提升科学思维的初中生物学论证课堂实施模型的构建及应用

高倩倩 刘张文斐 卜庆梅

摘 要 依据CER论证模型尝试构建“初中生物学论证课堂实施模型”，制作“论证课堂实施支架表”，并以“鸟的生殖和发育”为例进行教学实践，旨在引导学生在引出论题、收集证据、进行推理、得出主张、质疑辩驳、完善主张的过程中运用科学思维方法，提升科学思维能力。

关键词 初中生物学 论证教学 论证课堂实施 模型 科学思维

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》 （以下简称《课程标准》）明确指出：要通过多种教学活动展现人们认识自然现象和规律的思维方式及探究过程。

这要求义务教育阶段培养的学生不止要掌握生物学基础知识，还要初步掌握科学思维方法，具备一定的科学思维习惯和能力。科学思维能力是科学思维的外显化，科学思维的能力属性主要体现在科学思维方法的运用和熟练程度。初中生物学学习中要用到的科学思维方法有比较、分类、归纳、演绎、分析、综合、建模等。论证是生物学教学中最常见的科学思维表现形式，其与科学思维的形成密切相关。在传统的课堂中，论证环节的缺失使得生物学教育在过去很长一段时间缺失对学生科学思维的深度培养。

本文以“鸟的生殖和发育”为例，依据CER论证模型尝试构建“论证课堂实施模型”，制作“课堂教学实施支架表”，在新模型实施过程中引导学生搜集证据、科学推理、质疑辩驳、得出主张，提升科学思维能力。

1 论证课堂实施模型的构建

CER论证模型（图1）是基于建构主义教学理论与最近发展区理论对图尔敏论证模型的一种简化，由三部分组成：证据、推理、主张，其特别关注基于证据的逻辑推理，要求学生围绕某一主张，收集可靠的证据，作出合乎逻辑的推理，获得科学概念。

对于高年级的学生来说，针对同一个主张，不同的学生可能会提出不同的质疑。因此，论证教学到高级阶段可以引入质疑和辩驳，学生借助证据，通过辩论，维护合理的主张，反驳不合理的主张。当学生像科学家那样评价其他同学的证据与主张，识别超出证据的陈述，这表明他们已在深入学习，为主张辩护的同学也在论证过程中获得对科学知识的深层理解，摒弃错误概念。

基于以上分析，本模型在CER模型的基础上加以改进，旨在引导学生深度论证，提升科学思维能力。模型依据论证的来源划分了两种证据类型：直接证据和间接证据。直接证据主要指学生通过观察、测量、实验等获得的一手数据。间接证据主要指教师提供的资料或学生头脑中已知的概念和原理。第一步引出论题和支架引导主要由教师来完成，教师可以通过提供资料、实验演示、组织活动等多种方式引出论题，学生需在教师提供的支架表的引导下进行论证（表1）。第二步主要由学生来完成，学生搜集可靠的证据，运用恰当的科学思维方法进行合乎逻辑的推理，初步得出科学主张，其他学生或教师考虑到其他解释提出质疑，学生需要再次辩驳完善主张。

初中生形式思维发展并不完善，对于八年级的学生来说，要开展论证教学需要脚手架的支持。本研究围绕论证式课堂教学实施模型制作“论证课堂实施支架表” （表1），支架表可将论证内隐过程表征出来，供学生论证时使用，引导学生如何进行科学论证，帮助学生理清论证思路，引导学生分步骤论证，得出科学主张。

2 论证课堂实施模型的应用

“鸟的生殖和发育”选自人教版《生物学·八年级·下册》第一章第四节的内容。 《课程标准》在主题六：“遗传与进化”的内容要求中明确学生应形成概念：生物可以通过有性生殖或无性生殖繁殖后代。

现以“鸟的生殖和发育”一节中的部分内容： “鸟卵的外部结构特点 — — 鸟卵外形特点和卵壳特点”为例，阐述如何运用“论证课堂实施模型”开展论证教学。

2.1 提供资料，引出论题

资料1：爬行动物卵内的羊膜腔充溢羊水，胚胎在羊水中发育。爬行动物有卵壳，卵内储存有卵黄、水分等营养物质。爬行动物的卵通常产在沙土里，依靠太阳光孵化胚胎。

教师引导学生阅读资料一并设疑：鸟类比爬行动物更为高等，爬行动物的卵适应于陆地生活，那鸟卵有哪些结构特点适应于陆地生活？学生在思索中进入本节课的论证。

2.2 基于证据，初步得出主張

教师引导学生以鸡卵为例先论证鸟卵的外部结构特点。四人为一组，每组挑选一个任务论证，学有余力的小组选择两个，学生论证任务见表2。小组需在“论证课堂实施支架表”的指引下论证，并将证据、推理过程、初步得出的主张写于表中。

2.2.1 主张一：鸟卵的外形为椭圆形，有钝端和尖端，其外形有利于亲鸟孵卵。

资料2：鸟卵在产出前是表面柔软的圆球体，在出生时，鸟卵经过产道一点一点挤压出来，鸟类的产道慢慢胀大，随着卵的产出，产道一点点地收缩，卵壳在产出过程中逐渐变硬定型。

学生用肉眼或者放大镜观察鸡卵，发现鸡卵整体形似椭圆，两端形状不相同，一头钝、一头尖。教师设疑：如何借助现有的鸟卵和乒乓球获取证据，推理鸟卵外形的作用呢？小组成员想到在实验台上推动鸡卵和乒乓球，对比二者运动轨迹。乒乓球的运动轨迹呈直线，鸟卵的运动轨迹呈圆弧状。基于证据，学生可推理出：鸟卵的外形可以使其往巢内聚集，有利于亲鸟孵卵。教师继续引导学生阅读资料二，从进化的角度解释鸟卵外形形成的原因。

设计意图：学生先运用比较的科学思维方法，对比乒乓球和鸡卵的运动轨迹，再归纳鸡卵形状的优点。从进化的角度出发，学生思考鸡卵形状的形成原因，可深度内化知识。

2.2.2 主张二：卵壳很坚硬，作用是保护内部结构。

资料3：拱形是椭圆的一部分，是有弯曲弧度的形状。拱形受到向下的压力时，能把压力分散到相邻的各部分，这使得压力无法集中到拱形的某一点。

资料4：卵壳的中部很厚，整个卵壳98%由结晶钙构成，而结晶钙又是一种碳酸钙的结构形式。

教师向学生普及母鸡大约一只重2.5kg到4kg，而在孵化时母鸡却不会把鸡卵压碎。学生猜想卵壳有一定硬度能承受压力。教师设疑：怎样能证明卵壳很硬？有学生提议用力握鸡卵，看是否破裂。教师提示学生利用工具设计方案获取一手证据来进行推理。小组讨论后决定：用两枚环形吸铁石将鸡卵竖着架起来，使鸡卵重心落于环形吸铁石圆心，再用两枚吸铁石盖住环形鸡卵头部，在鸡卵上方放多本书，结果鸡卵不破碎。

教师继续设疑：鸡卵如此坚硬的原因是什么？有学生想到卵壳的组成成分，卵壳由碳酸钙组成，而岩石大多也由碳酸钙组成，所以卵壳硬度高。组内学生反驳：虽然卵壳由碳酸钙组成，但是厚度很小，不足以承担巨大的压力。另外的学生提出可以从鸟卵外形分析，根据资料三的内容得出：卵壳的外形类似一个全封闭的连续拱形，在对某一部分施加压力时，可以将力均匀分散到卵壳各处，因此卵壳可以承受更大的力量，由此推理出卵壳的作用是：保护鸡卵内部结构。

设计意图：拱形结构能够分散受力，从而可以承受较大的压力，鸡卵由无数个拱形组成，所以鸡卵能够承受较大的压力，这其中运用了“三段论”的演绎方法。

2.3 质疑反驳，完善或认可主张

讨论完成后，教师请各小组代表详细汇报论证过程。其他小组或教师可对证据或主张表示质疑，小组需根据提出的质疑进行辩驳，最后将主张表的其余部分补充完整。

2.3.1 认可主张一：鸟卵的外形为椭圆形，有钝端和尖端，其外形有利于亲鸟孵卵。

在质疑环节中，有学生提出质疑：鸡卵就能代表所有的鸟卵吗？所有种类的鸟卵都能确保是一头钝、一头尖吗？教师请该组成员辩驳，有组内成员观察过鹌鹑卵和鸭卵，它们与鸡卵外形相同。教师趁机出示世界上鸵鸟卵和蜂鸟卵的图片，并提出它们分别是世界上最大和最小的鸟卵，接着把鸽子卵、鹌鹑卵、鸭卵这些常见的鸟卵放于投影仪下进行展示。学生观察完之后仍然质疑，仍认为有例外。教师随即介绍“不完全归纳法”，指出完全归纳由于时间、空间、人力和物力的限制，有一定的局限性和不可实现性，所以可以运用不完全归纳的方法推理出主张。关于主张一的推理过程如图3所示。

设计意图：通过质疑环节，学生进一步加强运用“不完全归纳法”的熟练程度，学生敢于质疑，增强批判性思维能力。

2.3.2 完善主张二：生鸡卵坚固，作用是保护内部结构。

有多位学生质疑一个问题：如果拱形结构能承受更大的压力，为什么完整无缺的熟鸡卵能容易捏碎呢？小组成员反驳：熟鸡卵的卵壳钙分解、流失，所以较脆弱，容易被捏碎。教师继续补充：卵壳内的物质由液体变为固体，而固体的张力对力的分散、吸收比液体弱，所以鸡卵容易捏碎。由此，小組将主张中的“鸡卵”一词改为“生鸡卵”。另外有学生质疑证据的合理性：鸡卵真的捏不碎吗？是否是因为组内成员力量不够？教师出示“鸡卵测压”视频，指出鸡卵可承受150kg-200kg的压力。还有学生质疑主张的用词合理性：卵壳很薄，一掰就碎，并不“坚硬”呀？由此，学生小组将“坚硬”二字修改为“坚固”。关于主张二的推理过程如图4所示。

2.4 链接生产、应用主张。

本节课内容全部论证完成后，教师向学生介绍家鸡的量化生产并布置课后作业：小组合作，利用孵化箱孵化鸡卵。教师指导学生设定好孵化器的湿度与温度，将鸡卵放入孵化器孵化，学生每隔一天观察一次鸡卵的孵化情况并拍照记录，详细描写胚胎的发育情况，最后孵化出来的小鸡由学生领养。

3 结语

利用“论证课堂实施模型”进行论证教学，学生在教师的引导下亲历：论题提出、收集证据、运用科学思维方法推理、质疑辩驳、形成主张的过程。在学习过程中知识并不是直接讲授，而是需要收集证据进行科学的分析、深度的思考才能得出主张。在推理过程中，学生频繁用到了归纳、演绎、对比、综合、分析的科学思维方法进行推理，提高其科学思维方法的使用熟练程度，从而提高学生的科学思维能力。除此之外，学生也在学习过程中体会到科学家的探究过程，增强了质疑精神、批判性思维能力。通过以上的教学设计，学生对知识达到了深层理解，初步发展科学思维，逐步形成生物学学科核心素养。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：2-3.

［2］ 吴成军.义务教育生物学核心素养的内涵及分析［J］.生物学教学，2022，47 （07）：2-5.

［3］ 吕琦，代建军.新加坡科学教育中的CER科学论证框架研究～1 — — 以新加坡中学化学学科为例［J］.基础教育课程，2019（15）：72-80.

［4］ 潘洪建，盛群力. CER教学：引导学生建构科学解释［J］.开放教育研究，2019，25 （05）：64-72.