處，通過組內(nèi)商議重新修正、完善實(shí)驗(yàn)論證，或改進(jìn)收集數(shù)據(jù)的方法。

階段6：書寫研究報(bào)告

教師引導(dǎo)學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案、論證過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

階段7：雙盲評(píng)議

各小組完成實(shí)驗(yàn)，上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師將實(shí)驗(yàn)報(bào)告隨機(jī)交換后分發(fā)給各小組，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其他小組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)審，包括是否用科學(xué)的術(shù)語描述實(shí)驗(yàn)過程，是否用正確的形式表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示的證據(jù)是否充分有效，推理是否充分合理等。在評(píng)審過程中為沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的小組提供具體建議。

階段8：修訂提交報(bào)告

教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行二次評(píng)審，學(xué)生結(jié)合評(píng)議中提出的問題和建議，修繕報(bào)告后遞交。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)

本節(jié)課在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上盡可能做到多樣性，在過程的設(shè)計(jì)上盡可能做到開放性，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)解決研究問題的實(shí)驗(yàn)方案，掌握科學(xué)探究的正確方法，包括確定自變量及其控制方法，獲取并分析數(shù)據(jù)，在交流中論證、質(zhì)疑，批判性地思考其他同學(xué)給出的建議與實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，逐漸掌握科學(xué)論證的方法，促進(jìn)對(duì)科學(xué)內(nèi)容的理解，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和能力，形成更優(yōu)秀的推理能力和更積極的科學(xué)態(tài)度。

有的學(xué)生反饋，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，他們對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)有了更多不同的想法，提升了與同學(xué)的合作交流的能力，增加了對(duì)生物學(xué)科的興趣。在沒有達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，他們感受到了實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹匾浴８匾氖牵谡n本平鋪直敘的語言文字描述外，他們體會(huì)到了動(dòng)手操作的意義，理解了生物是一門基于實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，體會(huì)到了生物學(xué)科的獨(dú)特魅力，這對(duì)于高一的學(xué)生來說，是一個(gè)再好不過的開端。

結(jié)束語

綜上所述，通過把ADI教學(xué)模式引入高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂，可以有效地激發(fā)學(xué)生對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、科學(xué)論證和表達(dá)能力。各組間通過合作共同完成ADI活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

此外，教師通過利用ADI教學(xué)模式，可以促進(jìn)自身論證思維的發(fā)展，提升資源整合能力。教師在與學(xué)生共同設(shè)計(jì)、論證、探究實(shí)驗(yàn)的過程中也在不斷完善自我，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。本課題后續(xù)將深入開發(fā)學(xué)生感興趣的自主性實(shí)驗(yàn)專題，在ADI教學(xué)模式的基礎(chǔ)上開展生物實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新校本課程，使ADI教學(xué)模式及相關(guān)校本課程可以在全國(guó)各校開展和

推廣。

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本文系廈門市直屬中小學(xué)2021年度課題“基于ADI教學(xué)模式的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究”（編號(hào)：ZSX2021012）及福建省廈門第一中學(xué)2021年校級(jí)課題（編號(hào)：XMYZ-2153）的階段成果。