基于ADI教學模式的初中化學跨學科實踐活動研究

孫曉平

摘要：本文以“基于特定需求設計和制作簡易供氧器”為例，基于ADI教學模式對其進行教學設計，學生通過對跨學科實踐活動主題的探究，找到研究任務、通過實驗形成初步主張、進行初步論證、小組交流討論對主張進行修正等環節，在分析資料和數據的過程、形成主張、對主張進行論證以及對主張進行修正完善的過程中，有效培養學生的科學思維能力和跨學科綜合能力。

關鍵詞：ADI教學模式?? 跨學科實踐 初中化學 供氧器

2022年《義務教育化學課程標準》中明確指出“設立跨學科主題學習活動，加強學科間相互聯系，帶動課程綜合化實施，強化實踐性要求”，該部分內容引導學生合運用化學、技術、工程及跨學科知識，秉承可持續發展觀，設計、評估解決實際問題的方案，制作項目作品，并進行改進和優化，體現創新意識。其中有關課程標準中的主要變化，體現在課程內容上新增了跨學科實踐活動，要求跨學科實踐活動所用課時不少于本學科總課時的10%。基于新課標以及初中化學核心素養對跨學科教學和跨學科能力培養的要求，將ADI教學模式引入跨學科實踐活動，通過論證和自主探究的方式發展學生的跨學科實踐活動能力以及高階思維。

1.跨學科實踐活動

跨學科該詞最早出現在20世紀20年代美國社會科學研究理事會的會議速記中。經哥倫比亞大學著名心理學家伍德沃斯首次公布使用后出現在大眾視野，后經過許多專家學者的研究，豐富了“跨學科”的內涵。而他們最常把這類詞匯用于學習方面。克萊因[[1]]、曼西利亞[[2]]就曾提出跨學科學習是學習者創造性地聯結某一主題的多個學科知識，對主題屬性進行多維整合的過程或者是學生對兩門或兩門以上學科或學科組的知識和思考模式產生理解，并將它們加以整合，從而生成新的理解。并且隨著不斷地研究將跨學科學習不斷細節化，逐漸研究出一些具體的跨學科實踐活動模式，例如：iPjBL模式、iPBL模式[[3]]、POPBL模式等。同時在實踐過程中不斷總結出成功的經驗，漸漸形成成熟的體系。

隨著素質教育的觀念不斷深入人心，各類專家都非常關注有關學生核心素養的培養，希望學生不僅會學會知識更會將知識融會貫通。我國學者也對跨學科實踐這一概念提出了自己的看法。吳成軍[[4]]認為跨學科實踐是指綜合運用兩種或兩種以上的學科概念、學科思維，以解決真實問題為目標，學生自主參與、主動探索的學習活動。多名學者也提出了自己的觀念，從他們的表述中不難看出跨學科實踐活動的綜合性、真實性、實踐性、合作性。并且在教學過程中，跨學科實踐活動的模式不再局限于國外學者提出的模式，5E跨學科概念教學模式[[5]]、產生式學習DoPBL模式等等也逐漸成熟。總而言之，我國跨學科教學實施研究較國外起步偏晚，目前正處在積極發展的階段，有關研究中高校、高中、初中、小學等階段以及英語、生物、地理、美術等各門學科均有所涉及。

2.基于ADI教學模式的教學流程

2005年美國國家研究協會（NRC）提出了實驗室活動需要以探究為基礎，鼓勵學生構建或批評論點，并將診斷性、形成性和教育性評估嵌入到教學序列中[[6]]。基于此背景下，桑普森（Sampson）和佛羅里達州立大學的一組研究人員于2008年開發了論證探究教學模型（Argument Driven Inquiry），簡稱ADI[[7]]。為了檢驗ADI教學模式的效果，Sampson團隊在美國東南部的一所本科化學實驗室對本科生進行了ADI教學干預，發現本科生的科學寫作能力顯著提高[[8]]。隨著美國新一代科學教育標準的調整，Grooms團隊根據科學教育標準NGSS框架和ADI研究成果對原ADI教學模式進行了整合和完善，提出了新版ADI模式[[9]]。其步驟調整為識別任務和問題，開展“工具對話”、設計方案和收集數據、分析數據和展開初步論證、論證會議、反思性討論、寫研究報告、雙盲評審、修改和上交研究報告等8個階段。為了深入推廣ADI教學模式，Sampson研究團隊 于2015年成立了公司和網站，為廣大教師提供了ADI教學模式的學習平臺，教師可以在網站上獲取ADI教學材料和視頻。目前，ADI研究團隊已經出版了小學、初中、高 中各個階段的ADI教材，涵蓋了生物、化學、數學、科學、工程等學科領域。在疫情當 下，Sampson團隊還于2020年初為教師提供線上ADI教學、在線ADI同步研討會、異步課程等相關資源，使教師在任何時候都能了解和使用ADI教學模式。目前遠程ADI 教學正在不斷發展中[[10]]。

ADI教學模式是2012年引入國內的，通過梳理文獻，可以將國內關于ADI模式的理論研究歸納為三個方面。一是在ADI模式的概述方面，北京師范大學的何嘉媛、劉恩山對ADI教學模式的概念、步驟等方面進行了綜述[[11]]。魏芳兵等學者在《ADI教學——基于論證-探究的教學模式》中對ADI教學模式的8個階段進行了詳細的闡述，呈現 出ADI每個環節所需要的工具和表格，為ADI在教學中的實踐應用提供了指引[[12]]。二 是在ADI模式的對比研究方面，倪元媛對比了ADI教學模式與一般科學探究模式并且設計了ADI模式在科學實驗教學中的流程[[13]]。三是關于ADI模式與我國課程標準的理念契合度方面，姚舒、崔榮榮通過對ADI模式的理論研究，探討了ADI模式與生物核心素養的契合性以及對實驗教學的啟示[[14]]。弭樂、郭玉英在《滲透式導向的兩種科學 論證教學模型述評》中闡述了新版ADI模型與原版ADI模型的區別，提出ADI教學模 式適合實驗探究教學，并指出ADI對核心素養的培養具有優勢[[15]]。

3.基于ADI教學模式的初中化學跨學科實踐活動教學案例

以“基于特定需求設計和制作簡易供氧器”活動為例，闡述ADI教學模式在初中跨學科實踐活動中的應用與實踐。

3.1基于真實情境，確定任務和問題

在這一階段，教師起到主導作用，為學生提供一個能夠激起好奇心和學習興趣的情境，在化學領域便是一些化學現象以及化學問題。這些情境需要能夠與學生以往的知識相互聯系，能夠讓學生從已有的知識中解剖教師所提出的問題，明確問題和任務。此外，為了能讓學生更好的設計和實行方案，教師還需開展“工具對話”，所謂的“工具對話”便是教師引導學生了解實驗探究過程中所需的實驗方法、實驗儀器的操作方法以及實驗過程中的注意事項等。本活動中教師以疫情中的新聞為出發點，提出供氧器在醫院以及生活中的重要性，引出本節課的主題：制作供氧器。通過展示供氧器的不同使用情境，明確供氧器的使用場景的多樣性以及供氧器不同型號的差異再次為主題的選擇進行細化，通過小組討論選擇以及師生共同篩選出本節課的活動主題為“為臥床在家的吸氧的老人制作一臺簡易的供氧裝置”，并為此任務提出三個支架問題：“哪些疾病需要老人吸氧？氧氣的輸送有何要求？如何將供氧器簡易化、生活化？”以便后續活動的開展。

設計意圖：學生真實經歷過疫情三年，通過與真實情境相連，加深學生對供氧器的理解以及社會責任感，激發學生的參與熱情，通過師生、生生合作討論中提出問題，明確實踐活動任務。教師通過提問引導學生發散思維，培養高階思維。

3.2設計方案和收集證據

在這個過程中，學生以小組合作形式開展討論，各小組設計有利于解決探究主題問題的實驗方案，收集各種有效的數據。因此，在設計方案之前各小組需要集中思考并討論三類問題：一是收集怎樣的數據，即小組需要明確實驗過程中的因變量、分析所收集的數據類型；二是如何收集證據，即小組成員需要明確自變量及其控制方法、實驗組和對照組的設置等等；三是如何分析數據，如分析自變量與所收集的數據之間的存在關系、數據的呈現形式等等。此外，由于學生的知識經驗有限，必要時教師可以為他們提供一個參考模板。在此環節中教師提供資料和相關數據或者學生在課前就已進行相關材料的收集，而在這過程中資料的整合要關注內容的規范性、系統性、準確性，注意重點突出、詳略得當。以便學生在分析材料的過程中能迅速找到所需信息，形成初步主張。以本課題為例，三類問題可以如下：

3.3分析數據和初步展開論證

學生在收集有效數據后會形成一個初步的論證，這個論證會在后續的論證階段以及討論過程中得到修正。在學生開展初步論證的過程中，教師需要提醒學生論證包括三個方面：一是小組的主張，即對研究問題提出自己的假設和猜想。二是小組的收集到的證據，可以是實驗過程中觀察到的現象、實驗過程中收集到的可靠數據和實驗流程的記錄等等。此外，小組成員還需要對自己收集到的數據進行分析和解釋，從而對自己提出的主張進行支持。三是推理過程，即數據是如何收集的，這些數據又是如何體現主張，展現出整個數據的合理性以及可靠性。整個論證需要清晰在白紙上進行呈現。面對制作簡易供氧器的需求，有些小組從生活中選材對自己的裝置進行搭建完善，結合前期的分析，對裝置的優缺點進行詳細介紹，并且通過實驗藥品的使用現場進行演示。

設計意圖：小組展示的過程就是對學生初步的主張進行展示，在交流過程中不免會產生思想的碰撞，這就為下一階段的學習奠定了基礎。

3.4借助小組間交流，完善主張

該階段，教師要引導學生反思他們在論證會議上觀察到的任何問題，完善各小組的論證，對剛剛的論證環節做一個總結。在這個過程中，教師可以提供與探究活動相關的科學理論、科學定律或原理用于指導學生的討論，討論的內容可以涉及支持性概念，例如跨學科概念（即可以聯系物理科學、生命科學、工程設計和地球與空間科學等四大科學領域的科學概念）、關于科學本質的概念（例如科學原理或規律）等等，也可以涉及到科學探究方案的設計（即如何設計更好的探究方案）以及合理論證過程的構建（即如何構建論證過程）。經歷過小組成果展示后，小組內對組內裝置存在的問題有了一定的了解：所得氧氣不純，氧氣產生速率無法控制等問題，為了進一步對成果進行改進，小組間進行相互交流，將自己沒考慮到的問題或者實際使用過程中出現的問題，進行群策群力。 當小組間交流討論完畢后，小組成員回到組內，對裝置進行完善。當再次修改完善后，各組將研究活動的過程性材料整合，形成一份研究報告。研究報告需要完整包括以下三部分內容：一是引言部分，該部分需要學生明確探究內容、探究問題的原因。二是探究過程，該部分包括學生的實驗方案以及探究過程中使用到的各種方法、如何收集數據和如何進行探究。三是完整的科學論證過程，包括主張、證據和推理過程。該部分除了可以用文字表述以外，還可以讓學生通過作圖、表格等形式進行呈現，該過程可以讓學生完整回憶探究過程，進一步加深對探究過程的理解，書寫過程也可以幫助他們鍛煉科學寫作能力。

設計意圖：ADI教學模式的這一環節內容較多，包括研究成果的展示討論以及報告的撰寫。在交流過程中學生的發現問題能力、批判思維能力得到進一步的提升。小組在撰寫研究報告過程中的語言文字的邏輯性、嚴謹性也有一定的顯現。

4.總結與反思

在初中化學的跨學科實踐活動中，通過真實情境培養學生跨學科思維分析能力和解決問題的能力至關重要，將化學與生活緊密聯系，加深學生的社會責任感。基于ADI模式進行的教學設計和活動的實施，學生通過提出問題、設計方案、形成主張、研討交流、報告撰寫及完善等環節，在設計實驗和分析數據的過程中不斷尋找證據支持主張，在思考問題的多方面思考能力，交流過程中的不斷質疑、批判能力，都能在ADI模式中得到提升。

[[1]]Klein J T. A conceptual vocabulary of interdisciplinaryscience[J]. Practising Interdisciplinarity， 2000： 3～24 ．

[[2]]Mansilla V B. MYP guide to interdisciplinary teachingand learning[R]. Cardiff： International Baccalaureate Organization， 2010.

[[3]]BraBler M.Interdisciplinaiy Problem-Based Learning-A Student-Centered Pedagogy to Teach Social Sustmnable Development in Higher Education[M]//Teaching Education For Sustainable Development at University Level.2016：245-257

[[4]]吳成軍.生物學跨學科實踐的內涵及實施建議[J].中學生物教學，2022（16）：7-10.

[[5]]胡久華，高沖.５Ｅ教學模式在我國的教學實踐及其國外研究進展評析［Ｊ］．化學教育，2017，38（01）：5-9．

[[6]]National Research Council.Americas Lab Report：Investigations in High School Science[M].Was hington DC：National Academy Press，2005.

[[7]]Sampson，V&Grooms，J.Science as Argument-Driven Inquiry：The Impact on StudentsConception s of the Nature of Scientific Inquiry[R].the Annual International Conference of the National A ssociation of Research in Science Teaching（NARST），2008.

[[8]]Sampson V，Walker J P.Argument-driven inquiry as a way to help undergraduate students write to learn by learning to write in chemistry[J].International Journal of Science Education，2012，3 4（10）：1443-1485.

[[9]]NGSS Lead States.Next Generation Science Standards：For States，By States[M].Washington，DC：

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[[10]]Argument-Driven Inquiry LLC.Districts using ADI.[EB/OL].https：//www.argument driven inquir y.com，2021-12-13.

[[11]]何嘉媛，劉恩山.論證探究式教學模型及其在理科教學中的應用[J].生物學通報，2012，47（10）：27-31.

[[12]]魏芳兵，謝昱圣，徐爽.ADI教學——基于論證-探究的教學模式[J].物理教學探討，2017，35（06）：9-13.

[[13]]倪元媛，徐作英.論證探究式教學模型與一般科學探究的比較及教學啟示[J].中學生物教學，2017（0 4）：15-17.

[[14]]姚舒，崔榮榮.論證探究式教學模式對我國生物學實驗教學的啟示[J].生物學教學，2017，42（06）：61-6 2.

[[15]]弭樂，郭玉英.滲透式導向的兩種科學論證教學模型述評[J].全球教育展望，2017，46（06）：63