基于CER論證模型的生物創新實驗教學

周慶 吳新堯

摘要 介紹了如何將CER論證模型運用于生物創新實驗教學的一些做法，并嘗試建立了CER二次論證模型。

關鍵詞 CER論證論證式教學 生物學教學創新實驗實驗教學

中圖分類號C633.91

文獻標志碼B

1 引言

探究性學習是一種能體現學生主動性的學習方式，通俗地說就是讓學生自己思考做什么以及如何做，而不是接受現成的“科學真理”。學生有時雖經歷了科學探究過程，卻不等同于已經內化科學的思維方式。因此，在生物學教學中，教師可創設科學研究情境，以問題引導思維，激發學生聯系已有知識經驗，進行抽絲剝繭式的分析，提出可能、合理的猜想，并給出多方面需求證據以支持解釋猜想，這有利于發展學生的生命觀念和科學思維素養，培植以理性懷疑為內核的科學精神。

現行的生物學實驗教學，主要是向學生傳授各類實驗的操作技能及實驗原理，操作性目標較為突出，而思維性目標的達成則較為欠缺。在教材實驗的基礎上適當開展創新實驗，既有利于提高學生知識技能的遷移運用能力，也對學生內化科學探究思維，提升思維品質有著關鍵作用。

2 CER論證模型

論證是用一個或者一些真實的命題來確定另一命題真實性的思維過程。將論證運用于教學，可加深學生對所學知識的理解，凸顯學生在課堂教學中的主體地位，發展學生的科學思維，使學生學會像科學家一樣去思考和研究生物學問題。論證都是由論題、論據和論證方式三個要素組成。近幾年部分教師在教學中采用的論證方式主要是圖爾敏論述式模型，該模型包括主張、數據、依據、支持、限定條件和反例6個功能要素，其中前三項是基本要素。在圖爾敏論證模型的基礎上，為便于廣大師生實際操作，2006年麥克尼爾提出了CER論證模型（圖1）。該模型包含主張、證據和推理3個要素，相對簡單明了，適合初學者運用。

2.1 主張源于認知，完善于認知

主張是對某一現象的解釋或觀點，在認識事物的過程中該主張可能會逐步修正或強化。在進行生物創新實驗前，基于一定的理論和實驗基礎，學生形成了具有個體差異性的知識網絡。因此在實驗實施前，學生便會有自己的主張（猜想），而隨著實驗結果的呈現，這一主張可能得到強化，也可能被推翻并形成新的主張。例如，在“探究使楓葉呈現紅色的色素分布位置”時，學生便會主要形成兩種觀點：①分布于葉綠體，由于葉綠素分解而呈現出了類胡蘿卜素的顏色;②分布于液泡。

2.2 廣泛搜集證據，奠定主張基礎

證據是支持主張的、關于自然界的信息。在生物創新實驗中常用的證據常分為兩類：一類是學生自己直接動手進行實驗操作或調查的結果，屬于一手數據;另一類是實驗所采用的參考文獻等，屬于二手數據。

在開展“調查紅綠色盲的遺傳方式”這一活動時，學生會搜集到許多證據，包括：①本校有的色盲學生的雙親表現均為正常;②《溫州醫學院學報》顯示，我省某少數民族調查結果為男性發病率為4.7%，女性發病率0.4%;③本校女生紅綠色盲的家庭中，其父親均為色盲;④網絡數據顯示，母親為紅綠色盲，其兒子均為色盲;⑤本校高三年級色盲調查結果顯示，男生發病率為5.6%，女生發病率0.3%。其中證據②、④即為二手數據，對于這類證據如果有條件可進行檢驗，以確保證據的可信度，同時盡可能引用權威證據。

2.3 縝密邏輯推理，發展科學思維

推理是解釋證據如何支持主張的過程。通過推理，可以使證據和主張之間建立邏輯聯系。在初次接觸該模型時，教師可適當提供一些表達的例句和范式，促進學生闡釋自己的推理。在生物學創新實驗中，實驗結果的解釋和推理環節是比較有難度的部分，是對學生之前所學理論知識的綜合考量，可有效促進學生對科學概念的認知，發展科學思維。在推理過程中，有時會出現邏輯鏈斷裂情況。這時，教師需要引導學生通過進一步實驗或搜證以補全缺失環節。

在實施創新實驗“探究種子萌發過程中有機物含量變化規律”時，學生通過實驗后，根據得到的諸多證據會提出很多問題。例如，有機物含量的變化應該選擇什么指標？有機物含量的變化是什么引起的？為什么蠶豆種子鮮重增加，而干重減少？針對前兩個問題，絕大部分學生結合細胞呼吸的知識可以順利對現象予以解釋，從而強化自己的主張。但是，為什么花生種子在萌發初期鮮重和干重均會增加？這一問題的出現會讓許多學生的邏輯鏈斷裂，此時，教師可引導學生借助媒體資源或高等學校教材進一步搜證。通過搜證，學生聯系己學知識，提出了有機物種類轉化、大分子水解等新的推斷。這一系列指向證據的提問有助于學生理解現象背后所蘊含的生物學原理，同時通過縝密地推理，也又有助于學生充分理解細胞呼吸的概念和意義。

3 基于CER的二次論證模型運用示例

在學習“物質出入細胞的方式”一節時，由于“質壁分離及復原”知識點的重要性，所有生物教師都會強調：植物細胞在一定濃度的KN03溶液中可發生質壁分離并自動復原。那么，什么原因導致植物細胞質壁自動復原了呢？在讓學生提出主張前，教師先播放視頻，展示紫色洋蔥鱗片葉在20%的KN03溶液中發生質壁分離及自動復原的實驗情況。通過展示，使學生確信在KN03溶液中可發生質壁分離及自動復原。如此操作的意圖是讓學生明白，主張的提出不是臆想的過程，也是必須基于一定的科學事實和證據。同時，所采用的證據也要經得起檢驗。

究竟是什么原因引起了質壁分離后發生自動復原？基于學生原有認知，學生提出了自己的主張（圖2）。

針對學生普遍認同的主張，教師可引導學生質疑，讓學生想想還有沒有其他的可能性。經過暢所欲言環節后，學生會提出一些新的主張：

①主要是通過吸收k+，導致質壁分離自動復原;

②主要是通過吸收N03，導致質壁分離自動復原;

③細胞內大分子水解成小分子，導致質壁分離自動復原。

面對這些新的主張，教師很難逐一搜證檢驗，因此某些存在漏洞的主張可引導學生通過互相討論反駁予以淘汰。基于單一變量原則和實驗室條件，學生最終選擇了質量分數為20%的KN03溶液、NaN03溶液、KCI溶液、NaCI溶液等進行檢驗。通過實驗，發現KN03溶液和NaN03溶液均可引起質壁分離及自動復原，而KCl溶液和NaCl溶液只能引起質壁分離。由此提出新的主張，即“主要通過吸收硝酸鹽，導致質壁分離自動復原”。修正后的主張是否科學，有條件的話可進一步檢驗，以增強主張的說服力。

需要指出的是，在生物創新實驗中，培養學生的創新質疑能力至關重要。因此，引導學生們多角度質疑是培養學生發散思維和質疑精神的關鍵。而與常規課堂中論證式教學最大的不同，便是在創新實驗過程中可針對質疑內容進行新一輪的實驗搜證，而不是局限于教師給定文本證據（圖3）。

4 結語

生物學理論知識的學習是為了運用，而運用又與創新和論證密切相關。因此，在生物創新實驗的教學過程中開展論證式教學有其必要性。同時，教師根據生物創新實驗實際需要，運用CER論證模型進行二次乃至多次論證，也可有效培養學生的實驗創新能力，發展學生的科學思維和科學探究素養。

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版）[S].北京：人民教育出版社，2018： 3-5.

[2]許桂芬，基于科學思維發展的“有氧呼吸的過程”論證式教學[J].生物學教學，2018，43（8）：40-43.