基于ADI理念的混合教學(xué)模式及其在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
——以“pH對(duì)酶活性的影響”探究實(shí)驗(yàn)為例

阮 薇 楊月梅

（福建師范大學(xué)第二附屬中學(xué) 福建福州 350015）

論證驅(qū)動(dòng)探究式教學(xué)模式（Argument-Driven Inquiry instructional model，ADI）以科學(xué)論證為中心，驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究學(xué)習(xí)。在該教學(xué)模式中，學(xué)生在教師引導(dǎo)下圍繞某一問題展開科學(xué)探究和論證過程，通過設(shè)計(jì)探究方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、收集分析數(shù)據(jù)形成主張、開展小組論證、反思討論、撰寫報(bào)告、盲審評(píng)議、修改報(bào)告等環(huán)節(jié)，經(jīng)歷類似真實(shí)性的科學(xué)研究過程。ADI模式強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生能利用合理的論據(jù)進(jìn)行推理和論證，提升學(xué)生的科學(xué)思維。這種教學(xué)模式含有“科學(xué)探究”和“科學(xué)思維”兩大關(guān)鍵詞，符合高中生物學(xué)新課程的基本理念。將線上線下混合教學(xué)模式與ADI教學(xué)模式相融合，結(jié)合人教版高中生物學(xué)教材（2019年版），旨在探索如何有效利用信息技術(shù)深入培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和論證能力，為培養(yǎng)高中學(xué)生的探究能力和論證能力提供借鑒。

1 基于ADI理念的混合教學(xué)模式的基本思想和實(shí)施流程

基于ADI理念的混合教學(xué)模式是從線上線下混合教學(xué)模式出發(fā)，借鑒ADI理念，構(gòu)建出基于ADI理念的混合教學(xué)模式，是一種新型探究教學(xué)模型（圖1）。

圖1 基于ADI理念的混合教學(xué)模型

基于ADI理念的混合教學(xué)模型將重點(diǎn)放在主張、論據(jù)及二者相關(guān)性的邏輯推理關(guān)系上，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)打破時(shí)間和空間對(duì)教學(xué)的束縛，將科學(xué)探究和科學(xué)論證在課前、課中、課后3個(gè)階段進(jìn)行有效貫穿，通過小組討論確定探究主題和任務(wù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證、收集分析數(shù)據(jù)，形成初步主張、質(zhì)疑辯駁、論證討論、完善探究方案、繼續(xù)論證、修正主張、撰寫研究報(bào)告、審議討論等環(huán)節(jié)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)論證的能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

2 基于ADI理念混合教學(xué)模式的探究實(shí)驗(yàn)“pH對(duì)酶活性的影響”教學(xué)過程

探究實(shí)驗(yàn)“pH對(duì)酶活性的影響”是高中生物學(xué)必修課中學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一.教師開展基于ADI理念的混合教學(xué)模式，達(dá)成了較好的教學(xué)效果。

2.1 確定探究主題，收集資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

本探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案對(duì)高一學(xué)生而言難度大，若直接在實(shí)驗(yàn)課堂完成，則后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究時(shí)間少，因在實(shí)驗(yàn)課前完成此實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。教師課前將學(xué)生分組，在學(xué)生群里上傳相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)單（表1）降低探究實(shí)驗(yàn)難度。學(xué)生以探究小組為單位查閱資料，討論完成相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)單。教師幫助學(xué)生建立新舊知識(shí)的聯(lián)系，明確探究任務(wù)和要求，引導(dǎo)學(xué)生討論并修正相應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案，為學(xué)生后續(xù)實(shí)驗(yàn)和論證活動(dòng)順利開展提供資料。學(xué)生聯(lián)系已有知識(shí)，分析資料，提出不同主張，如過酸環(huán)境或過堿環(huán)境均會(huì)降低酶的活性（主張1）、在一定的堿環(huán)境中酶的活性會(huì)隨著pH的增大而增大（主張2）、在一定的酸環(huán)境中酶的活性會(huì)隨著pH的減小而增大（主張3）等。實(shí)驗(yàn)材料不使用教材實(shí)驗(yàn)中的豬肝，而選擇土豆、香蕉、胡蘿卜（含有過氧化氫酶，且取材容易操作方便）為本次實(shí)驗(yàn)材料，確定合適的pH梯度區(qū)間為3-11。各小組借助學(xué)習(xí)任務(wù)清單初步完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，查閱資料，了解需要的實(shí)驗(yàn)用品，并在實(shí)驗(yàn)課前將實(shí)驗(yàn)用品清單報(bào)備給教師。

表1 “pH對(duì)酶活性的影響”探究實(shí)驗(yàn)任務(wù)清單

2.2 確定研究方案，開展課堂實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)

課前，教師收集學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，給予學(xué)生針對(duì)性的修改建議，指導(dǎo)其初步完善實(shí)驗(yàn)方案的撰寫。教師在收集方案時(shí)，要注意收集較完善型和有缺陷型兩類，以便后續(xù)課堂分析、討論。

例如，實(shí)驗(yàn)課堂上教師通過網(wǎng)絡(luò)同屏技術(shù)可呈現(xiàn)部分小組撰寫的方案設(shè)計(jì)思路（表2），引導(dǎo)學(xué)生討論比較不同方案的差異性。

表2 部分小組的設(shè)計(jì)方案（酸性環(huán)境對(duì)酶活性的影響）

在上述典型實(shí)驗(yàn)方案的討論中，為了后續(xù)探究和論證活動(dòng)的順利開展，教師需要設(shè)立系列支架問題引導(dǎo)學(xué)生思考本小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：本探究實(shí)驗(yàn)的自變量是什么，如何設(shè)置？因變量有哪些，如何控制？因變量是觀察現(xiàn)象，還是用具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)？對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組如何設(shè)置？數(shù)據(jù)怎樣記錄？實(shí)驗(yàn)操作步驟需要注意哪些事項(xiàng)？數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式是什么？如何分析數(shù)據(jù)？

各個(gè)小組，學(xué)生開展經(jīng)過深入分析與討論，修改論證具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟。教師巡視指導(dǎo)。在教師認(rèn)可小組方案后實(shí)驗(yàn)探究，收集相關(guān)數(shù)據(jù)。

本環(huán)節(jié)在論證活動(dòng)中至關(guān)重要，教師要引導(dǎo)學(xué)生完成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)原則，以避免不必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，使學(xué)生能明確實(shí)驗(yàn)探究原則和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟，有利于后續(xù)論證的順利推進(jìn)。

2.3 收集分析數(shù)據(jù)進(jìn)行論證

學(xué)生在具體的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后收集數(shù)據(jù)，由小組代表進(jìn)行匯報(bào)。不同小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝備有差異（圖2、圖3）。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑性思考：分析數(shù)據(jù)時(shí)，分析的是測(cè)量的數(shù)據(jù)（如U型管中液滴的移動(dòng)距離、氣壓的變化等），還是觀察數(shù)據(jù)（如試管中氣泡數(shù)量多少等）？小組收集數(shù)據(jù)的方法是什么，理由是什么？學(xué)生在紙上或電子白板上構(gòu)建出初步論證關(guān)系，包括主張、論據(jù)和二者推理關(guān)系等。學(xué)生通過收集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開展論證。例如，討論利用圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置在某一個(gè)pH獲取土豆中過氧化氫酶活性數(shù)據(jù)（利用圖2實(shí)驗(yàn)裝備）時(shí)，學(xué)生對(duì)于選擇的時(shí)間點(diǎn)存在分歧：

圖2 評(píng)估氣泡產(chǎn)生速率的U型管裝置

圖3 評(píng)估氣泡產(chǎn)生速率的壓力計(jì)裝置

學(xué)生1：選擇第7分鐘的紅色液滴移動(dòng)距離（主張）。因?yàn)榈?分鐘時(shí)紅色液滴移動(dòng)距離不再增大（實(shí)驗(yàn)證據(jù)），說明過氧化氫酶的催化反應(yīng)結(jié)束，化學(xué)反應(yīng)速率不再隨時(shí)間而改變（理由）。

學(xué)生2：我不同意，我選擇第2分鐘的紅色液滴移動(dòng)距離（主張）。從數(shù)據(jù)曲線上，發(fā)現(xiàn)2 min后該曲線斜率出現(xiàn)下降（證據(jù)），說明酶的催化能力下降。這有可能不是pH環(huán)境引起的，本實(shí)驗(yàn)的自變量是pH，為排除其他因素的干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我選擇第2分鐘的數(shù)據(jù)（理由）。

學(xué)生3：我同意選擇第2分鐘的數(shù)據(jù)（主張）。本實(shí)驗(yàn)是探究pH對(duì)酶活性的影響，需要嚴(yán)格控制無關(guān)變量對(duì)自變量的影響，盡量保證無關(guān)變量相同且適宜，因此該化學(xué)反應(yīng)的最初反應(yīng)速率能代表在該環(huán)境中酶活性的相對(duì)值（理由）。

教師引導(dǎo)學(xué)生統(tǒng)一主張：最后經(jīng)過論證討論，學(xué)生一致同意選擇第2分鐘的紅色液滴移動(dòng)距離代表該pH環(huán)境中過氧化氫酶活性的相對(duì)值。

學(xué)生通過以上真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程獲取真實(shí)的數(shù)據(jù)，利用論證框架，努力尋找主張與論據(jù)之間的聯(lián)系，初步完成論證過程，增加了學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)邏輯思維的培養(yǎng)和論證能力的培養(yǎng)。

2.4 繼續(xù)質(zhì)疑、辯駁，提出新問題，再次實(shí)驗(yàn)探究

教師引導(dǎo)學(xué)生開展小組間辯論，學(xué)生在聆聽中分析判斷其他組成員分享的內(nèi)容是否具備科學(xué)性。教師可以通過以下問題推進(jìn)論證會(huì)議，引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑性思考：分析數(shù)據(jù)的方法是什么？是否出現(xiàn)不能支持主張的數(shù)據(jù)？解釋合理嗎？

例如，學(xué)生對(duì)土豆中過氧化氫酶最適pH的確定進(jìn)行論證討論的過程：

學(xué)生1：我認(rèn)為pH環(huán)境會(huì)影響過氧化氫酶活性（主張）。從曲線看，當(dāng)pH為8時(shí)紅色液滴移動(dòng)距離是最大的（證據(jù)），所以過氧化氫酶最適pH為8。

學(xué)生2：我不贊同上述觀點(diǎn)。過氧化氫酶最適pH不一定為8（辯駁）。

學(xué)生1：我們小組分析數(shù)據(jù)曲線，發(fā)現(xiàn)過氧化氫酶活性在pH為3-8逐漸增大，而在pH為8—11逐漸減?。▽?shí)驗(yàn)證據(jù)）。而過酸或過堿的環(huán)境會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)（理由），因此由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知過氧化氫酶最適pH為8。

學(xué)生3：我們小組認(rèn)為過氧化氫酶最適pH為6-9。因?yàn)樵趐H為6-8時(shí)，過氧化氫酶活性可能會(huì)先增大后降低，也有可能在pH為8-9時(shí)酶活性會(huì)出現(xiàn)先增大后降低（辯駁理由）。

學(xué)生4：我懂了。若縮小pH區(qū)間進(jìn)一步探究酶的最適pH，則本實(shí)驗(yàn)需要繼續(xù)在pH為6-9區(qū)間設(shè)置多個(gè)系列梯度pH實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行探究，進(jìn)一步測(cè)定酶活性大小并比較，進(jìn)而確定最適pH。

學(xué)生5：理論上是可以確定酶的最適pH。但是我們做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能無限接近最適pH，而且在pH為6-9區(qū)間設(shè)置多個(gè)系列梯度pH，實(shí)驗(yàn)組之間的pH差距很小，如果直接用肉眼觀察紅色液滴的移動(dòng)距離，很難分辨（辯駁理由）。

學(xué)生1：所以要獲取更精確數(shù)據(jù)，需要更精確的儀器測(cè)量才行。

教師引導(dǎo)學(xué)生統(tǒng)一主張：在實(shí)驗(yàn)設(shè)備滿足的條件下，需要在pH為6-9區(qū)間設(shè)置多個(gè)系列梯度pH，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。

各小組對(duì)相應(yīng)問題進(jìn)行反思討論，對(duì)新出現(xiàn)的問題修正、繼續(xù)實(shí)驗(yàn)探究，完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

學(xué)生通過論證聆聽辯論會(huì)，激發(fā)了思維，促進(jìn)深度思考，培養(yǎng)了信息分析整合、邏輯推理、語言表達(dá)等能力，提升了科學(xué)探究和科學(xué)思維的素養(yǎng)。

2.5 修正完善主張，得出結(jié)論

學(xué)生改進(jìn)收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的方法，不斷通過探究實(shí)驗(yàn)得到新證據(jù)，在真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完善主張，進(jìn)而得出本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：pH會(huì)影響酶活性，在最適pH下酶活性最大，低于最適pH，酶活性隨著pH的減小而降低，高于最適pH，酶活性隨著pH的增大而降低，過酸或過堿環(huán)境則會(huì)破壞酶的空間結(jié)構(gòu)使酶永久失活。

學(xué)生經(jīng)過質(zhì)疑、辯論、反思、實(shí)驗(yàn)，有助于構(gòu)建一個(gè)完整且科學(xué)的論證過程，對(duì)其理解科學(xué)本質(zhì)的和提升科學(xué)探究能力均有極大的促進(jìn)作用。

2.6 撰寫研究報(bào)告、審議、修改

論文寫作是科學(xué)研究的必要手段，科學(xué)家在研究報(bào)告中闡述所完成的實(shí)驗(yàn)過程和獲得的研究結(jié)論，同時(shí)評(píng)估他人的研究成果。課后教師，課后可通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)布置研究報(bào)告撰寫任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生圍繞以下問題撰寫：你的研究課題是什么？你是怎么研究的？論證過程是什么？研究的結(jié)論是什么？教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提供論文的撰寫模板，以供學(xué)生參考。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與教師交流撰寫心得、提交報(bào)告，教師除去小組人員姓名打印為紙質(zhì)材料，再以盲審形式分發(fā)給其他小組匿名評(píng)審，評(píng)審的標(biāo)準(zhǔn)參考表3。各小組將盲審后的研究報(bào)告依據(jù)修改建議進(jìn)行再次修正完善，由教師完成終審評(píng)定。若小組仍需修改，則需完善直至符合評(píng)審要求。

表3 科學(xué)論證能力評(píng)議參考標(biāo)準(zhǔn)

該過程是基于ADI理念的混合教學(xué)模式的最后一環(huán)節(jié)。學(xué)生通過審閱評(píng)語他人的報(bào)告，反思并修正自身的論證流程，不僅提升了閱讀及應(yīng)用寫作能力，進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，還提升了科學(xué)論證思維、批判思維、邏輯推理等高階思維力。教師能及時(shí)收集反饋內(nèi)容，為后續(xù)教學(xué)計(jì)劃提供參考。

3 小結(jié)與反思

在ADI教學(xué)模式中，教師引導(dǎo)學(xué)生在探究中進(jìn)行論證研究；學(xué)生針對(duì)一個(gè)議題參與小組討論提出初步主張，確定并設(shè)計(jì)研究方案，在方案實(shí)施中積極為自己的主張尋找證據(jù)，在論證會(huì)中經(jīng)歷質(zhì)疑、辯駁，也可以在報(bào)告撰寫和審議過程中產(chǎn)生新的問題，推動(dòng)探究活動(dòng)的繼續(xù)進(jìn)行，直至完善主張。學(xué)生在這個(gè)過程中如科學(xué)家一樣，經(jīng)歷了獲取并建構(gòu)知識(shí)的過程，提升了學(xué)習(xí)積極性。ADI教學(xué)模式與線上線下混合教學(xué)模型的合理融合，能極大利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)深度進(jìn)行論證研究，同時(shí)打破時(shí)間和空間限制，提高了生物課堂的教學(xué)效率。

教學(xué)實(shí)踐證明：與傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，基于ADI理念的混合教學(xué)模型充分發(fā)揮了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育功能，不僅能將探究實(shí)驗(yàn)與文本閱讀、報(bào)告撰寫等任務(wù)結(jié)合，還突出科學(xué)論證在獲取新知中的重要性，有利于學(xué)生對(duì)生物學(xué)學(xué)科核心概念的深度理解，親身體驗(yàn)到科學(xué)實(shí)踐的重要性，能充分體現(xiàn)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的諸多要素。該教學(xué)模型理論結(jié)構(gòu)較簡單，步驟明確，操作性強(qiáng)，將其應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以幫助中學(xué)教師順利實(shí)施論證教學(xué)活動(dòng)。