基于ADI模型的論證式教學在高中生物學實驗教學中的應用

摘 要 文章以滲透作用的再探究實驗教學為例，探究如何將ADI模型融入實驗教學中，旨在提高學生評價資料、提出主張和為主張辯駁的能力，培養學生的科學思維和科學探究能力。

關鍵詞 實驗教學；論證探究式教學模式；滲透作用；教學實踐

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.16.033

Application of argumentative teaching based on

ADI model in biology experiment teaching in high school

——Taking the Further Exploration of Infiltration in Experimental Teaching as an Example

MA Yulan1，FAN Lixian1，WANG Ou2

（1. Yunnan Normal University， Kunming， Yunnan 650500;

2. The High School Affiliated to Yunnan Normal University， Kunming， Yunnan 650500）

Abstract The article takes the re exploration of infiltration in experimental teaching as an example to explore how to integrate the ADI model into experimental teaching， aiming to improve students' ability to evaluate data， make claims， and refute claims， and cultivate their scientific thinking and exploration abilities.

Keywords experimental teaching; Argument-Driven Inquiry teaching model; Osmosis; Teaching practice

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中要求：在生物學教學過程中，組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵，實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐[1]。倡導探究性學習，提供更多的機會讓學生親自參與和實踐，能有效促進學生生物學學科核心素養的達成。但是長期以來，實驗教學經常依附于理論教學，被看成是理論教學的補充，采用的是單一的“刺激—反應—強化”模式[2]。傳統的實驗教學模式多以教師講解實驗、演示實驗為主，即使組織學生開展實驗，學生也大多是根據教師的引導一步一步完成實驗操作，無法理解實驗步驟背后的意義，學習的積極性大大降低，科學探究能力難以得到發展。

2008年，美國Sampson等人提出論證探究式教學模型（Argument-Driven Inquiry，ADI），即將論證與探究相融合的教學模型[3]。不同于一般的科學探究，ADI模型更注重學生科學論證能力、質疑與辯駁能力的培養[4]。基于此，筆者以滲透作用的再探究實驗教學為例，擬將ADI模型引入實驗教學，將探究實驗與科學論證相融合，讓學生在實驗過程中掌握科學探究的基本思路和方法，提升學生運用生物學知識展開論證的能力。

1 教材分析和設計思路

“滲透作用”是人教版高中《生物學·必修1·分子與細胞（2019年版）》第4章第1節中的問題探討內容，基于新課標要求，為幫助學生理解“物質通過被動運輸、主動運輸等方式進出細胞，以維持細胞正常生命活動”的重要概念，教師應當將教材中“問題探討”的情境轉化為“通過模擬實驗探究膜的透性”活動，在此基礎上，將ADI教學模型引入滲透作用的再探究實驗教學之中，即探究影響滲透作用速率的因素，為后續學習水進出細胞的原理奠定基礎，具體實施流程見圖1。

2 教學過程

2.1 預實驗及課前準備

2.1.1 預實驗

為確保實驗的可行性，教師應在課前開展預實驗。教師挑選部分學習興趣高、實驗能力強的學生參與預實驗，師生共同嘗試制作生活化的滲透作用裝置，通過測定滲透作用的速率來探究影響滲透作用速率的因素?；趯嶒灛F象及結果，教師可帶領學生開展實驗探究，為正式實驗中的“同伴教育”奠定基礎，提高正式實驗的效率。

2.1.2 課前準備

①去殼雞卵質量變化實驗：將生雞蛋在9度白醋中浸泡一晝夜，即可制得去殼的雞卵。取兩個雞卵稱量初始重量，并將其中一個雞卵置于0.2g/ml的紅糖溶液中，另一個置于0.4g/ml的紅糖溶液中。放置相同時間后，將兩個雞卵取出并再次稱量質量，且拍照記錄。

②制備雞蛋內卵殼膜：將若干生雞蛋在9度白醋中浸泡一晝夜后得到去殼的雞卵，剪小口使其內容物自然流出，用緩水流沖洗3―4次后得到內卵殼膜，置于清水中備用。

2.2 創設情境，導入新課

參與預實驗的學生結合照片向其他學生介紹課前進行的去殼雞卵質量變化實驗，引導學生觀察去殼雞卵經過不同濃度的紅糖溶液處理后的質量變化，并描述實驗現象：相同時間內，去殼雞卵經過0.4g/ml的紅糖溶液處理后的質量變化幅度明顯大于經過0.2g/ml的紅糖溶液處理后的質量變化幅度。教師引導學生思考：去殼雞卵經過不同濃度紅糖溶液處理后，其質量變化幅度為何會出現如此差異？教師通過此實驗引導學生將其與滲透作用聯系起來，起到鞏固舊知的作用，在此基礎上進一步提出問題，激發學生的好奇心。

2.3 提出任務，初步論證

學生通過去殼雞卵質量變化實驗，可得出去殼雞卵經過不同濃度的紅糖溶液處理后質量變化幅度會出現差異，其原因是發生滲透作用的速率不同。由此引發新的探究問題：影響滲透作用速率的因素有哪些？滲透作用的速率該如何測定？教師提供水勢的資料：水勢即推動水分移動的強度因素，溶質溶于水后會使水勢降低；在滲透作用體系中，水會從水勢高處向水勢低處流動[5]。水勢概念的引入，有利于學生更好地掌握滲透作用，對于之后探究動植物細胞的吸水和失水也大有裨益。之后，教師引導學生結合已有知識，在現有實驗材料的基礎上，針對如何測定滲透作用速率的問題開展論證（圖2）。

①實驗材料：置于清水中的雞蛋內卵殼膜（課前制備好）、紅糖溶液、清水。

②實驗器材：水浴鍋、中心鉆孔的不同內徑的瓶蓋（1.3cm、3cm、4cm）、若干200ml平蓋杯、刻度條、若干橡皮筋、剪刀、注射器（平尖頭）、秒表、白板、生料帶。

2.4 分組探究，收集數據

針對“影響滲透作用速率的因素有哪些”這一問題，教師引導學生展開討論，并在綜合考慮學生能力差異、個性差別等的基礎上，將觀點類似的學生分在同一組，每組5個學生，由學生推選出組長，同時將參與預實驗的學生分配到各組中擔任“小專家”，指導小組實驗操作。各小組結合教師所給的資料，圍繞“如何開展實驗”“收集什么數據”“如何收集數據”“如何分析數據”探討設計實驗方案，完成論證過程。

實驗要求：根據每組設計的實驗方案，在教師同意開展實驗后，各小組對滲透作用裝置進行不同的處理（有效膜面積、膜兩側濃度差、溫度），記錄6分鐘內的紅糖溶液在透明吸管內的刻度變化，并計算出平均速率，觀察實驗現象，以此測定其滲透作用的速率。在此過程中，各組的“小專家”要承擔起指導的責任。教師巡視各組的實驗操作情況，記錄出現的問題，確保實驗安全。

2.5 構建論證及論證階段

各個小組在白板上記錄下實驗結果及實驗結論，完善自己的論證模型。由小組組長向其他組的學生展示本組的論證模型，重點圍繞“怎么開展實驗”“收集什么數據”“如何收集數據”“如何分析數據”四個方面展開。某個組闡述在實驗開展過程中其遇到的難題及解決措施時，探究同一個影響因素的其他小組可進行補充，其余學生和教師可提出質疑，論述自己的證據及推理，展示組成員進行反駁，并進一步完善自己的論證模型。通過論證過程，每個小組不僅完善了本組的論證模型，還了解了其他小組的探究任務，教學效果得到極大提升。

學生在探究有效膜面積對滲透作用速率的影響的實驗時，可選取市面上常見的3種不同內徑的瓶蓋（1.3cm、3cm、4cm）制成不同有效膜面積的滲透作用裝置，分別向裝置內（吸管處）加入等量的0.4g/ml紅糖溶液。紅糖溶液應充滿由瓶蓋和內卵殼膜圍成的球冠內。然后在平蓋杯中注入等量的清水，并將此裝置置于30℃下水浴加熱，進而開展實驗。教師引導學生思考：對于不同內徑的瓶蓋，有效膜面積都不同，應該如何確定？學生很容易得出：對于內徑為1.3cm的瓶蓋，加入紅糖溶液后瓶蓋和內卵殼膜圍成的底近似平面，故S1= r2=132.7mm2。但由3cm或4cm內徑的瓶蓋與雞蛋內卵殼膜圍成的底并不是一個平面，而近似一個球冠，此時有效膜面積應當如何確定？對此，教師可引導學生結合數學知識，由部分球冠的面積公式推導出有效膜面積的大?。捍竽ぃㄆ可w內徑為4cm，加入紅糖溶液后瓶蓋與內卵殼膜圍成的底近似球冠，由部分球冠面積公式得到S2=2 RH=1959.4mm2）；中膜（瓶蓋內徑為3cm，加入紅糖溶液后瓶蓋和內卵殼膜圍成的底近似球冠，依據部分球冠面積公式得到S3=2 RH=1020.5mm2）。通過整合多學科的知識和方法，幫助學生更好地解決學科復雜問題，使學生具備解決跨學科問題的能力，進而完善自己的論證過程，同時提升了學生對實驗現象和結果進行質疑、交流和討論的能力。

2.6 撰寫研究報告及組間盲審互評SvcoVZr95WunaZvQBnO+Y4xS15CTetLfodKtwF0rkf8=

此階段為課后完成，每組需要根據論證及實驗階段完成一份研究報告，研究內容需要包括以下幾個部分：①說明指導任務及探究原因；②以圖文結合的方式闡明最終論證過程（包括主張、質疑、證據、推理）；③數據的收集和分析方法（表格式、曲線圖）；④論證階段及實驗過程中的不足。

在撰寫研究報告的過程中，學生應構建出自己強有力的論證思路以說服其他人。所有研究報告提交后，隱去組別，隨機分發給每個小組一份其他組的研究報告，各組按照教師自制的評價量規進行評分，之后教師再進行打分。評分不合格的研究報告予以退回修改，直至所有研究報告均合格為止[6]。這個過程提升了學生的科研寫作能力和表達能力。

2.7 總結與反思

所有研究報告均合格之后，全體學生對本節課的內容及課后研究報告的撰寫進行反思：①本節課研究了什么問題？有何意義？②在科學論證融合探究實驗的教學中，本組還存在哪些不足？③如果還可以進一步進行實驗，你認為還有哪些問題值得探究？

通過解答以上問題，學生能夠清晰地認識到本組在實驗階段、論證階段、研究報告階段存在的優勢及不足。而針對問題③，學生的回答不盡相同，例如：①本實驗采取雞蛋內卵殼膜為實驗材料，而教材中選用的是玻璃紙，教師提出雞嗉囊也具有半透性，有學生會提出：半透膜材料的不同對滲透作用的速率是否也會有影響？②教材提出水分子可以自由通過半透膜，而蔗糖分子則不能，有學生提出：如果是其他物質，如淀粉溶液、蛋白質溶液、NaCl溶液，應如何進一步設計實驗探究它們能否通過半透膜？

教師要求學生利用ADI模型思維，寫出以上問題（二選一）的論證思路。在論證過程中，學生對于每個主張的提出都需要有強有力的證據來支撐有了更深層次的思考，這進一步提升了學生的科學論證能力。

3 基于ADI模型的論證式教學反思

在實驗教學中引入基于ADI模型的論證式教學，能有效培養學生的辯證思維、邏輯思維和創新思維，有助于培養學生的生物學科核心素養。在課堂實踐時應注意以下環節，以切實提高教學的有效性。

①ADI模型應用于實驗教學的過程中，學生的實驗設計、論證思路、提出的問題等都可能不同。例如在“滲透作用速率影響因素的探究”實驗中，受實驗材料、課時安排等因素的影響，學生不一定能完成所有影響因素的探究實驗，這就要求教師依照新課標和學情靈活選擇探究性實驗的內容、深度。而對于未能在課上開展的實驗，教師可依據實際情況安排學生在課外進行探究。

②構建論證及論證階段是教學的核心環節。一方面，教師應該提前展示ADI模型的優秀案例，引導學生熟悉ADI模型的具體實施流程，同時靈活選擇課程內容開展ADI模型教學。另一方面，教師應主動學習，更新自己的資源庫，學生在構建論證階段遇到阻礙時教師應耐心指導，必要時可提供資料或者證據輔助學生的論證過程，實現課堂的有效教學。

③撰寫研究報告及組間盲審互評是課后環節。在傳統實驗教學中多采用紙筆測驗的形式來評定學生的成績，評價方式單一，未體現評價的激勵作用和導向作用。在ADI論證式教學中，學生依據評價量規，以小組為單位對其他組的研究報告進行評價，用評價中獲得的反饋來強化學生的積極行為，糾正其不良行為，發揮評價促進發展的作用。

*通信作者：范麗仙

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年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 阮紅芳，靳玉樂.有效教學論析[J].當代教育論壇，2003（8）：41-44.

[3] 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.

[4] 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（4）：15-17.

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[6] 何嘉媛，劉恩山.論證探究式教學模型的設計和運用[J].生物學通報，2013，48（10）：25-29.