素养导向的生物学论证式概念教学实践

赵辉　龙秋月

摘要 论述论证式教学的理念，以赤霉素的作用及其应用为例，展示指向生物学科核心素养的论证式教学在概念教学中的应用，彰显论证式概念教学的育人价值。研究表明：论证式概念教学有利于学生自主建构科学概念：真实的问题情境是学生论证探究的不竭动力;将论证整合到探寻、应用科学规律的全过程是生物学科核心素养培育的重要途径。

关键词 论证式教学 概念教学 核心素养 赤霉素

中图分类号G633. 91 文献标志码B

1 论证式概念教学

论证式教学又称论证探究式教学（ argument-driv-en inquiry，ADI），强调科学论证在学生探究过程中的重要性，旨在促进学生理解科学知识和科学事业，培养其科学思维，提高科学素养。论证式教学以社会建构主义学习理论、论证理论和学习监控理论为基础，使学生经历类似科学家的论证过程来理解科学概念、科学本质，有利于促进思维及合作交流能力的发展。素养导向的论证式概念教学是指以真实情境下的问题或社会需求为引领，通过搜集、建立、分析基于资料或实验的论据，建构并在辩驳中不断完善猜想、主张，形成生物学概念，最终用于指导解决问题的教学（图1）。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）在教学建议中强调组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键，并通过大概念的学习，帮助学生形成生命观念。因此，教师在设计、组织各单元教学活动时，要围绕大概念和重要概念展开，依据重要概念，精选恰当且有利于促进学生自主建构、理解和应用生物学概念的教学活动内容与方式。

2“赤霉素”论证式概念教学案例

2.1梳理生物学概念

《课程标准》中有关赤霉素的概念包括一个核心概念及其下的重要概念，重要概念涵盖两个次位概念：

概念1生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的調节机制保持稳态（核心概念）

1.6植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的调节（重要概念）

1.6.2举例说明几种主要植物激素的作用，这些激素可通过协同、拮抗等方式共同实现对植物生命活动的调节（次位概念）

1.6.3 举例说明生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸和乙烯等植物激素及其类似物在生产上得到了广泛应用（次位概念）

为方便本节论证式概念教学的开展，将各级概念整合后，确定本节课的要建构的概念为“赤霉素是植物体合成的具有促进植株伸长作用的激素，与生长素相互协同，在生产中应用广泛”。

2.2 教学目标

（1）通过对正常植株与赤霉素合成缺陷型植株生长状况的观察、比较，体会植物激素对于维持正常生命活动的重要性，建构稳态与平衡观、系统观。

（2）能用假说一演绎法对赤霉素的作用进行因果论证，并基于实验证据推测、验证赤霉素是植物体产生的具有促进植株伸长的激素。

（3）能根据赤霉素相关的实验现象提出问题，进行较合理的假设和猜想，并提出实验方案，分析实验结果、表达交流，验证并完善理论。

（4）关注植物激素（赤霉素等）相关的社会热点议题，合理应用植物激素的作用机理解决生产、生活中的问题。

2.3 分析教材、学情、重难点

“赤霉素的作用及其应用”是人教版高中生物学《必修3.稳态与环境》第三章第三节“其他植物激素”中内容。教材主要从赤霉素的发现史、生理作用及其在生产中的应用三个角度进行论述，篇幅虽短，但其中蕴含的科学思维和方法十分重要，为开展论证式教学提供了良好的素材。

学生在学习本节内容之前已经认识了植物激素的概念及生长素的探究历程、作用和应用，对于激素对生命活动的调节有初步认识，了解植物激素的研究方法，具备运用科学思维设计实验验证激素功能的能力，但对其他激素的作用、激素之间的相互作用及植物激素及其类似物在生产中的应用了解较少。

因此，本节课教学重点为验证赤霉素是玉米植株产生的具有促进植株伸长作用的激素;难点为赤霉素与生长素之间的协同关系及其在生产中的应用。

2.4 论证式概念教学过程

2.4.1 创设真实情境，关注社会需求

教师创设“我国面临纸张生产原料严重短缺的境遇，而芦苇可以用于造纸但产量较低”的真实情境，使学生关注造纸原料短缺的社会议题，引发学生思考短期内使芦苇增产的措施。

2.4.2 搜集相关资料，加强问题表征

教师呈现赤霉素发现的科学史，并提出问题：从培养基中提取出赤霉素后能肯定赤霉素是植物激素吗？为什么？学生通过研究赤霉素的发现史，思考问题。

设计意图：教师引导学生了解赤霉素，发现史，体验科学史中的科学思维和方法，通过研究赤霉素发现的科学史，探寻采用赤霉素促进芦苇短期内增产的可能性，进一步聚焦要解决的问题。

2.4.3 提出合理猜想，获取实验证据

学生根据科学史内容，提出猜想：正常植物体内能产生赤霉素，并起到促进植株伸长的作用。教师介绍广义植物激素的概念，为解释实验现象作铺垫，并提问：如何证明赤霉素是植物体内能够促进植株伸长的激素？学分组生讨论，必要时教师提供一定的引导。学生在了解内源、外源植物激素概念的基础上，思考、讨论问题，以玉米为实验材料提出研究方案，设计实验证明赤霉素是植物体内能够促进植株伸长的激素。

接着，教师对学生的方案进行简单评价，展示正常的未施用赤霉素的玉米植株与正常的施用赤霉素的玉米植株长势对比图。

学生通过对比两组实验结果，描述实验现象，分析实验结果，初步检验猜想。然后教师呈现矮化突变体（某基因缺陷）玉米植株及添加赤霉素后的矮化突变体植株长势图，引导学生分析实验现象，给出解释。但是，学生仍然会提出疑问：为什么外源赤霉素对正常的玉米植株没有显示出明显的促进作用？

设计意图：教师创设新情境，引发学生产生认知冲突，激发学生进一步论证探究的兴趣。

2.4.4 深入辩论，完善假设并揭示本质

教师引导学生积极讨论，给出多样化的解释，并及时点评，必要时给予提示。

学生基于实验现象，大胆推测，生生互动，合作共建：

生1：正常玉米内源赤霉素含量正常，足以维持植株伸长需求，加入的外源赤霉素作用不明显。

生2：既然正常玉米内源赤霉素适量，为什么外源赤霉素的加入未产生抑制效应？

生3：可能是由于赤霉素与生长素作用特点不同，不具有两重性。

教师总结：不同激素的作用特点不同是植物激素多样性的表现之一。赤霉素的作用特点与生长素不同，不具有两重性。

学生同化新的认知，顺应旧的认知;基于旧的认知，作出新的合理假设。学生继续提出疑问：突变体为什么矮化？与赤霉素有何关系？回顾植物激素的概念及作用环节，并作出假设：

生4：突变体的基因影响了赤霉素的合成（合成缺陷）。

生5：突变体赤霉素的运输存在障碍（运输缺陷）。

生6：突变体内源赤霉素无法与靶细胞的受体结合（感应或效应缺陷）。

教师及时点评：同学们讲的都有可能，但到底是哪一种情况呢？再观察一下矮化玉米实验组。

学生大胆猜想，通过相互讨论，否定明显错误的假设，逐步缩小论证探究范围：

生7：不可能是感应或效应缺陷，因为矮化突变体玉米植株在赤霉素作用下明显增高，排除第三种可能。

生8：可以直接检测一下正常玉米植株和矮化玉米植株体内的赤霉素含量，如果矮化植株体内赤霉素含量明显偏低，则排除是运输缺陷造成的。

2.4.5 分析实验结果，建构主张

教师对学生的辩论做出即时反馈，然后呈现正常与矮化玉米植株体内赤霉素含量（内源性赤霉素）的对照图（图2），引导学生总结赤霉素的作用：缺少赤霉素的植株出现矮化，添加赤霉素后植株恢复正常。

学生阅读图表信息，推断玉米植株的矮化是赤霉素合成相关基因缺陷造成的，从而得出结论：赤霉素是玉米植株产生的能够促进植株伸长的激素。

设计意图：学生结合实验结果，寻找支持猜想的证据，验证假设。

2.4.6 基于新的发现，修正或完善理论

教师呈现研究材料：图3展示了赤霉素促进植物茎秆伸长的作用机理。遗传学研究表明，赤霉素对矮生玉米的作用效果明显，而对正常株高玉米的作用效果不明显。请根据材料信息及学过的知识进行科学推理，完成相应的任务（方框内填激素名称，箭头旁标注+/一）。

设计意图：基于系统论的角度，教师引导学生理解植物激素之间的相互作用，通过科学推理自主建构生长素与赤霉素的之间协同作用的概念。

2.4.7 回归社会需求，提出实践方案

教师出示抗倒伏与不抗倒伏（矮化）玉米的实物图，介绍矮化突变体在农业生产中应用，并提出问题：你还知道植物激素（赤霉素）在生产实践中应用的其他例子吗？引导学生回归一开始的问题，提出自己的解决方案。

学生意识到突变体不止是研究激素功能的重要工具，还在农业生产上有广泛应用;通过联系生活，举出植物激素应用的其他案例，并就促进芦苇增产提出合理方案。

设计意图：教师引导学生关注植物激素在生产中的应用;培养学生正确理解和应用植物激素，为人类造福的理念。

3 教学反思

3.1 论证式概念教学有利于学生自主建构科学概念

科学概念是在前概念的基础上，通过自主建构获得的，期间经历认知冲突，舍弃或重组原有概念，接受新的概念。通过论证式概念教学的开展，学生基于资料或实验现象进行大胆猜想，在应用概念、发现新论据的过程中不断质疑、辩驳、修正主张，在相互交流中完成了意义建构，理解了生物学学科本质，建立起较完善、科学的概念，同时促进了科学思维的发展。

3.2 真实的问题情境是学生论证探究的不竭动力

课堂始于问题，终于问题的解决。教师通过创设有利于概念自主建构和应用的真实情境，引发学生提出一系列有价值的问题，借助问题激发学生持续探究的兴趣，并以问题引导学生的思维，联系已有知识经验进行分析论证，最终在教师的引导下逐步寻找解决问题的思路、途径，提出问题解决的方案。

3.3 将论证整合到探寻、应用科学规律的全过程

论证是科学的核心，是解决科学冲突的主要途径。将论证整合到探寻、应用科学规律的全过程有利于学生科学思维和严谨的科学态度的培养，有利于科学方法和概念的迁移、应用，这正是新课标提出的“教学过程重实践”基本理念的体现，也是发挥生物学独特育人价值的重要方面.更是学生生物学科核心素养的集中反映。論证不是简单地为探究下结论，而应当贯穿于学生提出问题、设计实验、分析资料及建立和辩驳主张的整个探究过程中。