論證探究式教學(xué)在初中生物學(xué)課堂中的實踐

蔡國盛

(浙江省臺州市路橋區(qū)東方理想學(xué)校 臺州 318055)

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方法。”在這一思想的指導(dǎo)下，課堂上教師組織學(xué)生開展科學(xué)探究活動已成為一種基本形式。但細(xì)心品味會發(fā)現(xiàn)很多的探究活動過于強(qiáng)調(diào)探究的要素，表面上進(jìn)行得很順利而且也能得出預(yù)想的結(jié)論，但學(xué)生的思考深度不夠，許多活動流于形式，本質(zhì)上卻與真實的科學(xué)探究相去甚遠(yuǎn)。課堂上難以開展真正的科學(xué)探究，一方面是由于大部分真實的科學(xué)實驗在操作難度和時間效用上很難引入課堂，但更多的是對探究活動設(shè)計本身、實驗現(xiàn)象或者所得結(jié)論缺少分析論證有關(guān)。教師往往將課堂探究活動設(shè)計得非常完備或者給予學(xué)生過多的幫扶、引導(dǎo)、限制，生怕過程中出現(xiàn)岔子或者得出預(yù)想之外的結(jié)果，進(jìn)而影響課堂中知識的達(dá)成和探究活動的順利開展。一個非常順利、沒有思維沖突、很快得出結(jié)論的探究價值如何？失敗的實驗就不“科學(xué)”嗎？這值得我們深思。而科學(xué)教育中實施論證探究式教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)知識的建構(gòu)、科學(xué)探究的深入開展以及學(xué)生思考與解決問題能力的培養(yǎng)[1]。所以在科學(xué)課堂上開展論證探究式教學(xué)具有非常重要的意義。

1 論證探究式教學(xué)課堂實踐模型解讀

論證由主張、證據(jù)以及聯(lián)系主張和證據(jù)的推理構(gòu)成。科學(xué)教育中的論證指使用推理、理論觀點(diǎn)和經(jīng)驗證據(jù)來辯護(hù)知識主張的過程，或者是不同個體之間的辯論過程。在科學(xué)課堂引入論證探究式教學(xué)是指師生之間和生生之間圍繞某一論題，利用實驗活動等科學(xué)方法進(jìn)行收集證據(jù)，運(yùn)用一定的論證方式，判斷、解釋、評價自己及他人的證據(jù)與論題之間的相關(guān)聯(lián)系并以此促進(jìn)相互間的思維碰撞與共享，進(jìn)而達(dá)成可普遍接受結(jié)論的活動過程[2]。

2009年，Sampson等人將論證環(huán)節(jié)整合到探究過程中并且融合了其他科學(xué)中常規(guī)的實踐活動，即論證探究式教學(xué)模型(argument-driven inquiry， ADI)。ADI教學(xué)模型包括八個階段： 即確定任務(wù)與問題；設(shè)計探究方法，收集數(shù)據(jù)；分析數(shù)據(jù)，形成初步論證；論證互動(如有需要，小組可重新收集數(shù)據(jù)及分析)；明確的反思性討論；撰寫研究報告；雙盲小組同伴評審；修改并上交研究報告[3]。論證探究式教學(xué)十分關(guān)注學(xué)生基于證據(jù)的論證，引導(dǎo)學(xué)生主動展示證據(jù)、闡述觀點(diǎn)，捍衛(wèi)或批駁某個觀點(diǎn)，是將一種理性交流、積極互動的教學(xué)方式結(jié)合到課堂探究活動中的教學(xué)方式。不過根據(jù)實際課題，在教學(xué)過程中并不是每一步驟都需要或者都能夠進(jìn)行。筆者在實踐中發(fā)現(xiàn)初中科學(xué)課堂探究活動中比較有效也比較適合進(jìn)行的論證探究式教學(xué)模式主要包含六個環(huán)節(jié)(圖1)。

圖1 論證探究式教學(xué)的基本環(huán)節(jié)

2 論證探究式教學(xué)的實踐探索

以初中生物學(xué)“植物的莖和物質(zhì)運(yùn)輸”導(dǎo)管知識的教學(xué)為例。

2.1 教材分析 本節(jié)課是浙教版科學(xué)八年級下冊第4章“植物與土壤”中第4節(jié)內(nèi)容。教材在植物的輸導(dǎo)功能對應(yīng)莖里輸導(dǎo)組織的內(nèi)容上，先讓學(xué)生初步觀察椴木枝條進(jìn)行簡單分層，然后結(jié)合模型圖片介紹木質(zhì)部和韌皮部里分別有導(dǎo)管和篩管進(jìn)行物質(zhì)輸導(dǎo)。在最后安排了探究莖中運(yùn)輸水分無機(jī)鹽部位的實驗： 即通過分別對兩根木本植物帶葉的莖除去樹皮、僅保留樹皮處理，然后再與一根正常的莖放入紅墨水。一段時間后通過觀察紅墨水能否輸送以及莖橫切面上紅色的部位證明莖中木質(zhì)部的導(dǎo)管運(yùn)輸水分和無機(jī)鹽。帶著“尋找莖中哪個部位運(yùn)輸水分”的任務(wù)開展探究看似效果不錯，但是由于讓莖充分吸水耗時長，這個實驗一般由教師提前做好，課堂僅做分析展示。學(xué)生的探究活動主要體現(xiàn)在對教材實驗設(shè)計解讀和對比觀察實驗結(jié)果，最后分析得出結(jié)論。不過單憑這個實驗結(jié)果就能夠證明“水分和無機(jī)鹽在莖木質(zhì)部的導(dǎo)管中能自下而上向枝端運(yùn)輸”的結(jié)論嗎？透過實驗本身分析發(fā)現(xiàn)： 對導(dǎo)管運(yùn)輸水分功能的探究是由間接的宏觀表象來充當(dāng)直接證據(jù)來證明微觀結(jié)構(gòu)的功能，所以“木質(zhì)部有導(dǎo)管”+“紅墨水經(jīng)過木質(zhì)部運(yùn)輸”跟“水分通過導(dǎo)管運(yùn)輸”還不能馬上劃上“=”。而且對于導(dǎo)管的概念及結(jié)構(gòu)認(rèn)知教材直接給出，也略有知識空降的意味。其實在很多課堂探究性活動上都有類似情況，編者以既有的學(xué)術(shù)認(rèn)知和知識體系安排教學(xué)活動，從學(xué)科的邏輯考量力爭做到活動的合理、高效，但卻對活動的過程設(shè)計或者結(jié)論的得出沒有給予學(xué)生親自論證分析的機(jī)會，也缺少必要的分享交流和質(zhì)疑，這不利于學(xué)生認(rèn)知動力和科學(xué)視角的培養(yǎng)以及科學(xué)知識的建構(gòu)。

2.2 學(xué)生認(rèn)知的分析 學(xué)生對科學(xué)的認(rèn)知往往基于對現(xiàn)有外部信息的獲取，初中生有很強(qiáng)好奇心、求知欲，渴望眼見為實，相比從教材直接獲取，他們更喜歡通過真實情境引發(fā)思考進(jìn)而進(jìn)行探究，也喜歡自己的想法得到別人的認(rèn)同或者發(fā)現(xiàn)并指出別人的漏洞。而且經(jīng)歷了頭腦風(fēng)暴建構(gòu)起來的知識會更加有血有肉、更有生命力。論證探究式教學(xué)活動就給了學(xué)生這樣一個機(jī)會去實踐類似科學(xué)發(fā)生的全過程。初中生對于生物器官具有何種功能是有一定生活經(jīng)驗和知識基礎(chǔ)的。他們更樂于親自參與科學(xué)發(fā)現(xiàn)活動的全程。若是照搬教材的這個探究活動，一方面缺少思維的碰撞，另一方面會讓學(xué)生產(chǎn)生一種錯覺： 原來科學(xué)探究也不過如此。這些都不利于學(xué)生科學(xué)發(fā)展觀的建立和科學(xué)素養(yǎng)的真正提升。所以對應(yīng)這節(jié)課的內(nèi)容，有必要在可能的條件下讓學(xué)生主動尋找莖中運(yùn)輸水分無機(jī)鹽的結(jié)構(gòu)并親自設(shè)計實驗驗證甚至親自看到導(dǎo)管。學(xué)生在此過程中進(jìn)行必要的論證分析并經(jīng)歷引發(fā)質(zhì)疑、修正方案重新探究的過程，這樣做能讓學(xué)生真正參與到這個過程并且親自得出結(jié)論，真正構(gòu)建出學(xué)生自己的知識。

2.3 教法分析 生物學(xué)課有關(guān)生物的結(jié)構(gòu)認(rèn)知教學(xué)以探究形式開展教學(xué)的很少，因為大部分動植物器官看得見摸得著，即便是對于構(gòu)成器官的各種組織，雖然不好直接觀察但還是可以利用圖片、模型、動畫多媒體技術(shù)等輔佐。教學(xué)上一貫的做法是向?qū)W生直接告知有什么結(jié)構(gòu)再認(rèn)知對應(yīng)功能。這樣做在落實知識上沒有任何問題，而且顯得直接明了，也一定程度上體現(xiàn)了生物結(jié)構(gòu)和功能相對應(yīng)的特點(diǎn)。即便有實驗，課程設(shè)置上更多的也是對生物功能方面進(jìn)行一些探究活動，并且大部分是以驗證性實驗方式進(jìn)行。這節(jié)課對植物莖中導(dǎo)管功能的研究，學(xué)生沒親見導(dǎo)管卻依著放大了的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)圖和染紅的木質(zhì)部就說這是導(dǎo)管在工作未免有些武斷，于是筆者設(shè)想讓學(xué)生親自打開關(guān)著“導(dǎo)管”的“黑盒”。把“莖中真的有管道嗎？”“這個管道真的是水的通道嗎？”這兩個直逼莖的輸導(dǎo)功能核心而且遞進(jìn)的關(guān)鍵性問題直接拋給學(xué)生，讓學(xué)生通過論證設(shè)計實驗方案并且在課堂中親眼觀察真正的導(dǎo)管和實證其輸運(yùn)水的功能。

2.4 教學(xué)思路設(shè)計 基本思路是先功能后結(jié)構(gòu)： 拿來植物先讓學(xué)生思考莖的作用，然后聚焦到莖的運(yùn)輸功能。由植物一天的耗水量引出莖可以高效輸送水分。真實情境引發(fā)問題： 莖中有怎樣的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效的輸送水分。討論并猜測莖中可能有專門的輸導(dǎo)水分的結(jié)構(gòu)。猜測橫切莖的切面上管道所在部位，并且通過顯微觀測證實或修正對管道口位置的認(rèn)知。然后，判斷開口是否即為運(yùn)輸水分的管道口，討論并設(shè)計方案進(jìn)一步驗證水分是否通過看到的管道進(jìn)行運(yùn)輸。最后縱切植物莖，尋找并觀察導(dǎo)管的外觀結(jié)構(gòu)，并驗證其功能(圖2)。

圖2 教學(xué)思路設(shè)計

2.5 課堂教學(xué)進(jìn)程 具體如下：

2.5.1 先功能后結(jié)構(gòu)，真實情景引發(fā)問題 教師在上課伊始拿來一棵小型木本植物，討論莖有何作用。學(xué)生根據(jù)已有認(rèn)知很快給出植物莖具有支撐和運(yùn)輸?shù)淖饔茫⑦M(jìn)一步分析給出水分、無機(jī)鹽以及有機(jī)物在主干莖中運(yùn)輸方向上的特點(diǎn)： 水分帶著無機(jī)鹽由根吸收自下而上送達(dá)枝葉，葉片光合作用生產(chǎn)的有機(jī)物自上而下供給根部需要。引導(dǎo)并聚焦到植物莖運(yùn)輸?shù)墓δ埽瑑深愇镔|(zhì)在主干莖中運(yùn)輸方向相反的特點(diǎn)的討論也為后續(xù)激發(fā)思考莖中存在運(yùn)輸有機(jī)物的專門通道——篩管做鋪墊。然后教師手拿三瓶礦泉水補(bǔ)充道： 科學(xué)研究表明，一株玉米一天通過莖要向上輸送三瓶左右的水，若像大樹這樣的植物它的莖一天需要輸送更多的水，這么多的水在莖中高效地運(yùn)輸，植物的莖需要怎樣的結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)呢？通過真實情境給出科學(xué)數(shù)據(jù)引發(fā)核心問題： 莖中有怎樣的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效地輸送水分?

2.5.2 引出論題，初步觀察 針對莖中有怎樣結(jié)構(gòu)才能高效地運(yùn)輸水分，有學(xué)生馬上想到了莖中可能有管狀的結(jié)構(gòu)。引出論題： 莖中有專門管道運(yùn)輸水分。接下來教師展示橫切的莖的圖片。詢問學(xué)生對于這一猜測的看法。如果有專門管道，在莖的橫切面上我們能看到什么？橫切莖面上可能有小孔的想法跑到了學(xué)生的腦海中。然后讓學(xué)生嘗試直接肉眼觀察尋找莖橫切面上的小孔。教師繼續(xù)追問： 單憑雙眼看不到說明什么？這上面到底有沒有小孔？部分學(xué)生搖頭，有學(xué)生補(bǔ)充說這是因為個管道太細(xì)小了所以肉眼看不見。初步肉眼的觀察肯定看不到導(dǎo)管，但能讓學(xué)生進(jìn)一步猜測導(dǎo)管很細(xì)小的特點(diǎn)，后面用顯微鏡觀察橫切的莖顯得很有必要。

2.5.3 搜集證據(jù)，設(shè)計實驗觀察 教師繼續(xù)追問： 如果莖中真的有管道，那么這些管道口分布莖橫切面的哪里？怎么樣才能讓我們觀察到它們？讓學(xué)生對導(dǎo)管分布有個預(yù)判，帶著問題去觀察。接下來教師現(xiàn)場拿來經(jīng)過課前精心篩選的、便于觀察的一種木本植物枝條進(jìn)行徒手切片，組織學(xué)生用顯微鏡低倍觀察莖的切片。學(xué)生很快看到了大量的小孔，并指出這些孔基本上分布在除了樹皮和中心外的區(qū)域。

2.5.4 闡釋觀點(diǎn)、辯論主張,引發(fā)進(jìn)一步的證據(jù)搜集根據(jù)剛才觀察到的小孔及分布特點(diǎn)，大部分學(xué)生認(rèn)為這些管道即運(yùn)輸水分的專門通道。這個小孔就是導(dǎo)管口，導(dǎo)管的分布也符合后續(xù)的介紹，探究活動到這里看似可以結(jié)束了，但是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄啃枰獙γ恳画h(huán)節(jié)進(jìn)行充分的論證，包括對結(jié)論的重新思考。于是教師繼續(xù)追問：“有沒有不同意見？你能確定水流經(jīng)過這些管道嗎？怎么辦？”學(xué)生有點(diǎn)犯難，陷入思考。教師提醒： 水是怎樣的一種液體？讓我們觀察起來有點(diǎn)困難。組織學(xué)生對結(jié)論進(jìn)行小組討論，不久有學(xué)生提出： 水是透明無色的液體，流過了之后很難看出痕跡，所以還不能說剛才看到的小孔對應(yīng)的管道是水的通道。既然透明無色的水不易觀察，學(xué)生很快結(jié)合七年級用紅墨水對洋蔥細(xì)胞染色的經(jīng)驗提出了讓植物枝條先吸一會兒紅墨水再拿來切片觀察的方案。引導(dǎo)學(xué)生對實驗的初步結(jié)論進(jìn)行論證，引發(fā)進(jìn)一步的證據(jù)收集并參與改進(jìn)實驗方案進(jìn)行重新實驗，力求探究的科學(xué)性、可靠性。于是，這種源于內(nèi)在思考的論證活動在科學(xué)課堂探究中真實地發(fā)生著。

2.5.5 獲得結(jié)論并進(jìn)一步觀察導(dǎo)管的結(jié)構(gòu) 通過用紅墨水處理過的枝條進(jìn)行再一次顯微觀察，學(xué)生果然看到了只有小孔及小孔所在的周邊位置被染紅，從而真正證實剛才的猜想。不過對莖中輸水的專門管道的探究活動還沒有真正結(jié)束。因為到這里為止學(xué)生只見管口不見管身。一種教學(xué)處理是給出圖片或模型進(jìn)行對導(dǎo)管知識的后續(xù)教學(xué)，不過學(xué)生顯然更想親眼看到導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)。不過現(xiàn)場切片觀察手中植物莖的導(dǎo)管存在一定困難。但教師在課前制作了大量可用來顯微觀察的莖中導(dǎo)管的切片成品。隨著這些莖切片在學(xué)顯微鏡下被學(xué)生觀察，一條條帶著螺絲紋路的管狀結(jié)構(gòu)映入學(xué)生的眼簾。經(jīng)過討論，集體展示紅墨水處理過的縱切莖的臨時裝片。面對看到的被紅墨水染紅的螺紋導(dǎo)管，學(xué)生一致認(rèn)為它像人體中運(yùn)輸血液的血管。此時，他們腦海中導(dǎo)管的形象鮮活了起來。接下來教師簡單補(bǔ)充導(dǎo)管類別等知識，讓在學(xué)生腦海中真實而又全面地建構(gòu)導(dǎo)管的概念。

3 初中科學(xué)論證探究式教學(xué)的價值淺析

論證過程是科學(xué)探究的核心實踐，它貫穿于科學(xué)探究的始終[4]。論證探究式是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生批判性思維的有效途徑。科學(xué)課堂的探究如果有機(jī)會讓學(xué)生進(jìn)行論證、解釋的建構(gòu)和證據(jù)評價的過程，從而給學(xué)生一個進(jìn)行相互交流、質(zhì)疑比較、暴露和修正的平臺，有利于提高學(xué)生科學(xué)探究、推理和批判思考等能力，也有利于學(xué)生對科學(xué)核心概念的建構(gòu)和對科學(xué)探究活動的深層理解與學(xué)習(xí)。

科學(xué)課堂進(jìn)行論證探究式教學(xué)其實不一定要還原真實科學(xué)實驗的每一步驟，但對一些重要環(huán)節(jié)進(jìn)行充分論證，能夠讓學(xué)生歷經(jīng)有理的探究過程，有利于培養(yǎng)科學(xué)思維和對科學(xué)本質(zhì)的進(jìn)一步理解。在教學(xué)中，教師要精心選擇論證主題，有效組織論證活動，培養(yǎng)學(xué)生的論證能力，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)。

論證不僅只是對自然現(xiàn)象成因的解釋，它在科學(xué)學(xué)習(xí)上還推動著認(rèn)知向較高的層級發(fā)展[5]。在科學(xué)課堂中開展論證探究式教學(xué)帶來的價值不僅止于提升學(xué)生的論證能力，更有助于學(xué)生真正科學(xué)核心素養(yǎng)的提高。