基于論證探究式教學模式的高中生物學實驗教學研究

林靖哲

摘 要：論證探究式教學模式（以下簡稱ADI教學模式）是將論證與探究活動相融合的一種教學模式。學生在該模式的引導下，逐步完成自主設計方案、獲取數據、論證推理、形成報告等步驟，在此過程中深入理解科學知識，提升科學論證能力。將ADI教學模式引入高中生物學實驗課堂，有利于深化學生對高中生物學抽象知識點的論證探究學習，培養學生推理論證等科學思維方法，提升其科學探究能力，促進核心素養的形成。

關鍵詞：論證探究式教學模式；高中生物；實驗教學

《普通高中生物學課程標準》明確指出，生物學科應高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，學生通過探究性學習活動，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養創新精神。

ADI教學模式以建構主義理論和認知學習主義理論為基礎發展而來，它將科學探究活動與教學實踐有機地結合起來，通過引導學生主動參與論證和探究，從根本上改變傳統課堂中教師灌輸式教學模式[1]。ADI模型在高中生物學實驗教學中的應用，將引領課堂從“內容—過程”逐步朝“證據—解釋”的方向發展[2]。

基于此，本文把ADI教學模式引入實驗課堂，對如何在高中生物學實驗教學中應用ADI教學進行探索，通過開展ADI活動為一線教育工作者培養學生的科學論證和探究能力提供新思路。

一、ADI教學模式概述

（一）ADI教學模式的內涵

ADI教學模式是一種將論證融于科學探究中的新型教學模式[3]。它將論證和探究結合在課堂教學中，其重點在于引導學生設計出解決問題的方案，學生通過收集和分析數據等過程，逐步掌握科學論證的方法，加深對科學內容的理解，逐漸形成科學探究的系統思維，提升論證推理和表達能力[4]。

（二）ADI教學模式的步驟

2008年，為促進學生理解科學概念，發展其論證推理能力，Sampson（桑普森）等人通過對多個論證教學框架的歸納，首次提出以建構主義為基礎的7個階段的ADI教學模式[5]。2012年，Grooms（格魯姆斯）團隊在其基礎上進行了一定的調整和完善，提出新版ADI教學模式，包括以下8個階段：

階段1：明確任務和問題，開展“工具對話”

教師通過生物學現象等創設情境，激發學生興趣的同時，引導學生回憶相關舊知，導入將要開展的實驗活動。學生根據情境提出研究問題，明確學習任務。此外，教師要引導學生掌握實驗材料和儀器的使用方法，以期學生能夠自主地設計、實施方案。

階段2：設計方案與收集數據

學生以小組合作學習的方式進行探究，設計實驗方案獲取相關數據。教師引導學生思考以下問題：一是需要獲得哪些數據，即明確因變量及所收集的數據類型；二是如何獲取這些數據，即明確自變量及其控制方法；三是怎樣分析處理數據，如數據如何呈現。

階段3：分析數據，嘗試初步論證

以小組為單位，基于所收集到的數據進行分析推理。分析數據時首先要清楚數據的類型，包括觀察的現象及測量的數據。在分析數據的基礎上引導學生構建論證，包括主張、證據和推理過程。

階段4：論證會議

小組發言人公開展示數據及獲取方法，基于證據進行論證推理，其他小組成員可質疑，指出匯報小組所陳述的證據或論證中的不足之處。

階段5：反思討論

教師引導學生反思論證會議中提出的問題，指導學生及時修正獲取證據的方案或論證推理的過程，縮小組間差距，實現教學目標。

階段6：書寫研究報告

學生自主完成研究報告，內容包括研究目的、收集數據的方案，及論證推理過程。

階段7：雙盲評議

教師組織小組間對研究報告進行雙盲評議，學生根據教師提供的評議標準進行評估，提供修改建議。

階段8：修訂提交報告

學生結合評議中提出的問題和建議，將報告修繕后，呈交給教師。

此外，有研究者提出，教師不必機械復制ADI教學模式的步驟，應在考慮學情的基礎上靈活實施。ADI教學模式的精髓在于以問題為核心，基于探究活動獲取證據，基于證據進行推理論證，在小組互評中通過表達促進對學科的深入理解[6]。

二、ADI教學模式應用于高中生物學實驗教學的意義

本研究的理論意義在于，ADI教學模式通過關注學生新舊知識之間的聯系，幫助學生建立系統的知識框架，學生主動探究科學問題，掌握新知。因此，將該模式應用于高中生物實驗教學中，可以為建構主義學習理論及發現學習理論提供案例支撐。

本研究的實踐意義主要體現在兩個方面，一是提升學生的核心素養，二是為一線教師使用ADI教學模式提供參考依據和案例。ADI模式注重引領學生進行“論證”和“探究”，將其應用于高中生物學實驗教學，能夠幫助學生在掌握實驗原理、方法及過程的基礎上，訓練和提高學生的科學探究能力，逐步形成科學論證的思維模式，培養學生的生物學核心素養。此外，ADI教學模式將課堂劃分為8個步驟，逐步引導學生走上實驗探究之路，體驗論證過程，提高實驗課堂的效率。因此，ADI模型不僅可用于培養學生的論證思維，還為高中生物學實驗教學提供了一種新的教學模式。

三、ADI教學模式在高中生物學實驗的教學案例設計

（一）案例選擇

課程標準中的次位概念指出，概述細胞都由質膜包裹，質膜將細胞與其生活環境分開，能控制物質進出，參與細胞間的信息交流[7]。其中，學生較難理解細胞膜控制物質進出細胞的作用，而教材也未做過多解釋。高一的學生思維活躍，有較強的觀察、實踐能力和一定的生物學基礎，對探索生物學現象的內在原因充滿熱情，但在設計實施實驗方案上缺乏經驗[8]。基于此，確定實驗課題為“鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性”，該實驗雖為驗證性實驗，但可以通過提供多樣的實驗素材，引導學生設計開放性的實驗方案挖掘其探究性價值。學生通過ADI活動深入理解生命觀念的同時，可以更好地掌握實驗探究過程，明確單一變量原則、對照原則等，發展探究精神和科學論證能力。

（二）教學目標

1.能夠以結構與功能相適應的觀念，設計實驗鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性，認識到進行各項生命活動的前提是保持細胞結構的完整性。

2.能夠通過小組合作探究，根據提供的實驗器材設計實施實驗方案，運用科學術語記錄實驗結果。

3.能夠利用所學知識分析實驗結果，通過邏輯推理闡明個人立場或質疑他人實驗合理性。

（三）教學過程

階段1：明確任務和問題，開展“工具對話”

教師介紹鑒別動物細胞是否死亡常用臺盼藍染液。用它染色時，死細胞會被染成藍色，而活細胞不會著色。同時，教師引導學生根據生物現象提出問題：為什么活細胞不能被染色，而死細胞能被染色？據此推測，細胞膜作為細胞的邊界，應該具有什么功能？學生明確探究任務：設計實施一個實驗，鑒定活細胞的細胞膜具有選擇透過性。

教師要引導學生掌握實驗材料和儀器的使用方法。實驗器材包括：新鮮的紅色月季花、白蘿卜、洋蔥、質量分數為30%的蔗糖溶液、質量分數為15%的鹽酸、紅墨水、清水、電熱水壺、燒杯若干、記號筆、量筒、蓋玻片、載玻片、吸水紙、刀片、鑷子等。

階段2：設計方案與收集數據

學生分組，一組4人，設計實驗方案。教師引導學生思考以下問題：在實驗過程中收集什么數據？如何獲取這些數據？對照組和實驗組如何設置？

學生自主設計實施的實驗方案部分如下：

實驗方案一

1.選取兩只大小相同的燒杯，分別用馬克筆標注甲、乙；

2.分別在甲、乙兩只燒杯中加入等量的清水和熱開水；

3.選取等量的紅色月季花瓣，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經過相同時間后觀察花瓣顏色變化。

實驗結果：甲燒杯中的花瓣仍為紅色，溶液無色；乙燒杯中的花瓣顏色變淺，溶液變紅。

實驗方案二

前兩步同方案一。

3.切取大小、長度都相同的白蘿卜條，分別放入甲、乙兩只燒杯中，經過相同時間處理；

4.取出白蘿卜條，放入紅墨水中作用2min，取出切開，觀察切面顏色。

實驗結果：甲組蘿卜條內部仍為白色；乙組蘿卜條內部被紅墨水浸染。

實驗方案三

前兩步同方案一。

3.將兩瓣形態大小相似的洋蔥，分別放入甲、乙兩燒杯中，經過相同時間處理；

4.制作洋蔥外表皮裝片，進行質壁分離實驗。

實驗結果：甲組洋蔥外表皮細胞發生質壁分離現象，乙組洋蔥外表皮細胞不發生質壁分離現象。

階段3：分析數據，嘗試初步論證

教師引導學生整理數據，包括測量得到的數據（如溫度、時間等），及觀察到的實驗現象（如顏色變化、質壁分離情況等）。教師指導學生在獲取的數據基礎上，結合理論框架，嘗試進行初步論證，主要包括主張、證據和推理過程。以實驗方案一為例，學生的論證過程如下：

1.提出主張：活細胞的細胞膜具有選擇透過性，死細胞的細胞膜失去選擇透過性。

2.實驗獲得的證據：放在清水中的紅色月季花瓣的顏色和水的顏色都不變；放在鹽酸中的紅色月季花瓣的紅色變淺，溶液的顏色逐漸變紅。

3.推理過程：紅色月季的花瓣中含有的紅色色素是大分子物質，正常情況下，是不能穿過液泡膜和質膜到達胞外的。當細胞處于熱開水中時，細胞膜的選擇透過性被破壞，紅色色素到達細胞外。

階段4：論證會議

在開始論證會議前，教師提示學生思考以下問題：該數據可以用來支持主張嗎？證據是否科學合理？觀點是否與公認的科學理論一致？接下來引導學生開展組間輪回賽，小組之間進行辯論。各組指派一名發言人，向全班匯報本組的實驗設計思路，進行實驗分析論證。其他組同學認真傾聽匯報要點，及時記錄下質疑點，在該組匯報完成后逐一提出，如收集的數據是否合理？分析數據的方法是否科學？論證的過程是否有效？在聆聽其他小組成員的質疑后，匯報小組可選擇“同意”或進行“辯駁”。

階段5：反思討論

各小組成員根據在匯報中發現的問題，反思、討論實驗的不足之處，通過組內商議重新修正、完善實驗論證，或改進收集數據的方法。

階段6：書寫研究報告

教師引導學生撰寫實驗報告，包括實驗目的、實驗原理、實驗方案、論證過程、實驗結論。

階段7：雙盲評議

各小組完成實驗，上交實驗報告，教師將實驗報告隨機交換后分發給各小組，引導學生對其他小組的實驗報告進行評審，包括是否用科學的術語描述實驗過程，是否用正確的形式表達實驗結果，展示的證據是否充分有效，推理是否充分合理等。在評審過程中為沒有達到標準的小組提供具體建議。

階段8：修訂提交報告

教師對學生的實驗報告進行二次評審，學生結合評議中提出的問題和建議，修繕報告后遞交。

（四）教學評價

本節課在實驗材料的選擇上盡可能做到多樣性，在過程的設計上盡可能做到開放性，引導學生自主設計解決研究問題的實驗方案，掌握科學探究的正確方法，包括確定自變量及其控制方法，獲取并分析數據，在交流中論證、質疑，批判性地思考其他同學給出的建議與實驗方案的改進，逐漸掌握科學論證的方法，促進對科學內容的理解，增強創新意識和能力，形成更優秀的推理能力和更積極的科學態度。

有的學生反饋，通過本節課的學習，他們對同一個實驗有了更多不同的想法，提升了與同學的合作交流的能力，增加了對生物學科的興趣。在沒有達到預期的實驗結果時，他們感受到了實驗操作規范嚴謹的重要性。更重要的是，在課本平鋪直敘的語言文字描述外，他們體會到了動手操作的意義，理解了生物是一門基于實驗的學科，體會到了生物學科的獨特魅力，這對于高一的學生來說，是一個再好不過的開端。

結束語

綜上所述，通過把ADI教學模式引入高中生物學實驗課堂，可以有效地激發學生對生物實驗的興趣，培養學生的實驗設計、科學論證和表達能力。各組間通過合作共同完成ADI活動，促進學生的合作學習，培養了學生的團隊協作意識。

此外，教師通過利用ADI教學模式，可以促進自身論證思維的發展，提升資源整合能力。教師在與學生共同設計、論證、探究實驗的過程中也在不斷完善自我，實現教學相長。本課題后續將深入開發學生感興趣的自主性實驗專題，在ADI教學模式的基礎上開展生物實驗創新校本課程，使ADI教學模式及相關校本課程可以在全國各校開展和

推廣。

參考文獻

[1]郭志堅.ADI教學模式在高中物理教學的實踐研究[J].高考，2021（16）：15-16.

[2]郭江暖.基于ADI模型的高中生物學探究實驗教學[J].中學生物教學，2022（21）：7-8.

[3]周雨婷.基于ADI模式培養學生物理科學探究能力的實踐研究[D].鄭州：河南大學，2022.

[4]陳玉玲.ADI教學模式在高中生物實驗教學中的應用研究[D].漳州：閩南師范大學，2019.

[5]黃健.ADI教學模式在高中生物學教學的實踐研究[D].廣州：廣州大學，2020.

[6]吳舉宏.新版論證教學模式在科學課堂中的應用：以中學生物學教學為例[J].基礎教育課程，2022（18）：55-60.

[7]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）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[8]曹珊珊，左強.高中生物實驗校本課程開發的思考[J].高考，2021（17）：105-106.

本文系廈門市直屬中小學2021年度課題“基于ADI教學模式的高中生物學實驗創新研究”（編號：ZSX2021012）及福建省廈門第一中學2021年校級課題（編號：XMYZ-2153）的階段成果。