基于CER二次论证模型的高中生物实验教学

张伟健

1   论证式教学

论证式教学是将科学中的论证引入到生物教学过程中，引导学生经历类似科学探究的论证过程，有助于学生理解生物学概念和生物学本质，促进学生科学思维和科学探究素养提升。生物学作为一门实验科学，许多广为师生接受的事实及结论均由实验探究获得，师生对于部分知识内容也惯于采用实验设计和探究展开探讨，达成共识。论证式教学要求学生针对提出的问题展示证据、阐述观点，对于他人提出的主张进行辩驳，也要善于利用证据捍卫自己提出的主张，是一种理性的、积极交流的课堂学习方式。

2   CER论证模型

CER 论证模型是由麦克尼尔于2006年提出，该模型（图1）包含3 个部分。①证据（Evidence）：支持主张，通常是由数据构成，包括实验探究的结果和对自然界的观察等。②推理（Reasoning）：用恰当的科学原理解释获得的证据是如何支持主张的。③主张（Claim）：在论证中尝试证明和维护的观点。教师在高中生物的实验教学中培养学生的发散思维和质疑精神尤为重要。对于同一个主张，不同的学生可能会提出不同的质疑或新的主张。因此，教学过程将会涉及到基于CER论证模型的二次论证过程（图2）。

3  “光合色素的提取与分离”创新实验的论证式教学

3.1 提出问题，论证主张

“光合色素的提取与分离”是浙科版高中生物学必修1模块中十分重要的实验，是学生了解植物光合作用过程的重要桥梁。“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。在日常教学过程中，时常有学生提出疑问与不解：“CaCO3的作用是什么？”基于学生原有的认知，学生提出了自己的主张（图3）。

教师针对学生提出的主张，引导学生提出更为具体的影响因素。经过讨论交流后，学生具体化主张：① 叶绿素易在酸性条件下分解;② 叶绿素易在碱性条件下分解;③叶绿素易在高温条件下分解;④叶绿素易在低温条件下分解。

基于这四点主张，教师引导学生利用生活中的实际现象或例子进行捍卫或质疑。经过激烈讨论，学生提出了针对于主张③与主张④的质疑：绿色蔬菜在高温烹煮过程中，并未发现绿色褪去;绿色蔬菜置于冰箱中低温保存后，也并未发现绿色褪去。但对于酸性和碱性条件对叶绿素的影响，学生难以找到生活中的实际例子予以捍卫或质疑。因此，教师采取了引导学生对书本“光合色素的提取与分离”实验进行创新和拓展的方式。学生经过交流与讨论，初步确定了实验分组思路（表1）。

3.2 实验探究，获取证据

3.2.1 实验材料

新鲜菠菜、体积分数为95%的乙醇溶液、CaCO3、 SiO2、层析液（石油醚）、质量分数为10%的 HCl 溶液、质量分数为10%的 NaOH 溶液、试管、试管架、50 mL 烧杯、恒温水浴锅、培养皿、药匙、研钵、玻璃漏斗、毛细吸管、量筒、尼龙布、剪刀、比色杯、干燥的定性滤纸、可变色LED灯带、黑色卡纸。

3.2.2 实验装置

3.2.2.1 简易黑箱

利用黑色卡纸进行剪贴制作成简易黑箱，在黑箱两侧开3个长方形的孔，一侧孔用于放置可变色LED 灯带，另一侧的孔前放置盛有色素提取液的比色杯，在黑暗条件下观察不同颜色光被吸收的情况。

3.2.2.2 改良层析装置

传统的层析装置往往是将滤纸条插在盛有层析液的小烧杯中，再盖上培养皿盖，但是这样操作时会导致滤纸条下端翘起。改良后，在滤纸片上划出几道缝隙，将滤纸条插入到缝隙中以解决翘起的问题，同时该装置还能对多条滤纸条同时进行纸层析。

3.2.3 实验步骤

3.2.3.1 光合色素的提取

选取同一株新鲜菠菜叶片，去除大叶脉，将叶片剪碎后置于研钵中。依据表1 中的分组加入试剂，各组将在研钵中迅速研磨后过滤得到色素提取液置于试管中，观察光合色素提取液的颜色。

3.2.3.2 纸层析观察色素条带

将各组光合色素提取液分别用毛细吸管在剪去两角的滤纸条上划线，待前一次划线干燥后再进行划线，重复4次。将各组制备好的含有色素提取液的滤纸条置于改良后的层析装置中进行层析，一段时间后观察各组滤纸条上的色素带情况。

3.2.3.3 合色素吸光情况的观察

将各组光合色素提取液分别加入至比色杯中，置于简易黑箱内，调节可变色LED灯发出的光，分别于红光、蓝光、绿光和黄光下进行观察，并拍照记录结果。

3.2.4 实验结果

3.2.4.1 光合色素提取液颜色观察

对比各组色素提取液的颜色，可明显发现添加质量分数为10%的HCl 溶液组色素提取液颜色最浅，推测在酸性条件下叶绿素会被大量降解。加入质量分数为10%的NaOH溶液组的色素提取液颜色并无明显变化。

3.2.4.2 纸层析结果观察

通过观察各组层析结果发现，加入质量分数为10%的HCl 溶液组的各色素条带均不明显，仅能隐约观察到胡萝卜素和叶黄素条带。

3.2.4.3 光合色素吸光情况观察

在黑箱中的观察，左孔处放置了盛有色素提取液的比色杯，右孔未放置作为对照观察，分别用绿光、红光、黄光、蓝光的照射。可观察到红光和蓝光下，左孔亮度明显变暗，说明光合色素对红光与蓝光的吸收均较多。而在绿光和黄光下，左右孔亮度无明显差异，说明光合色素对绿光和黄光吸收较少。在加入质量分数为10%的NaOH溶液后，光合色素提取液仍然是对红光与蓝光吸收较多，对黄光与绿光吸收较少。加入质量分数为10%的HCl 溶液后，光合色素提取液对蓝光吸收较多，但与其他组别对比，可发现该组对红光的吸收十分弱。

3.3 基于证据，认同主张

学生通过实验探究获取到了具体的实验现象作为证据，根据新获取的证据，完善了主张（图4）。学生通过实验，进一步直观地体验到“在光合色素的提取与分离实验中，碳酸钙可以中和植物细胞中的酸性物质以保护叶绿素”，认同了添加碳酸钙的必要性。学生又提出实验过程中仅是定性地观察了叶绿素的情况，对于叶绿素含量并未进行定量测定。教师可引导学生在课后查阅更多的文献资料，引导学生进一步深入思考，如光电比色法在物质定量测定中的应用和叶绿素在不同环境条件下分解的具体机理等。

4  结语

通过CER二次论证模型进行论证式教学，学生亲历“问题的提出→方案的设计→实验的进行→结果的呈现→结论的得出→修正主张”的过程。学习时，学生激烈地交流与讨论，充分进行了同伴之间的头脑风暴以提出实验方案，获取实验数据用于捍卫或质疑主张。学生在学习过程中体验到科学家的探究过程和结论的得出过程，感悟了生物学作为实验科学的特点，提升了科学思维和科学探究素养，展开了深度学习。这个过程也充分体现了针对实验探究类课型进行基于CER论证模型的教学有其可行性和必要性。

参考文献：

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