基于CER模型的論證式教學在生物學教學中的應用

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》中倡導以核心素養為宗旨的課程理念，強調將“能夠運用已有的生物學知識、證據和邏輯對生物學議題進行思考或展開論證”作為課程目標，其中科學思維素養的培養占據核心地位。為有效培養學生的科學思維，教師應在高中生物學課堂中設計相應的論證活動，讓學生切實經歷“探究一解釋\"的認知過程。

1論證式教學

論證式教學實質上是一種將科學論證過程引入課堂，通過引導學生從文本、實驗、科學史等多種類型的資料中收集關鍵證據，并基于科學推理構建主張的教學方式2]，是當前國際科學教育界及相關研究領域關注的焦點之一。3論證式教學通過模擬真實的科學研究過程，有效促進學生科學思維的發展，充分契合《課程標準》中所提出的要求。

2 CER論證模型

CER論證模型是基于建構主義教學理論與最近發展區理論，在圖爾敏（Toulmin）論證模型的基礎上改良開發而成的（見圖1、圖2）。[4][5]與圖爾敏論證模型相比，CER論證模型的構成元素更簡單、可操作性更強，更符合高一學生的認知水平。此外，鑒于高中生物學課程中包含實驗、科學資料、生活實例等豐富的證據素材。因此，CER論證模型更適用于高中生物學課程的論證式教學。

CER模型包含三大要素：主張（Claim）、證據（Evidence）和推理（Reasoning）。主張是學生根據情境和疑問提出的解釋性觀點，是在論證過程中試圖維護和證明的結論；證據是用于支持主張，通常來源于各種事實材料和實驗研究成果中的數據、信息和資料；推理是學生使用恰當的科學概念或原理，建立證據與主張之間的聯結，從而完善論證的過程。

3CER論證模型在“細胞膜的功能”課堂中的應用

“細胞膜的功能”是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》以下簡稱“教材”第3章第1節中的內容。筆者選取卵黃作為教學線索，結合實驗現象與科學資料，開展基于CER論證模型的論證式教學，以此幫助學生深入理解細胞膜的功能，并進一步提升其生物學學科核心素養。鑒于高一學生已具備一定的知識基礎與邏輯思維能力，教師在教學過程中可以讓學生以小組為單位進行證據收集與討論交流，以此培養學生的合作探究能力（見圖3）。

3.1創設情境，導入新課

對于初步接觸論證式教學的學生，教師實施教學時可提供學習任務單及CER模型范式指導（見表1）。待學生熟悉論證過程后，教師再逐步減少輔助材料的使用。

教師創設情境：鳥類的卵細胞是自然界中體積較大的細胞。未受精的雞蛋中，卵黃可以視為一個卵細胞，其外層的卵黃膜則相當于細胞膜。教師據此提出問題：這層膜的存在有什么意義？細胞膜的功能有哪些？通過教師的講解，學生能夠了解到卵黃膜的本質，進而對細胞膜的功能產生興趣。

3.2主張一：細胞膜可將細胞與外界環境分隔開

教師引導學生打破雞蛋外殼，并將雞蛋和卵黃倒入培養皿中觀察其形態，隨后讓學生用勺子分離卵黃，并用指腹感受卵黃膜質地。接著，教師將一顆雞蛋打入培養皿中，戳破卵黃讓學生觀察實驗現象。

教師據此設置遞進式問題串：蛋清和卵黃的形態分別是什么樣的？卵黃觸感如何？若卵黃膜破裂，卵黃是否還能輕易分離？這些實驗現象說明細胞膜具有什么功能？

證據一：卵黃膜能維持卵黃的基本形態，并將卵黃與蛋清分隔開。證據二：學生觸碰卵黃，發現其表面具有一定彈性，當卵黃被戳破后，其內容物流出并與蛋清直接接觸，此時卵黃難以再被分離。

教師通過一系列的實驗操作及實驗現象，將抽象問題具體化，讓學生獲得對細胞膜的直觀感受。在論證過程中，學生填寫任務單，并運用關鍵證據進行推理分析，最終按照CER模型的邏輯思路生成主張一：細胞膜可將細胞與外界環境分隔開（見圖4）。

論證結束后，教師根據CER框架評價標準對學生的論證過程進行評價并提供反饋，從而有針對性地培養學生的科學寫作能力、批判性思維及論證能力（見表2）。[6]

3.3主張二：細胞膜可以控制物質進出細胞

蛋清富含蛋白質、碳水化合物、維生素和礦物質等營養成分，但卵黃膜將卵黃與蛋清分隔開，導致卵黃無法完全實現營養獲取的“自給自足”。教師據此提出問題：“卵黃是否能從蛋清中獲得營養\"并設計實驗，引導學生進行觀察與分析。

實驗設計：教師在課前將一顆新鮮的卵黃與一顆已煮熟的卵黃分別放置于培養皿中，并用臺盼藍染液進行染色。在課堂上，教師請學生代表用膠頭滴管吸取清水，分別對兩顆卵黃進行沖洗。

教師據此提出問題：兩顆卵黃的染色情況有什么區別？由此可推斷細胞膜在細胞的生命活動中起什么作用？哪些類型的物質可以進出細胞？

證據一：清水沖洗后，新鮮的卵黃沒有被染色，而已煮熟的卵黃則被染色，無法被沖洗干凈。這表明臺盼藍染液未進入新鮮的卵黃。

證據二：小鼠肝細胞培養液中不同物質含量的變化情況顯示，氨基酸、葡萄糖的含量逐漸下降，而尿素的含量逐漸上升；細胞可以通過胞吐的形式釋放抗體、激素等物質。

學生結合實驗現象、資料和生活經驗，從細胞需求的角度對進出細胞的物質進行分類、整合及科學推理，最后結合任務單基于CER模型的論證邏輯生成主張二：細胞膜可以控制物質進出細胞（見圖5）。

教師對學生的論證及時進行評價反饋，并緊扣問題進行總結：因為細胞膜具有控制物質進出細胞的功能，蛋清中的營養物質才能通過細胞膜進入卵黃，滿足胚胎發育的需求。

3.4主張三：細胞膜控制物質進出細胞的功能具有相對性

教師提出問題：細胞膜控制物質進出細胞的功能是否是絕對的？細胞不需要的物質是否一定不能進入細胞？為了解答這些問題，教師提供相關資料引導學生思考。

資料一：2006年發生的\"紅心蛋事件”中，部分雞蛋被蘇丹染色劑染色，其蛋黃顏色更紅。

資料二：雞蛋殼上有氣孔，為細菌提供了進入雞蛋內部的通道。細菌若進一步侵入卵黃，會破壞卵黃中的蛋白質結構并導致散黃。人食用帶有致病性細菌的雞蛋后，可能出現腹痛、腹瀉、嘔吐等癥狀。

學生閱讀資料后進行交流討論，認識到細胞膜的選擇透過作用是相對的，從而形成“生物對環境的適應具有相對性\"這一生命觀念。此外，教師通過食品安全相關資料幫助學生樹立健康生活的觀念。學生在推理完成后，基于任務單和CER模型的論證邏輯，生成主張三：細胞膜控制物質進出細胞的功能具有相對性（見圖6）。

3.5主張四：細胞膜可以進行細胞間的信息交流

細胞膜將細胞與外界分隔開并控制著物質的進出，但這并不意味著細胞完全獨立于外界存在。施萊登（M.J.Schleiden）和施旺（T.Schwann）在細胞學說中強調：細胞既是一個相對獨立的單位，又和其他細胞構成的整體起作用。這一觀點體現出多細胞生物體的生命活動必須依賴細胞之間的協調配合才能完成。教師據此提出問題：細胞之間如何實現協調配合？細胞之間信息交流的方式有哪些？

證據一：卵黃由卵巢中的初級卵泡發育而來，其成熟過程不僅受到卵泡自身分泌的激素調控，還受到垂體分泌的促卵泡激素、黃體生成素等激素的調控，這些物質均可以作用于卵黃膜上的受體。

證據二：卵黃成熟后可以發生受精作用，但不同物種的精卵之間無法相互識別并結合，從而無法產生后代。

證據三：卵黃是一種典型的動物細胞，可通過細胞膜進行細胞間的信息交流；植物細胞間則可以通過“胞間連絲”進行信息交流。

教師從具體可見的卵黃實體出發，深入剖析其發育過程的本質，并按照生命進程的順序進行銜接。這種教學方式既符合學生的認知規律，又能夠保持學生思維的連貫性。此外，教師引導學生辨析思考不同類型細胞的交流方式，拓展思維廣度。學生從科學資料中篩選關鍵證據進行分析推理，依據CER模型的論證邏輯生成主張四：細胞膜可以進行細胞間的信息交流（見圖7）。

學生完成論證任務后，教師依據評價表及時對學生的論證過程與能力進行評價與反饋，并提出問題：胞間連絲的存在是否會對植物產生不利影響？

學生討論交流后，教師進一步拓展知識：植物細胞感染病毒后，病毒可以通過胞間連絲在細胞間擴散，而在植物幼嫩的根尖分生區，細胞間的胞間連絲不發達，病毒無法通過胞間連絲轉移，成為阻止病毒傳播的天然屏障。這一特性使得根尖分生區成為“脫毒苗\"組織培養的理想材料。通過對教材內容的進一步深化與拓展，學生能夠進一步培養自身的辯證思考能力，并激發對科學研究的興趣。

3.6 小結

教師引導學生結合CER模型和本節思維導圖，系統性地回顧知識，并設置問題：“結構與功能相適應\"在細胞膜中如何體現？細胞膜的結構是怎樣的？其組成成分有哪些？這一知識的探索過程又經歷了怎樣的曲折？這些問題能夠激發學生對細胞膜結構的興趣，進而為細胞膜結構的教學做鋪墊。

4反思

CER模型鼓勵學生從科學史、實驗現象、實際生活中收集證據，進行科學推理，而科學思維正是在構建主張和證據間通路、相互協調的過程體現出來的。通過參與論證，學生能夠主動思考、提出觀點，并用證據支持這些觀點，從而深化其對生物學知識的理解。這不僅有助于學生正確認識生命本質、理解科學理論，還能進一步發展其科學思維和科學論證能力。因此，在高中生物學課程中開展基于CER模型的論證式教學是培養學生生物學學科核心素養的有效途徑。

然而，論證式教學在實施時仍面臨著一定挑戰。為實現培養學生核心素養的目標，教師在實際教學過程中應立足于教學實際開展論證式教學，并在課前準備好充分的證據資料；在課堂中引導、鼓勵學生參與論證過程，并建立多元化的評價體系，以體現生物學課程的學科特點與育人價值。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）M.北京：人民教育出版社，2020.

[2]王星喬，米廣春.論證式教學：科學探究教學的新圖景[J].中國教育學刊，2010（10）：50-52.

[3]何嘉媛，劉恩山.論證式教學策略的發展及其在理科教學中的作用[J].生物學通報，2012，47（5）：31-34.

[4]呂琦，代建軍.新加坡科學教育中的CER科學論證框架研究1——以新加坡中學化學學科為例[J].基礎教育課程，2019（15）：72-80.

[5]TOULMINSE.Theusesofargument[M].London：CambridgeUniversityPress，1958.

[6]KATHERINELM，DAVIDJL，JOSEPHK，et al.Supportingstudents’construction of scientific explanations by fadingscaffoldsin instructional materials[J].Journal of the learningsciences，2006，15（2）：153-191.