ADI教学模式在“探究影响胞质环流速率的因素”实验的教学实践*

应晓屹 虞 驰

（1宁波市李惠利中学 浙江宁波 315041 2宁波市第四中学 浙江宁波 315016）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》以下简称“课程标准”）明确指出，加强和完善生物学实验教学，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。这种有目的、有步骤的学生自主学习活动主要包括，对生物及其相关事物进行观察、描述、提出问题、从各种渠道查找信息、提出假设、验证假设、思维判断、作出解释，并能与他人合作和交流等[1]。如何在实验教学过程中组织探究性学习，已然成为了促成学生达成生物学学科核心素养的关键。

论证探究式教学模型（argument-driven inquiry，ADI）是一种新型教学策略，该模型结合了科学论证和探究过程，强调引导学生利用资料进行合理的推理和论证，以培养学生的科学思维方式[2]。ADI在实验教学中的应用，使生物学学科核心素养的落实成为可能。

基于此，本文将以“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”的再探究实验教学为例，在课堂上将科学论证过程与探究式实验教学过程相结合，在课后撰写研究报告，进行评价、修正及反思，阐释如何将ADI教学模式应用于生物学实验教学过程，以期为生物学教师提供新颖的实验教学案例。

1 教材分析及设计思路

“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”是人教版高中《生物学·必修1·分子与细胞》（2019年版）第3章第2节中的探究实践内容，一方面，让学生通过观察了解植物细胞的结构尤其是叶绿体的形态特点，另一方面，通过观察体会细胞质流动是活细胞所具有的现象。由此，既突出了生物学实验及基本实验技能在中学生物学教学中的基础性地位，又帮助学生达成对“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这一大概念的理解，还为之后学习第5章第4节“光合作用”打下了基础。

本实验属于观察验证性实验，具有明确的实验目的，规范的实验步骤，要让学生客观地观察和描述实验现象。为了凸显课程标准的理念，培养学生的论证能力和批判性思维，尝试将ADI教学模式应用于本次实验教学，并在该实验基础上实施再探究，即“探究影响胞质环流速率的因素”。本次实验课的教学实施包括如下6个环节：提出任务→收集数据和资料→构建论证→论证阶段→撰写研究报告并互评→总结和反思，其中，前4个环节是在课堂中完成的。

2 教学过程

2.1 创设情境，激发兴趣 教师展示3个视频：光学显微镜下的黑藻（Hydrilla verticillata）叶肉细胞细胞质流动，来自同一装片不同视野。教师引导学生观察胞内叶绿体的运动，以此判断细胞质是否流动，并设置如下问题：①不同叶肉细胞中的胞质环流速率是否相同，为什么？②引起胞质环流速率差异的可能原因有哪些？

3个视频中的细胞质流动是学生已熟知的内容，利用学生熟悉但又不同的情境导入新课，并在这一基础上提出问题，引发学生的进一步思考，并唤起其寻根究底的好奇心。

2.2 提出任务 通过对3个视频的观察比较，学生发现不同视野中的胞质环流速率是不一样的。由此引发了学生新的探索兴趣：影响胞质环流速率的因素是什么？如何定量测定胞质环流速率？教师引导学生结合自身已有知识，对定量测定胞质环流速率的方法原理进行论证（图1、图2）。由此，学生开始展开对“影响胞质环流速率的因素是什么？”的探究与论证。

图1 胞质环流速率测定原理论证过程图

图2 显微镜下测定胞质环流速率（单位：μm/s）

2.3 收集数据和资料 针对“影响胞质环流速率的因素是什么？”这一问题，学生提出不同的想法。教师在考虑最近发展区的前提下，将想法相近的学生分为几个小组，每组3～4人，并自主选出一名组长。小组成员共同探讨做什么、为什么做、怎么做、为何这样做、可能会得到何种结果，结合教师提供的资料，完成实验方案的论证（图3）。然后，根据实验方案选择合适的实验器材收集数据和资料。

图3 探究“温度对胞质环流速率的影响”的实验方案论证过程图

实验材料：新鲜的黑藻（购于淘宝），实验前将黑藻分装在2 000 mL的大烧杯中，放在阳光充足处继续培养。

实验器材：数码显微镜、秒表、镊子、载玻片、盖玻片、胶头滴管、水浴锅等。

实验要求：根据自己的实验方案，各小组对黑藻进行不同处理（温度、光照强度、叶龄、取材部位），测定其胞质环流速率，并记录实验结果。教师在巡视实验操作过程中，给予规范性指导并及时进行安全性教育。

2.4 构建论证及论证阶段 各小组结合实验方案的论证过程图，讨论分析实验结果，形成主张，并在白纸上构建实验结果论证过程图。组内论证模型构建完成后，各小组派一名组员向全体学生展示包含问题、证据、推理和主张等信息的论证模型，其他学生可对此提出质疑，并提供证据、推理，展示学生可辩护或修改，进一步完善主张。论证过程中，通过组间合作，学生在有限的时间内完成了多项科学论证和探究任务，使得论证模型不断得到完善（图4）。

图4 探究影响胞质环流速率的因素的论证过程图

2.5 撰写研究报告并互评 教师提供如何评价研究报告的相关文献资料，并提出问题：如何评价一份研究报告？在教师的引导下，学生根据以往撰写研究报告的经验及本次实验探究过程中的自我思考，结合教师提供的文献资料，全体学生共同完成研究报告评价的论证，形成有评分项目和评分标准的量化评价主张（图5）。

图5 研究报告的评价论证过程图

课后，每组上交一份研究报告，教师给每组随机分发一份其他组的研究报告，各小组根据自制的量化评价表（表1）进行打分。打分完成后，交还各小组，每组根据评分细则的得分情况进行修改并再次上交，由教师进行二次评价，如果未通过，则继续修改直至合格为止。

表1 研究报告质量评价标准表

研究报告的评价论证环节可促进学生思考：研究报告应该包含什么内容，撰写过程中需要注意什么问题，如何避免这样的问题等；研究报告的撰写和互评，可促使学生对整个实验过程进行梳理和反思，在报告中可体现学生的学习过程，有何收获，有何体会。在提升学生的科学写作能力的同时，进一步培养学生的科学论证能力和科学反思能力。

2.6 总结与反思 小组互评结束后，教师提出如下几个问题：①本节课做了哪些工作？是否达到实验目的？②实验过程中遇到了哪些问题？是如何解决的？③如果还有进一步实验，想进行哪些工作？为什么？设置这几个问题的目的是让学生对本组的实验方案、实验实施、论证模型的构建、研究报告的撰写有深层次的思考。通过本次实验课的学习，学生能比较顺利地回答问题①和问题②，对论证探究式实验的各环节的表述也基本准确，但对问题③的回答各组有所差异，有些小组认为已考虑的比较完善了，而探究“光照强度对胞质环流速率影响”的小组提出由于受实验条件的限制，没能将自变量的控制做得更精细、准确。

3 反思

ADI教学模式在实验教学的应用过程中，学生会提出哪些问题、课堂能否依照学生所想实施相关实验等，受课堂时间、学生已有的知识储备和能力、实验室条件等因素的限制，因此，“胞质环流速率影响因素的探究”难以做到面面俱到。胞质环流速率的影响因素远不止于光照强度，还有光照时间和光质。此外，胞质环流过程中需要消耗ATP，因此，影响细胞呼吸速率的因素也会改变胞质环流速率。所以，论证探究式教学模型在实验教学实践过程应用，一方面，要求教师根据实际情况确定探究性实验的内容、范围和研究深度；另一方面，如果条件允许，可将部分问题作为课堂外延实验集合有兴趣的学生作进一步探究。

构建论证及论证阶段环节是ADI教学模式的核心环节。在教学实施过程中，学生要能基于生物学事实和证据运用推理、建模、批判性思维等方法，审视或论证主张。这种科学思维的养成是落实生物学学科核心素养不可或缺的部分。ADI教学模式是一种新型的教学模式，因此，有部分学生在构建论证环节花费了较长时间，在论证阶段也表现得不够积极。针对此问题，一方面，要多看，即向全体学生展示优秀的论证实例，既是鼓励又是示范，以此引导学生从模仿开始熟悉如何构建论证；另一方面，要多用，即教师选择合适的教学内容，尝试不定期地开展论证探究式的实验教学实践。

撰写研究报告和互评、总结和反思环节在本次课中是个亮点，有别于以往教师提供一张评价单，学生根据评价单的条目对自己和他人实施单一性评价。本次的评价标准也是学生的论证所得，基于之前构建论证和撰写研究报告的经验，学生对过程中遇到的问题进行过思考，并尝试解决，因此，在评价论证及总结和反思环节，表现得异常积极，各抒已见。这一过程既使学生再次熟悉论证过程，又有助于学生进一步形成批判性思维。

将ADI教学模式应用于生物学实验教学，不仅能促使学生掌握科学探究的基本方法，还能培养学生运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题，有助于生物学学科核心素养的落实。