基于ADI理念的混合教学模式及其在高中生物学实验教学中的应用——以“pH对酶活性的影响”探究实验为例

阮 薇 杨月梅

（福建师范大学第二附属中学 福建福州 350015）

论证驱动探究式教学模式（Argument-Driven Inquiry instructional model，ADI）以科学论证为中心，驱动学生进行主动探究学习。在该教学模式中，学生在教师引导下围绕某一问题展开科学探究和论证过程，通过设计探究方案、实施实验、收集分析数据形成主张、开展小组论证、反思讨论、撰写报告、盲审评议、修改报告等环节，经历类似真实性的科学研究过程。ADI模式强调培养学生能利用合理的论据进行推理和论证，提升学生的科学思维。这种教学模式含有“科学探究”和“科学思维”两大关键词，符合高中生物学新课程的基本理念。将线上线下混合教学模式与ADI教学模式相融合，结合人教版高中生物学教材（2019年版），旨在探索如何有效利用信息技术深入培养学生的探究能力和论证能力，为培养高中学生的探究能力和论证能力提供借鉴。

1 基于ADI理念的混合教学模式的基本思想和实施流程

基于ADI理念的混合教学模式是从线上线下混合教学模式出发，借鉴ADI理念，构建出基于ADI理念的混合教学模式，是一种新型探究教学模型（图1）。

图1 基于ADI理念的混合教学模型

基于ADI理念的混合教学模型将重点放在主张、论据及二者相关性的逻辑推理关系上，利用网络平台打破时间和空间对教学的束缚，将科学探究和科学论证在课前、课中、课后3个阶段进行有效贯穿，通过小组讨论确定探究主题和任务、设计实验方案进行论证、收集分析数据，形成初步主张、质疑辩驳、论证讨论、完善探究方案、继续论证、修正主张、撰写研究报告、审议讨论等环节，逐步培养学生的科学探究、科学思维、科学论证的能力和团队合作能力。

2 基于ADI理念混合教学模式的探究实验“pH对酶活性的影响”教学过程

探究实验“pH对酶活性的影响”是高中生物学必修课中学生必做的实验之一.教师开展基于ADI理念的混合教学模式，达成了较好的教学效果。

2.1 确定探究主题，收集资料设计实验方案

本探究实验的设计方案对高一学生而言难度大，若直接在实验课堂完成，则后续实验探究时间少，因在实验课前完成此实验方案的设计。教师课前将学生分组，在学生群里上传相关的学习任务单（表1）降低探究实验难度。学生以探究小组为单位查阅资料，讨论完成相关的学习任务单。教师帮助学生建立新旧知识的联系，明确探究任务和要求，引导学生讨论并修正相应实验方案，为学生后续实验和论证活动顺利开展提供资料。学生联系已有知识，分析资料，提出不同主张，如过酸环境或过碱环境均会降低酶的活性（主张1）、在一定的碱环境中酶的活性会随着pH的增大而增大（主张2）、在一定的酸环境中酶的活性会随着pH的减小而增大（主张3）等。实验材料不使用教材实验中的猪肝，而选择土豆、香蕉、胡萝卜（含有过氧化氢酶，且取材容易操作方便）为本次实验材料，确定合适的pH梯度区间为3-11。各小组借助学习任务清单初步完成实验方案的设计，查阅资料，了解需要的实验用品，并在实验课前将实验用品清单报备给教师。

表1 “pH对酶活性的影响”探究实验任务清单

2.2 确定研究方案，开展课堂实验探究活动

课前，教师收集学生实验设计方案，给予学生针对性的修改建议，指导其初步完善实验方案的撰写。教师在收集方案时，要注意收集较完善型和有缺陷型两类，以便后续课堂分析、讨论。

例如，实验课堂上教师通过网络同屏技术可呈现部分小组撰写的方案设计思路（表2），引导学生讨论比较不同方案的差异性。

表2 部分小组的设计方案（酸性环境对酶活性的影响）

在上述典型实验方案的讨论中，为了后续探究和论证活动的顺利开展，教师需要设立系列支架问题引导学生思考本小组的实验设计方案：本探究实验的自变量是什么，如何设置？因变量有哪些，如何控制？因变量是观察现象，还是用具体数据统计？对照组和实验组如何设置？数据怎样记录？实验操作步骤需要注意哪些事项？数据呈现方式是什么？如何分析数据？

各个小组，学生开展经过深入分析与讨论，修改论证具体的实验操作步骤。教师巡视指导。在教师认可小组方案后实验探究，收集相关数据。

本环节在论证活动中至关重要，教师要引导学生完成科学的实验方案设计原则，以避免不必要的实验设计错误，使学生能明确实验探究原则和科学的实验步骤，有利于后续论证的顺利推进。

2.3 收集分析数据进行论证

学生在具体的实验操作结束后收集数据，由小组代表进行汇报。不同小组设计实验装备有差异（图2、图3）。教师引导学生进行质疑性思考：分析数据时，分析的是测量的数据（如U型管中液滴的移动距离、气压的变化等），还是观察数据（如试管中气泡数量多少等）？小组收集数据的方法是什么，理由是什么？学生在纸上或电子白板上构建出初步论证关系，包括主张、论据和二者推理关系等。学生通过收集和分析实验数据开展论证。例如，讨论利用图2所示的实验装置在某一个pH获取土豆中过氧化氢酶活性数据（利用图2实验装备）时，学生对于选择的时间点存在分歧：

图2 评估气泡产生速率的U型管装置

图3 评估气泡产生速率的压力计装置

学生1：选择第7分钟的红色液滴移动距离（主张）。因为第8分钟时红色液滴移动距离不再增大（实验证据），说明过氧化氢酶的催化反应结束，化学反应速率不再随时间而改变（理由）。

学生2：我不同意，我选择第2分钟的红色液滴移动距离（主张）。从数据曲线上，发现2 min后该曲线斜率出现下降（证据），说明酶的催化能力下降。这有可能不是pH环境引起的，本实验的自变量是pH，为排除其他因素的干扰实验结果，我选择第2分钟的数据（理由）。

学生3：我同意选择第2分钟的数据（主张）。本实验是探究pH对酶活性的影响，需要严格控制无关变量对自变量的影响，尽量保证无关变量相同且适宜，因此该化学反应的最初反应速率能代表在该环境中酶活性的相对值（理由）。

教师引导学生统一主张：最后经过论证讨论，学生一致同意选择第2分钟的红色液滴移动距离代表该pH环境中过氧化氢酶活性的相对值。

学生通过以上真实的实验过程获取真实的数据，利用论证框架，努力寻找主张与论据之间的联系，初步完成论证过程，增加了学习兴趣，有利于培养逻辑思维的培养和论证能力的培养。

2.4 继续质疑、辩驳，提出新问题，再次实验探究

教师引导学生开展小组间辩论，学生在聆听中分析判断其他组成员分享的内容是否具备科学性。教师可以通过以下问题推进论证会议，引发学生质疑性思考：分析数据的方法是什么？是否出现不能支持主张的数据？解释合理吗？

例如，学生对土豆中过氧化氢酶最适pH的确定进行论证讨论的过程：

学生1：我认为pH环境会影响过氧化氢酶活性（主张）。从曲线看，当pH为8时红色液滴移动距离是最大的（证据），所以过氧化氢酶最适pH为8。

学生2：我不赞同上述观点。过氧化氢酶最适pH不一定为8（辩驳）。

学生1：我们小组分析数据曲线，发现过氧化氢酶活性在pH为3-8逐渐增大，而在pH为8—11逐渐减小（实验证据）。而过酸或过碱的环境会破坏酶的空间结构（理由），因此由实验数据可知过氧化氢酶最适pH为8。

学生3：我们小组认为过氧化氢酶最适pH为6-9。因为在pH为6-8时，过氧化氢酶活性可能会先增大后降低，也有可能在pH为8-9时酶活性会出现先增大后降低（辩驳理由）。

学生4：我懂了。若缩小pH区间进一步探究酶的最适pH，则本实验需要继续在pH为6-9区间设置多个系列梯度pH实验组进行探究，进一步测定酶活性大小并比较，进而确定最适pH。

学生5：理论上是可以确定酶的最适pH。但是我们做的实验结果只能无限接近最适pH，而且在pH为6-9区间设置多个系列梯度pH，实验组之间的pH差距很小，如果直接用肉眼观察红色液滴的移动距离，很难分辨（辩驳理由）。

学生1：所以要获取更精确数据，需要更精确的仪器测量才行。

教师引导学生统一主张：在实验设备满足的条件下，需要在pH为6-9区间设置多个系列梯度pH，继续实验研究。

各小组对相应问题进行反思讨论，对新出现的问题修正、继续实验探究，完善实验数据。

学生通过论证聆听辩论会，激发了思维，促进深度思考，培养了信息分析整合、逻辑推理、语言表达等能力，提升了科学探究和科学思维的素养。

2.5 修正完善主张，得出结论

学生改进收集数据、分析数据的方法，不断通过探究实验得到新证据，在真实有效的实验数据的基础上，完善主张，进而得出本实验的结论：pH会影响酶活性，在最适pH下酶活性最大，低于最适pH，酶活性随着pH的减小而降低，高于最适pH，酶活性随着pH的增大而降低，过酸或过碱环境则会破坏酶的空间结构使酶永久失活。

学生经过质疑、辩论、反思、实验，有助于构建一个完整且科学的论证过程，对其理解科学本质的和提升科学探究能力均有极大的促进作用。

2.6 撰写研究报告、审议、修改

论文写作是科学研究的必要手段，科学家在研究报告中阐述所完成的实验过程和获得的研究结论，同时评估他人的研究成果。课后教师，课后可通过网络平台布置研究报告撰写任务，引导学生围绕以下问题撰写：你的研究课题是什么？你是怎么研究的？论证过程是什么？研究的结论是什么？教师在网络平台上提供论文的撰写模板，以供学生参考。学生通过网络平台与教师交流撰写心得、提交报告，教师除去小组人员姓名打印为纸质材料，再以盲审形式分发给其他小组匿名评审，评审的标准参考表3。各小组将盲审后的研究报告依据修改建议进行再次修正完善，由教师完成终审评定。若小组仍需修改，则需完善直至符合评审要求。

表3 科学论证能力评议参考标准

该过程是基于ADI理念的混合教学模式的最后一环节。学生通过审阅评语他人的报告，反思并修正自身的论证流程，不仅提升了阅读及应用写作能力，进行跨学科学习，还提升了科学论证思维、批判思维、逻辑推理等高阶思维力。教师能及时收集反馈内容，为后续教学计划提供参考。

3 小结与反思

在ADI教学模式中，教师引导学生在探究中进行论证研究；学生针对一个议题参与小组讨论提出初步主张，确定并设计研究方案，在方案实施中积极为自己的主张寻找证据，在论证会中经历质疑、辩驳，也可以在报告撰写和审议过程中产生新的问题，推动探究活动的继续进行，直至完善主张。学生在这个过程中如科学家一样，经历了获取并建构知识的过程，提升了学习积极性。ADI教学模式与线上线下混合教学模型的合理融合，能极大利用网络技术优势深度进行论证研究，同时打破时间和空间限制，提高了生物课堂的教学效率。

教学实践证明：与传统生物学实验教学相比，基于ADI理念的混合教学模型充分发挥了生物学实验的教育功能，不仅能将探究实验与文本阅读、报告撰写等任务结合，还突出科学论证在获取新知中的重要性，有利于学生对生物学学科核心概念的深度理解，亲身体验到科学实践的重要性，能充分体现生物学学科核心素养的诸多要素。该教学模型理论结构较简单，步骤明确，操作性强，将其应用于高中生物学实验教学中，可以帮助中学教师顺利实施论证教学活动。