论证探究式教学模式对我国生物学实验教学的启示

姚 舒 崔荣荣

(首都师范大学生命科学学院 北京 100048)

2011年，美国Sampson教授在论证式教学的基础上提出论证探究式教学模式(Argument-Driven Inquiry ，简称ADI)，将论证和探究教学结合在一起，使得通过实验教学培养学生探究能力、论证推理能力成为可能。而这一过程，最重要的执行人员为一线教师，教师的教学能力和把控能力直接影响教学活动的进行。本文着重阐述ADI模型实施过程中教师的行为角色，以期对我国生物实验教学和教师发展提出意见。

1 ADI教学模式简介

2011年，Sampsen教授通过前后对比实验，发现接受ADI教学模式的学生相比传统实验教学的学生有更强的训练，有更强的论证能力[1]。

1.1 ADI教学的步骤 ADI实验教学分为7个步骤[1]：①教师分析任务、介绍主题。教师通常会给学生发放讲课提纲，其中包括研究问题、实验材料、以及一些实验建议。②生成数据。学生小组合作，为了解决先前提出的问题，制定研究方法(如实验、系统观察)并实施。③生成一个暂时性的论证，包括论点、证据以及中间的推理。学生需要理解科学知识并不是一成不变，必须通过合理的证据和推理去支持自己的主张。④辩论环节。小组之间分享各组的工作并通过互相评价来判定什么样的结论是最有效和可接受的。⑤每个学生完成一个书面实验报告。帮助学生学习用科学语言叙述问题，并加深对主题的理解。⑥对实验报告进行双盲审以提高质量。这个过程加深学生对其工作的元认知，并让学生判别证据有效性以及内化批判性思维。⑦根据反馈修正实验报告。提高学生用科学语言写作、论证以及理解文本的能力。

1.2 教师在ADI模式与传统实验教学中的行为对比 美国生物学实验教材(Argument-Driven Inquiry in biology lab investigation for grade 9～12)中阐述了教师的行为，其中提到：教师在ADI生物学实验教学中最重要的角色是提供给学生学习资源，鼓励学生思考在探究过程中对所完成实验进行元认知的反思，而不是仅仅告诉学生做什么和怎么做，教师有责任让学生对探究保持高标准，ADI过程中允许学生犯错，同时鼓励学生独立高标准完成实验[2]。该教材中列举了ADI教学和传统实验教学中教师和学生行为之间的区别(表略)。

2 ADI教学模式与生物学核心素养的理念相吻合

2.1 ADI教学模式体现生命观念的培养 在每一个ADI教学模式的案例中，都非常注重交叉概念教学(crosscutting concepts)。

以酶的实验为例[2]，探究温度和pH对酶活性的影响一直都是中学阶段探究的重要主题。在ADI模式中，学生在对数据的解释中会学习学科内交叉概念：机制和解释(反应原理)；能量和物质(流动、循环、守恒)；结构和功能(分子的结构决定功能)。教材的很多案例中，都会涉及到这些学科内交叉概念的解释和运用，而这恰好与我国生物学科核心素养中的生命观念内容相吻合：可以帮助学生在较好地理解了生物学概念性知识的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等，并能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象。观念的形成必然不是一朝一夕，只有让学生在实践的过程中，充分地运用这些概念，才可能渗透形成。

2.2 ADI教学模式挖掘理性思维的途径 ADI教学模式通过设计实验、开展实验、收集数据、寻找逻辑、揭示规律，给理性思维训练提供了一个绝佳的途径，在做中体验，得到的不仅仅只是理性思维的形式概念，更是怎样运用理性思维去解决问题的方法，这是传统实验教学中最为缺失的一个环节。

2.3 ADI教学模式注重科学探究的训练 ADI教学注重学生自己设计实验，明了需要收集什么类型的数据、怎样收集、怎样分析，并尝试解决以下问题：为了确定收集数据类型，需明确在实验中自变量、因变量分别是什么？在实验中需要运用怎样的测量和观察方式？为了确定怎样收集数据，需要思考控制条件是什么？多久收集一次数据，何时收集？怎样减小误差？怎样记录和组织数据？为了明确怎样分析数据，需要思考实验组和对照组之间的差异是什么？有什么样的推测？会制作怎样的表格使得数据的组合更有意义？整个流程的训练对于学生独自进行科学探究有重要意义。

2.4 ADI教学模式重视社会责任的养成 从上述ADI的教学步骤中看到，学生小组之间的报告需进行同行审议，这就意味着每一位学生除了自己需要参与撰写实验报告以外，还需要对其他同学的报告进行评审并给出评价，这和真实学术界非常类似，论文即为表达自己主张的方式，同行审议能否通过则决定着该研究能否受到重视和认可。学生在给他人审议报告时，实则也在增添自身作为科学工作者的责任心，懂得科学是可以用来解决日常问题强有力的武器。ADI教学模式独特的同行审议环节，立足于学生责任感，有助于学生养成社会责任意识。

3 ADI模式对实验教学的启示

在ADI教学模式中，教师应准备需对学生设计的多种实验方案，并对学生的思路进行评价和预设，鼓励学生完成。同时，教师应不再是灌输实验原理，而是让学生通过实验、讨论来获得对实验原理的推论及验证。ADI教学模式对教师的启示主要有以下几点：

3.1 注重引导学生对原理的追问 传统的实验教学中，更多的是学生被动地接受实验方法和步骤，机械地按照步骤完成即可，而对原理的追问往往十分缺乏。例如，温度对酶活性影响的实验中，传统教学会告诉学生：在一定温度条件下，温度越高，酶活性越强，超过最适温度后，温度越高，酶活性迅速降低，直至失活。ADI教学模式中教师则追问学生：为什么一定温度条件下，温度越高，酶活性越强？酶活性的强弱体现在酶催化反应速率的快慢上。酶催化反应本质上是化学反应，化学反应的本质为分子间的碰撞，温度升高时，大多数化学反应速率都会加快，那么怎样证明温度越高，酶活性越强呢？通过学生的思考，课堂的形成性知识会更多。对原理的追问会让学生对酶催化反应的本质有了好奇心以及思考，而不仅仅是接受老师或教材的知识。

3.2 学生实验技能是基本要求而非目的 以往教师更加注重学生有没有按照正确的步骤完成实验，将实验技能的训练作为实验中重要的目的之一。ADI教学模式则是从一开始就将学生的实验技能作为对学生的基本要求。学生必须对工具如何使用、使用技术、使用方法非常熟悉，才能进行“工具秀”，即学生向同学展示本次实验所需的实验器材、试剂等原理和使用方法，这要求学生有较强的实验技能基础。

3.3 关注学生科学写作能力 除了口头辩论，写作也是体现学生思维的重要方式，是对学生元认知进行监测的必要途径。组织学生进行严谨的科学写作，对于教师的课前课中引导、课后评价都提出了高要求。科学写作的过程以及评审都可作为对学生评价的依据。

3.4 加强教师实验教学能力的发展 从ADI的过程及其教师的行为对比中可以看到，ADI的教学内容主要在教师的引导下完成，学生需具备的基本科学素养，并不是一次实验练习就可以达到，而需要教师日积月累对学生进行严格训练才能实现。教师专业发展中一个重要内容为加强教师能力的发展，与一般教学法知识相比，学科教学法知识更能帮助教师改善教学实践和提高学生成绩[3]。从上述ADI教学模式中教师角色变化可以发现：教师需要深刻理解实验现象与结论之间的内部逻辑，理解和关注科学本质，能够从微观层面解释原理，有科学方法的知识结构体系，具备过硬的实验技能、实验设计能力以及理解实验过程能力；理解交叉概念并渗透给学生；预设学生可能的思维……这不仅涉及到教师的学科知识，也涉及教师对教育学知识的把握。教师的专业发展直接影响学生的学业发展。在提高学生科学素养口号不断升温的今天，提升教师专业素质，规划教师专业发展道路，才是第一要素。