基于ADI教學模型在高中生物學教學中培養科學家精神

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2025）11-0062-05

編者按：在教育改革的浪潮中，生物組教師領銜的教研團隊開展了一場意義深遠的課程育人改革研究。教研團隊實施了課堂教學改革，開設了具有創新性的實驗課程、職業生涯課程、研學旅行課程，并通過創設真實情境，開展單元教學、項目式學習，將課內外育人有機融為一體。歷經12年的潛心探索，凝練出“素養導向四位一體以評促學——高中生物學科育人12年創新實踐”并獲2024年南寧市教育科學成果特等獎。其間，教研團隊成員精耕細作，撰寫了5篇高質量的論文。這些論文不僅是理論的結晶，而且是實踐的指南，為高中生物學教學提供了新的思路和方法。本專題刊載教研團隊的這5篇論文，以期弘揚科學家精神，推動高中教育事業發展，助力高中培養出更多具有科學素養、創新精神和實踐能力的優秀人才。

2023年，教育部等十八部門印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》強調“大力弘揚科學精神和科學家精神”；隨后在《“科學家（精神）進校園行動”實施方案》中部署了中小學在教育階段校園層面弘揚科學家精神的具體行動方案，對提升基礎教育育人質量具有重大的理論創新及現實指導意義。高中是培養學生世界觀、人生觀、價值觀的關鍵時期，在課堂教學中培養科學家精神是落實立德樹人根本任務的重要途徑。

生物學作為一門以探究為手段的自然科學，關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生主動參與學習過程，讓學生積極參與動手和動腦活動[]。生物學課程特有的思維方式和探究過程是培養科學家精神的重要載體之一，教師可通過探究性學習活動加深學生對生物學知識的理解與應用，培養學生的創新精神與解決實際問題的能力等。本文以“基因突變”一節為例，探究基于論證探究式模型（以下稱ADI教學模型）在高中生物學課堂教學中培養學生科學家精神的途徑，旨在將學科育人落到實處。

一、基于ADI教學模型培養科學家精神的概述

（一）高中生物學教學中科學家精神的內涵

2019年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于進一步弘揚科學家精神加強作風和學風建設的意見》將科學家精神界定為愛國精神、創新精神、求實精神、奉獻精神、協同精神與育人精神。筆者結合教學實踐，將高中生物學教學中培養的科學家精神提煉為愛國精神、求實精神、創新精神、協同精神等四個方面，并梳理出其水平指標（如表1所示）。

（二）基于ADI教學模型培養科學家精神的課堂教學模式

ADI教學模型是桑普森（Sampson）等人提出的一種教學模型，其流程包括創設情境、明確任務，收集分析證據，小組內初步論證，組間論證，反思研討，互動評議，完善研究等[2]。雖然ADI教學模型與科學探究過程基本一致，但二者仍有區別：ADI教學模型更注重通過論證獲得論點，而科學探究則是根據實驗結果驗證假設是否成立；ADI教學模型在互動評議階段還需要學生閱讀和理解他人的寫作、評估其價值并提出反饋意見等，更能發展學生的邏輯推理能力、批判性思維及科學寫作技能等。因此，ADI教學模型對培養科學家精神具有重要價值。筆者基于ADI教學模型提出了在高中生物學課堂中培養科學家精神的教學模式（如圖1所示）。

1.引入主題境脈，明確探究任務

境脈是一組能夠激發學生興趣、邏輯性強、脈絡清晰、貫穿課堂始終的主題情境。課堂伊始，教師通過引入主題境脈，能夠讓學生置身于特定的情境中，明確與教學內容相關的探究任務。學生在對主題境脈進行認知、解析、拓展、融會的過程中提升解決問題的能力，在結構化、系統性的學習活動中構建學科概念體系，培養科學家精神。

2.收集分析證據，培養聯合理念

科學論證過程應該由學生自主搜集證據進行推理、分析和解釋。在認知情境的過程中，學生以小組合作的方式主動參與學習，獲取信息，尋找、分析證據。親歷信息獲取、收集數據資料的過程，使學生學會收集資料的技巧，提升獲取信息的能力；小組內團結互助、表達交流可以幫助學生克服收集證據時遇到的困難，提升證據的有效性，培養學生團結合作的品質、表達交流的技巧，從而培養科學家精神中的協同精神。

3.組內初步論證，培養科學態度

學生通過小組內辯論對境脈進行解析，需要對證據進行加工，在頭腦中形成結論，準確地將結論表述出來，再提煉出本組成員都認可的科學觀點。論證時學生親身經歷結論得出的過程，并在師生、生生互動中加深對核心概念的理解，主動建構知識體系，培養生命觀念，養成求真求實、嚴謹治學的科學態度，從而涵育科學家精神中的求實精神。

4.組間反思研討，培養科學精神

形成認知沖突是學習的有效途徑。教師可創設拓展情境，引導學生形成認知沖突。研討時學生通過推理、質疑、辯駁引發思維碰撞，產生新認知進而形成新概念，從而對知識的理解更為深刻。學生展示論點及論證過程時，其他組提出問題和質疑，評價該論證的有效性和合理性，使論證模型逐步得到修正、創新和完善。論證和研討使學生深刻理解生物學的重要概念和科學本質，同時使學生的科學論證能力和科學思維得到發展，從而培養科學家精神中的創新精神。

5.互動評議完善，培養家國情懷

教師創設情境，學生針對社會議題展開辯論，撰寫研究報告，并對報告進行匿名評審，閱讀、理解他人的報告并評估其價值，向他人提供明確的反饋意見和改進的建議，對各組研究報告中的個性和共性問題進行反思討論。此過程可以提高學生撰寫、修改研究報告的能力和科學論證能力。學生參與辯論社會議題，運用生物學知識和方法積極參與討論、解釋社會議題，嘗試解決現實生活問題。此過程可以培養學生的個人擔當與社會責任，從而涵育科學家精神中的愛國精神。

二、基于ADI教學模型培育科學家精神的課堂教學案例

（一）設計思路

以人教版高中生物學教科書必修2“基因突變”一節為例，創設“結腸癌與基因突變”的主題境脈，設置“探究基因突變與性狀的關系”的任務，進行論證探究，逐步培養學生的科學家精神，具體思路如圖2所示。

（二）教學目標

通過分析結腸癌患者APC基因堿基序列及其他基因突變實例，概述基因突變的本質，建立結構與功能觀。（生命觀念）

通過論證基因突變與性狀的關系，構建“基因突變與性狀”模型，闡明基因突變與性狀的關系。（科學思維、科學探究）

通過分析結腸癌誘因及機理，論證養成良好的生活習慣能預防結腸癌，崇尚健康文明的生活方式。（科學思維、社會責任）

通過辯論基因編輯對人類治療結腸癌等基因突變疾病的利與弊，理性解釋社會議題。（科學思維、社會責任）

（三）教學過程

1.引入主題境脈，明確探究任務

境脈式的課堂教學要求創設“一境到底”的主題情境，并挖掘探究問題和明確活動任務。教師創設主題境脈：“家族性結腸癌是一種遺傳病，發病與APC基因突變有關，特征是結直腸中有幾百至數萬個不等的腺瘤。2022年我國癌癥報告顯示，結腸癌新發病例達到40.8萬例，死亡率高達 19.6% 。”由此引起學生對結腸癌的關注，并提出核心問題：“APC基因突變為何會導致結腸癌？”明確本節課活動任務：探究基因突變與性狀之間有什么關系。

教師創設真實境脈“APC基因突變與結腸癌的關系”，將教學內容與學生的生活經驗、生活環境相結合，為學生提供一個真實的學習情境。將社會熱點話題與生物學知識有機融合，啟發學生思考，提高學生的學習興趣，明確本節課論證探究任務和問題。在生物學教學中，通過將生物學知識與現實生活中的情境結合，能幫助學生更好地理解生物學知識在現實生活中的應用。

2.收集分析證據，培養聯合理念

證據是論證活動的重要支撐，學生觀點的提出、質疑與反駁都需要豐富的證據。教師將核心問題分解為驅動問題串：（1）說說與正常人相比，結腸癌患者APC基因堿基序列有什么變化；（2）根據課前小組成員收集的相關資料，舉例說明還有哪些基因突變也會導致結腸癌；（3）根據收集到的相關突變基因堿基序列圖，概述這些基因發生突變的原因是什么；（4）根據這些基因突變的例子，歸納基因突變的本質特征是什么。

學生根據上述問題分析課前收集的相關證據，歸納基因突變的本質。學生小組合作收集到“APC基因、KRAS基因、P53基因、PIK3CA基因、MMR基因、POLE基因等突變會導致結腸癌”等相關論據，再將收集到的突變基因的堿基序列圖與正常基因的堿基序列圖作對比，分析討論這些基因突變的根本原因（如表2所示），歸納基因突變的本質，從而深入理解核心概念“基因突變是由于DNA分子中發生堿基的替換、增添或缺失，而引起的基因堿基序列的改變”。此教學過程體現了團結合作、表達交流的理念，學生發展了獲取信息、分析、歸納與總結的能力。

3.組內初步論證，培養科學態度

初步論證是學生以事實論據為基礎、科學思維為核心，通過思考、推理得到論點。學生以小組為單位分析、處理論據，在白紙上用思維圖將論據、推理過程及論點表達出來（如圖3所示），初步論證基因突變與性狀的關系，構建二者的關系模型，并基于科學的論據表述自己的論點，對他人的觀點進行反駁和評價。學生在這一過程中不僅訓練了歸納與概括、模型與建模的科學思維，還發展了邏輯推理和科學論證探究的能力。

教師緊接著提供拓展情境“結腸癌的發病機制涉及多種基因改變，有抑癌基因如APC、TP53、NRAS等基因，也有原癌基因如KRAS、PIK3CA等”，提出問題：（1）細胞癌變主要是哪兩類基因突變導致的？（2）相關基因突變會導致相應的蛋白質與細胞如何變化？（3）與正常細胞相比，癌細胞有什么特點？教師引導學生論證原癌基因、抑癌基因及其蛋白質活性與性狀的關系，完善基因突變與性狀之間的關系的論證模型。在此過程中，學生初步學會了運用證據佐證、運用科學語言辯論的技巧，培養了求真求實、嚴謹治學的科學態度。

4.組間反思研討，培養科學精神

學生構建基因突變與結腸癌性狀的關系論證模型后，派代表展示并介紹本組的論證模型。其他小組質疑反駁，通過提供“論據一基因”結構示意圖，從基因的非編碼區、內含子、隱性突變、密碼子的簡并性等角度，闡述基因突變不一定會改變生物性狀，最后展示小組修改并完善的“基因突變與性狀的關系”論證模型圖（如下頁圖4所示）。

展示組展示論證模型，其他小組質疑、反駁再論證，可幫助學生明確基因突變不一定會改變生物性狀，構建核心概念“闡明基因中堿基序列的改變有可能導致它所編碼的蛋白質及相應的細胞功能發生改變，甚至帶來致命的后果”，使學生深入理解基因突變與性狀的關系。反思研討階段，學生通過論證探究訓練了批判性思維和創新思維，培養了創新精神。

5.互動評議完善，培養家國情懷

研究表明，油炸、燒烤類食品高溫加工的過程產生的雜環胺和多環芳烴等致癌物，是引發結腸細胞基因突變的危險因素[3]。教師引導學生思考上述因素誘發基因突變的原因并提出防治的方法。學生根據“基因組編輯”與“精準醫療”相關內容，小組辯論基因編輯對治療結腸癌的利與弊，并以小組為單位撰寫研究報告，在報告中清晰簡潔地表達本組的觀點。最后，教師將各小組上交的研究報告隨機返回分發給每個小組評審。每名組員都擔當評審員，在空白處提供反饋建議，以啟發學生對整個探究論證過程進行梳理和反思，培養學生撰寫、修改研究報告的能力和科學論證能力。

聯系真實生活能使學生了解結腸癌的誘因與防治方法，這些方法包括：崇尚健康文明的生活方式，養成健康生活習慣，主動向他人宣傳關愛生命的觀念和知識，成為健康中國的實踐者和促進者。辯論則能加深學生對現代生物技術的了解，使他們認同科學技術的發展和應用要符合社會倫理道德，提高學生積極參與相關社會議題討論的積極性，培養學生的個人擔當與社會責任，培育學生的愛國精神。

三、教學反思和展望

此次教學的創新性體現為在ADI教學模型各流程中培養科學家精神。以創設“結腸癌與基因突變”境脈為例，教師提出論證探究任務，學生收集與分析論據，通過論證探究建構論證模型，論證基因突變與性狀的關系。在親身參與論證探究的過程中，學生體會到基于事實證據進行科學論證的邏輯推理，深入理解本節內容的核心概念，培養批判質疑、分析推理、論證探究等能力，提高運用生物學知識解決實際問題的能力，涵育科學家精神。

科學家精神的培養需要連續、進階地推進與強化。教師如果能在常規的生物學教學中多開展基于ADI教學模型培養高中生科學家精神的教學，學生在日常學習中將受益良多。教師不僅要主動學習，更新自已的資源庫，必要時為學生提供資料或者證據輔助學生論證，還要尋找知識與社會資源間的關聯，選擇典型的論證探究內容，開發更多實踐案例，用科學家精神滋養學生成長。

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]何嘉媛，劉恩山.論證探究式教學模型的設計和運用[J].生物學通報，2013，48（10）：25-29.

[3]薛桂中，喬明武，黃現青，等.燒烤肉制品加工中多環芳烴和雜環胺形成途徑及其防控方法研究進展[J].食品與發酵工業，2022，48（02）：293-301.

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2024年度專項課題“高中生物學‘雙導三創'實驗教學培育科學家精神的實踐研究”（2024ZJY997）的研究成果。

（責編 劉小璦）