CER框架下生物学核心素养的教学实践

刘露

摘 要 本文应用CER框架对“物质跨膜运输的方式”这节课展开教学，学生在科学论证和科学探究的过程中发展理性思维，提高科学探究的能力。

关键词 生物学核心素养;CER框架;科学论证;理性思维;科学探究

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2020）31-0202-02

以核心素养为导向的高中生物学教学，是深化课程改革过程中课程标准的价值追求。教学实践表明，与传统的讲授法教学相比，应用CER框架实施教学对学生的生物学核心素养起到了良好的引导作用。

一、生物学核心素养

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中将原有的三维教学目标发展为生物学核心素养，并提出高中生物学课程的核心任务，就是要提高学生的生物学核心素养，其中包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任四个方面。

“理性思维”是一种找寻证据和推理之间逻辑关系的思维方式，注重学生论证能力的培养，引导学生运用科学的思维方式认识事物的本质，解决实际问题，从而使得学生终身受益。“科学探究”是学生通过观察发现实际生活中的生物学问题，并设计实验、实施实验以及对最后结果分析讨论的能力，各种探究性实验是培养学生科学探究能力的重要途径。

二、CER框架

CER框架（图1）认为科学探究是一种理性的论证过程，并注重证据与推理之间的逻辑关系。CER框架是对图尔敏论证结构的简化，该框架包括三个要素：主张（Claim）、证据（Evidence）和推理（Reasioning）。CER框架旨在让学生经历像科学家们一样的论证过程，学生可以根据已有经验或者教师提供的相关资料，形成关于科学现象或问题的主张，并收集和挑选证据，在科学原理的基础上进行推理，呈现证据支持主张的逻辑，使学生在了解科学概念和本质的同时，又能培养批判性思维以及提高科学探究的能力。

三、在“被动运输”的课堂教学中应用CER框架，培养理性思维

教师展示“人工合成的脂双层对不同分子通透性”的图片，并提出问题：什么样的分子能够通过脂双层？并推理氧气是如何进出细胞的。学生对细胞膜和脂双层的结构进行比较推理后，从而得出“氧气直接穿过磷脂双分子层进出细胞”的主张。

教师播放氧气进入肺泡细胞的视频后提问：氧气的运输方向是怎样的？学生分析推理：当人体吸入氧气时会使得肺泡内氧的浓度大于肺泡细胞内部氧的浓度。学生得出主张：氧气的运输方向是由高浓度到低浓度。

教师演示红墨水滴入清水中后出现的扩散现象并完善主张：像氧气分子这样以简单的扩散作用进出细胞的方式叫做自由扩散。

教师继续提出“葡萄糖作为最主要的能源物质，它是如何进入红细胞”的问题后，并提供相關证据，学生分析推理：红细胞吸收葡萄糖需要载体蛋白和浓度差。教师引导学生得出主张：像葡萄糖进入红细胞，需要借助载体蛋白的扩散方式称为协助扩散。

教师引导解释：物质由高浓度向低浓度的方向运输称为顺浓度梯度方式运输，物质以顺浓度梯度方式扩散进出细胞称为被动运输。

设计意图：教师应用CER框架对自由扩散和协助扩散开展论证教学，教师提出问题，并对学生循循善诱后，引导他们对教师所提供的证据进行分析推理，从而得出主张，并在质疑和评判中不断完善主张。教师提供证据，学生找寻证据与推理之间的逻辑关系，培养学生学会用事实、证据、逻辑、推理和论证进行思维的能力。

四、在“主动运输”的课堂教学中应用CER框架，提高科学探究能力

教师提供“小肠上皮细胞结构特点”的证据并发现小肠上皮细胞中的葡萄糖浓度虽高，但其仍可以吸收肠腔中的葡萄糖。学生阅读资料得出初步主张：葡萄糖可以逆浓度梯度跨膜运输进入小肠上皮细胞。并进一步思考这种物质运输方式需要哪些条件？

教师引导学生构建模型：斜坡由高到低代表由高浓度到低浓度，现在葡萄糖分子需要逆浓度梯度进行运输，逐步引导学生提出可能的假设：可能需要小车进行运输，同时还要给小车提供推力。从而引导学生作出假设：葡萄糖逆浓度梯度跨膜运输需要载体蛋白和能量。

教师提供实验材料：小肠上皮细胞、含¹⁴C葡萄糖动物细胞培养液、专一性载体蛋白抑制剂、呼吸抑制剂（不能提供能量）、生理盐水、放射自显影仪、培养皿等。学生分组讨论，设计实验方案：取三个培养皿分别加入等量小肠上皮细胞和动物细胞培养液，再分别加入等量专一性载体蛋白抑制剂，呼吸抑制剂和生理盐水，观察三组的放射性强度。

教师引导学生提出质疑：该学生的实验方案中哪里需要改进？学生分析推理：不应先加入小肠上皮细胞和动物细胞培养液后再加入相应试剂，这样小肠上皮细胞就已经开始运输葡萄糖了。学生进行实验改进：小肠上皮细胞最后加。

教师展示实际测量出来的放射性强度的柱状图，并引导学生完善主张：葡萄糖逆浓度梯度跨膜运输需要载体蛋白和能量。

教师引导解释：像小肠上皮细胞吸收葡萄糖分子，从低浓度向高浓度一侧运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗能量，这种运输方式称为主动运输。

设计意图：在主动运输的教学过程中，尝试将科学论证和科学探究进行结合。首先以CER框架为背景进行教学，实现证据、推理和主张的论证过程，锻炼学生的思维能力。同时在探究主动运输的特点时，学生根据教师提供的证据，提出合理的假设后，分组讨论，设计实验，体现了科学探究的基本方法。在学生提出实验方案后，继续讨论质疑，完善实验方案，这样能充分调动学生自主探究的积极性，把课堂的难点转化为培养学生探究能力的亮点。

五、反思与展望

“核心素养”已经成为了基础教育教学领域关注的热点，是新课程背景下素质教育发展的必然趋势。高中生物教学旨在培养和提升学生的生物科学素养，让学生在获得相关生物科学知识的同时，又能培养学生的理性思维和提高科学探究的实践能力。

与传统的讲授教学模式相比，CER框架下的论证式教学模式有助于培养学生运用证据认识事物的习惯和能力，引导学生以批判性和主动性的态度学习知识，发展科学思维，提高科学探究能力。同时对生物教师的教学能力也提出了新的挑战。教师应注重对学生核心素养的培养，并将生物学科的核心素养融入到教学的每一个环节中，关注学生的全面发展，使得他们在未来社会和生活中受益。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准.2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]吕琦，代建军.新加坡科学教育中的CER科学论证框架研究——以新加坡中学化学学科为例[J].基础教育课程，2019（255）：72-80.

[3]徐文珍，叶巧燕，黄键.发展学生生物学核心素养的思考[J].福建基础教育研究，2016（11）：105-106.