論證探究式教學模式對我國生物學實驗教學的啟示

姚 舒 崔榮榮

(首都師范大學生命科學學院 北京 100048)

2011年，美國Sampson教授在論證式教學的基礎上提出論證探究式教學模式(Argument-Driven Inquiry ，簡稱ADI)，將論證和探究教學結合在一起，使得通過實驗教學培養(yǎng)學生探究能力、論證推理能力成為可能。而這一過程，最重要的執(zhí)行人員為一線教師，教師的教學能力和把控能力直接影響教學活動的進行。本文著重闡述ADI模型實施過程中教師的行為角色，以期對我國生物實驗教學和教師發(fā)展提出意見。

1 ADI教學模式簡介

2011年，Sampsen教授通過前后對比實驗，發(fā)現(xiàn)接受ADI教學模式的學生相比傳統(tǒng)實驗教學的學生有更強的訓練，有更強的論證能力[1]。

1.1 ADI教學的步驟 ADI實驗教學分為7個步驟[1]：①教師分析任務、介紹主題。教師通常會給學生發(fā)放講課提綱，其中包括研究問題、實驗材料、以及一些實驗建議。②生成數(shù)據(jù)。學生小組合作，為了解決先前提出的問題，制定研究方法(如實驗、系統(tǒng)觀察)并實施。③生成一個暫時性的論證，包括論點、證據(jù)以及中間的推理。學生需要理解科學知識并不是一成不變，必須通過合理的證據(jù)和推理去支持自己的主張。④辯論環(huán)節(jié)。小組之間分享各組的工作并通過互相評價來判定什么樣的結論是最有效和可接受的。⑤每個學生完成一個書面實驗報告。幫助學生學習用科學語言敘述問題，并加深對主題的理解。⑥對實驗報告進行雙盲審以提高質(zhì)量。這個過程加深學生對其工作的元認知，并讓學生判別證據(jù)有效性以及內(nèi)化批判性思維。⑦根據(jù)反饋修正實驗報告。提高學生用科學語言寫作、論證以及理解文本的能力。

1.2 教師在ADI模式與傳統(tǒng)實驗教學中的行為對比 美國生物學實驗教材(Argument-Driven Inquiry in biology lab investigation for grade 9～12)中闡述了教師的行為，其中提到：教師在ADI生物學實驗教學中最重要的角色是提供給學生學習資源，鼓勵學生思考在探究過程中對所完成實驗進行元認知的反思，而不是僅僅告訴學生做什么和怎么做，教師有責任讓學生對探究保持高標準，ADI過程中允許學生犯錯，同時鼓勵學生獨立高標準完成實驗[2]。該教材中列舉了ADI教學和傳統(tǒng)實驗教學中教師和學生行為之間的區(qū)別(表略)。

2 ADI教學模式與生物學核心素養(yǎng)的理念相吻合

2.1 ADI教學模式體現(xiàn)生命觀念的培養(yǎng) 在每一個ADI教學模式的案例中，都非常注重交叉概念教學(crosscutting concepts)。

以酶的實驗為例[2]，探究溫度和pH對酶活性的影響一直都是中學階段探究的重要主題。在ADI模式中，學生在對數(shù)據(jù)的解釋中會學習學科內(nèi)交叉概念：機制和解釋(反應原理)；能量和物質(zhì)(流動、循環(huán)、守恒)；結構和功能(分子的結構決定功能)。教材的很多案例中，都會涉及到這些學科內(nèi)交叉概念的解釋和運用，而這恰好與我國生物學科核心素養(yǎng)中的生命觀念內(nèi)容相吻合：可以幫助學生在較好地理解了生物學概念性知識的基礎上形成生命觀念，如結構與功能觀、進化與適應觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等，并能夠用生命觀念認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象。觀念的形成必然不是一朝一夕，只有讓學生在實踐的過程中，充分地運用這些概念，才可能滲透形成。

2.2 ADI教學模式挖掘理性思維的途徑 ADI教學模式通過設計實驗、開展實驗、收集數(shù)據(jù)、尋找邏輯、揭示規(guī)律，給理性思維訓練提供了一個絕佳的途徑，在做中體驗，得到的不僅僅只是理性思維的形式概念，更是怎樣運用理性思維去解決問題的方法，這是傳統(tǒng)實驗教學中最為缺失的一個環(huán)節(jié)。

2.3 ADI教學模式注重科學探究的訓練 ADI教學注重學生自己設計實驗，明了需要收集什么類型的數(shù)據(jù)、怎樣收集、怎樣分析，并嘗試解決以下問題：為了確定收集數(shù)據(jù)類型，需明確在實驗中自變量、因變量分別是什么？在實驗中需要運用怎樣的測量和觀察方式？為了確定怎樣收集數(shù)據(jù)，需要思考控制條件是什么？多久收集一次數(shù)據(jù)，何時收集？怎樣減小誤差？怎樣記錄和組織數(shù)據(jù)？為了明確怎樣分析數(shù)據(jù)，需要思考實驗組和對照組之間的差異是什么？有什么樣的推測？會制作怎樣的表格使得數(shù)據(jù)的組合更有意義？整個流程的訓練對于學生獨自進行科學探究有重要意義。

2.4 ADI教學模式重視社會責任的養(yǎng)成 從上述ADI的教學步驟中看到，學生小組之間的報告需進行同行審議，這就意味著每一位學生除了自己需要參與撰寫實驗報告以外，還需要對其他同學的報告進行評審并給出評價，這和真實學術界非常類似，論文即為表達自己主張的方式，同行審議能否通過則決定著該研究能否受到重視和認可。學生在給他人審議報告時，實則也在增添自身作為科學工作者的責任心，懂得科學是可以用來解決日常問題強有力的武器。ADI教學模式獨特的同行審議環(huán)節(jié)，立足于學生責任感，有助于學生養(yǎng)成社會責任意識。

3 ADI模式對實驗教學的啟示

在ADI教學模式中，教師應準備需對學生設計的多種實驗方案，并對學生的思路進行評價和預設，鼓勵學生完成。同時，教師應不再是灌輸實驗原理，而是讓學生通過實驗、討論來獲得對實驗原理的推論及驗證。ADI教學模式對教師的啟示主要有以下幾點：

3.1 注重引導學生對原理的追問 傳統(tǒng)的實驗教學中，更多的是學生被動地接受實驗方法和步驟，機械地按照步驟完成即可，而對原理的追問往往十分缺乏。例如，溫度對酶活性影響的實驗中，傳統(tǒng)教學會告訴學生：在一定溫度條件下，溫度越高，酶活性越強，超過最適溫度后，溫度越高，酶活性迅速降低，直至失活。ADI教學模式中教師則追問學生：為什么一定溫度條件下，溫度越高，酶活性越強？酶活性的強弱體現(xiàn)在酶催化反應速率的快慢上。酶催化反應本質(zhì)上是化學反應，化學反應的本質(zhì)為分子間的碰撞，溫度升高時，大多數(shù)化學反應速率都會加快，那么怎樣證明溫度越高，酶活性越強呢？通過學生的思考，課堂的形成性知識會更多。對原理的追問會讓學生對酶催化反應的本質(zhì)有了好奇心以及思考，而不僅僅是接受老師或教材的知識。

3.2 學生實驗技能是基本要求而非目的 以往教師更加注重學生有沒有按照正確的步驟完成實驗，將實驗技能的訓練作為實驗中重要的目的之一。ADI教學模式則是從一開始就將學生的實驗技能作為對學生的基本要求。學生必須對工具如何使用、使用技術、使用方法非常熟悉，才能進行“工具秀”，即學生向同學展示本次實驗所需的實驗器材、試劑等原理和使用方法，這要求學生有較強的實驗技能基礎。

3.3 關注學生科學寫作能力 除了口頭辯論，寫作也是體現(xiàn)學生思維的重要方式，是對學生元認知進行監(jiān)測的必要途徑。組織學生進行嚴謹?shù)目茖W寫作，對于教師的課前課中引導、課后評價都提出了高要求。科學寫作的過程以及評審都可作為對學生評價的依據(jù)。

3.4 加強教師實驗教學能力的發(fā)展 從ADI的過程及其教師的行為對比中可以看到，ADI的教學內(nèi)容主要在教師的引導下完成，學生需具備的基本科學素養(yǎng)，并不是一次實驗練習就可以達到，而需要教師日積月累對學生進行嚴格訓練才能實現(xiàn)。教師專業(yè)發(fā)展中一個重要內(nèi)容為加強教師能力的發(fā)展，與一般教學法知識相比，學科教學法知識更能幫助教師改善教學實踐和提高學生成績[3]。從上述ADI教學模式中教師角色變化可以發(fā)現(xiàn)：教師需要深刻理解實驗現(xiàn)象與結論之間的內(nèi)部邏輯，理解和關注科學本質(zhì)，能夠從微觀層面解釋原理，有科學方法的知識結構體系，具備過硬的實驗技能、實驗設計能力以及理解實驗過程能力；理解交叉概念并滲透給學生；預設學生可能的思維……這不僅涉及到教師的學科知識，也涉及教師對教育學知識的把握。教師的專業(yè)發(fā)展直接影響學生的學業(yè)發(fā)展。在提高學生科學素養(yǎng)口號不斷升溫的今天，提升教師專業(yè)素質(zhì)，規(guī)劃教師專業(yè)發(fā)展道路，才是第一要素。