基于论证探究式教学模式的高中生物学实验教学研究

林靖哲

摘 要：论证探究式教学模式（以下简称ADI教学模式）是将论证与探究活动相融合的一种教学模式。学生在该模式的引导下，逐步完成自主设计方案、获取数据、论证推理、形成报告等步骤，在此过程中深入理解科学知识，提升科学论证能力。将ADI教学模式引入高中生物学实验课堂，有利于深化学生对高中生物学抽象知识点的论证探究学习，培养学生推理论证等科学思维方法，提升其科学探究能力，促进核心素养的形成。

关键词：论证探究式教学模式；高中生物；实验教学

《普通高中生物学课程标准》明确指出，生物学科应高度关注学生学习过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，学生通过探究性学习活动，加深对生物学概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神。

ADI教学模式以建构主义理论和认知学习主义理论为基础发展而来，它将科学探究活动与教学实践有机地结合起来，通过引导学生主动参与论证和探究，从根本上改变传统课堂中教师灌输式教学模式[1]。ADI模型在高中生物学实验教学中的应用，将引领课堂从“内容—过程”逐步朝“证据—解释”的方向发展[2]。

基于此，本文把ADI教学模式引入实验课堂，对如何在高中生物学实验教学中应用ADI教学进行探索，通过开展ADI活动为一线教育工作者培养学生的科学论证和探究能力提供新思路。

一、ADI教学模式概述

（一）ADI教学模式的内涵

ADI教学模式是一种将论证融于科学探究中的新型教学模式[3]。它将论证和探究结合在课堂教学中，其重点在于引导学生设计出解决问题的方案，学生通过收集和分析数据等过程，逐步掌握科学论证的方法，加深对科学内容的理解，逐渐形成科学探究的系统思维，提升论证推理和表达能力[4]。

（二）ADI教学模式的步骤

2008年，为促进学生理解科学概念，发展其论证推理能力，Sampson（桑普森）等人通过对多个论证教学框架的归纳，首次提出以建构主义为基础的7个阶段的ADI教学模式[5]。2012年，Grooms（格鲁姆斯）团队在其基础上进行了一定的调整和完善，提出新版ADI教学模式，包括以下8个阶段：

阶段1：明确任务和问题，开展“工具对话”

教师通过生物学现象等创设情境，激发学生兴趣的同时，引导学生回忆相关旧知，导入将要开展的实验活动。学生根据情境提出研究问题，明确学习任务。此外，教师要引导学生掌握实验材料和仪器的使用方法，以期学生能够自主地设计、实施方案。

阶段2：设计方案与收集数据

学生以小组合作学习的方式进行探究，设计实验方案获取相关数据。教师引导学生思考以下问题：一是需要获得哪些数据，即明确因变量及所收集的数据类型；二是如何获取这些数据，即明确自变量及其控制方法；三是怎样分析处理数据，如数据如何呈现。

阶段3：分析数据，尝试初步论证

以小组为单位，基于所收集到的数据进行分析推理。分析数据时首先要清楚数据的类型，包括观察的现象及测量的数据。在分析数据的基础上引导学生构建论证，包括主张、证据和推理过程。

阶段4：论证会议

小组发言人公开展示数据及获取方法，基于证据进行论证推理，其他小组成员可质疑，指出汇报小组所陈述的证据或论证中的不足之处。

阶段5：反思讨论

教师引导学生反思论证会议中提出的问题，指导学生及时修正获取证据的方案或论证推理的过程，缩小组间差距，实现教学目标。

阶段6：书写研究报告

学生自主完成研究报告，内容包括研究目的、收集数据的方案，及论证推理过程。

阶段7：双盲评议

教师组织小组间对研究报告进行双盲评议，学生根据教师提供的评议标准进行评估，提供修改建议。

阶段8：修订提交报告

学生结合评议中提出的问题和建议，将报告修缮后，呈交给教师。

此外，有研究者提出，教师不必机械复制ADI教学模式的步骤，应在考虑学情的基础上灵活实施。ADI教学模式的精髓在于以问题为核心，基于探究活动获取证据，基于证据进行推理论证，在小组互评中通过表达促进对学科的深入理解[6]。

二、ADI教学模式应用于高中生物学实验教学的意义

本研究的理论意义在于，ADI教学模式通过关注学生新旧知识之间的联系，帮助学生建立系统的知识框架，学生主动探究科学问题，掌握新知。因此，将该模式应用于高中生物实验教学中，可以为建构主义学习理论及发现学习理论提供案例支撑。

本研究的实践意义主要体现在两个方面，一是提升学生的核心素养，二是为一线教师使用ADI教学模式提供参考依据和案例。ADI模式注重引领学生进行“论证”和“探究”，将其应用于高中生物学实验教学，能够帮助学生在掌握实验原理、方法及过程的基础上，训练和提高学生的科学探究能力，逐步形成科学论证的思维模式，培养学生的生物学核心素养。此外，ADI教学模式将课堂划分为8个步骤，逐步引导学生走上实验探究之路，体验论证过程，提高实验课堂的效率。因此，ADI模型不仅可用于培养学生的论证思维，还为高中生物学实验教学提供了一种新的教学模式。

三、ADI教学模式在高中生物学实验的教学案例设计

（一）案例选择

课程标准中的次位概念指出，概述细胞都由质膜包裹，质膜将细胞与其生活环境分开，能控制物质进出，参与细胞间的信息交流[7]。其中，学生较难理解细胞膜控制物质进出细胞的作用，而教材也未做过多解释。高一的学生思维活跃，有较强的观察、实践能力和一定的生物学基础，对探索生物学现象的内在原因充满热情，但在设计实施实验方案上缺乏经验[8]。基于此，确定实验课题为“鉴定活细胞的细胞膜具有选择透过性”，该实验虽为验证性实验，但可以通过提供多样的实验素材，引导学生设计开放性的實验方案挖掘其探究性价值。学生通过ADI活动深入理解生命观念的同时，可以更好地掌握实验探究过程，明确单一变量原则、对照原则等，发展探究精神和科学论证能力。

（二）教学目标

1.能够以结构与功能相适应的观念，设计实验鉴定活细胞的细胞膜具有选择透过性，认识到进行各项生命活动的前提是保持细胞结构的完整性。

2.能够通过小组合作探究，根据提供的实验器材设计实施实验方案，运用科学术语记录实验结果。

3.能够利用所学知识分析实验结果，通过逻辑推理阐明个人立场或质疑他人实验合理性。

（三）教学过程

阶段1：明确任务和问题，开展“工具对话”

教师介绍鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。同时，教师引导学生根据生物现象提出问题：为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？据此推测，细胞膜作为细胞的边界，应该具有什么功能？学生明确探究任务：设计实施一个实验，鉴定活细胞的细胞膜具有选择透过性。

教师要引导学生掌握实验材料和仪器的使用方法。实验器材包括：新鲜的红色月季花、白萝卜、洋葱、质量分数为30%的蔗糖溶液、质量分数为15%的盐酸、红墨水、清水、电热水壶、烧杯若干、记号笔、量筒、盖玻片、载玻片、吸水纸、刀片、镊子等。

阶段2：设计方案与收集数据

学生分组，一组4人，设计实验方案。教师引导学生思考以下问题：在实验过程中收集什么数据？如何获取这些数据？对照组和实验组如何设置？

学生自主设计实施的实验方案部分如下：

实验方案一

1.选取两只大小相同的烧杯，分别用马克笔标注甲、乙；

2.分别在甲、乙两只烧杯中加入等量的清水和热开水；

3.选取等量的红色月季花瓣，分别放入甲、乙两只烧杯中，经过相同时间后观察花瓣颜色变化。

实验结果：甲烧杯中的花瓣仍为红色，溶液无色；乙烧杯中的花瓣颜色变浅，溶液变红。

实验方案二

前两步同方案一。

3.切取大小、长度都相同的白萝卜条，分别放入甲、乙两只烧杯中，经过相同时间处理；

4.取出白萝卜条，放入红墨水中作用2min，取出切开，观察切面颜色。

实验结果：甲组萝卜条内部仍为白色；乙组萝卜条内部被红墨水浸染。

实验方案三

前两步同方案一。

3.将两瓣形态大小相似的洋葱，分别放入甲、乙两烧杯中，经过相同时间处理；

4.制作洋葱外表皮装片，进行质壁分离实验。

实验结果：甲组洋葱外表皮细胞发生质壁分离现象，乙组洋葱外表皮细胞不发生质壁分离现象。

阶段3：分析数据，尝试初步论证

教师引导学生整理数据，包括测量得到的数据（如温度、时间等），及观察到的实验现象（如颜色变化、质壁分离情况等）。教师指导学生在获取的数据基础上，结合理论框架，尝试进行初步论证，主要包括主张、证据和推理过程。以实验方案一为例，学生的论证过程如下：

1.提出主张：活细胞的细胞膜具有选择透过性，死细胞的细胞膜失去选择透过性。

2.实验获得的证据：放在清水中的红色月季花瓣的颜色和水的颜色都不变；放在盐酸中的红色月季花瓣的红色变浅，溶液的颜色逐渐变红。

3.推理过程：红色月季的花瓣中含有的红色色素是大分子物质，正常情况下，是不能穿过液泡膜和质膜到达胞外的。当细胞处于热开水中时，细胞膜的选择透过性被破坏，红色色素到达细胞外。

阶段4：论证会议

在开始论证会议前，教师提示学生思考以下问题：该数据可以用来支持主张吗？证据是否科学合理？观点是否与公认的科学理论一致？接下来引导学生开展组间轮回赛，小组之间进行辩论。各组指派一名发言人，向全班汇报本组的实验设计思路，进行实验分析论证。其他组同学认真倾听汇报要点，及时记录下质疑点，在该组汇报完成后逐一提出，如收集的数据是否合理？分析数据的方法是否科学？论证的过程是否有效？在聆听其他小组成员的质疑后，汇报小组可选择“同意”或进行“辩驳”。

阶段5：反思讨论

各小组成员根据在汇报中发现的问题，反思、讨论实验的不足之处，通过组内商议重新修正、完善实验论证，或改进收集数据的方法。

阶段6：书写研究报告

教师引导学生撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、实验方案、论证过程、实验结论。

阶段7：双盲评议

各小组完成实验，上交实验报告，教师将实验报告随机交换后分发给各小组，引导学生对其他小组的实验报告进行评审，包括是否用科学的术语描述实验过程，是否用正确的形式表达实验结果，展示的证据是否充分有效，推理是否充分合理等。在评审过程中为没有达到标准的小组提供具体建议。

阶段8：修订提交报告

教师对学生的实验报告进行二次评审，学生结合评议中提出的问题和建议，修缮报告后递交。

（四）教学评价

本节课在实验材料的选择上尽可能做到多样性，在过程的设计上尽可能做到开放性，引导学生自主设计解决研究问题的实验方案，掌握科学探究的正确方法，包括确定自变量及其控制方法，获取并分析数据，在交流中论证、质疑，批判性地思考其他同学给出的建议与实验方案的改进，逐渐掌握科学论证的方法，促进对科学内容的理解，增强创新意识和能力，形成更优秀的推理能力和更积极的科学态度。

有的学生反馈，通过本节课的学习，他们对同一个实验有了更多不同的想法，提升了与同学的合作交流的能力，增加了对生物学科的兴趣。在没有达到预期的实验结果时，他们感受到了实验操作规范严谨的重要性。更重要的是，在课本平铺直叙的语言文字描述外，他们体会到了动手操作的意义，理解了生物是一门基于实验的学科，体会到了生物学科的独特魅力，这对于高一的学生来说，是一个再好不过的开端。

结束语

综上所述，通过把ADI教学模式引入高中生物学实验课堂，可以有效地激发学生对生物实验的兴趣，培养学生的实验设计、科学论证和表达能力。各组间通过合作共同完成ADI活动，促进学生的合作学习，培养了学生的团队协作意识。

此外，教师通过利用ADI教学模式，可以促进自身论证思维的发展，提升资源整合能力。教师在与学生共同设计、论证、探究实验的过程中也在不断完善自我，实现教学相长。本课题后续将深入开发学生感兴趣的自主性实验专题，在ADI教学模式的基础上开展生物实验创新校本课程，使ADI教学模式及相关校本课程可以在全国各校开展和

推广。

参考文献

[1]郭志坚.ADI教学模式在高中物理教学的实践研究[J].高考，2021（16）：15-16.

[2]郭江暖.基于ADI模型的高中生物学探究实验教学[J].中学生物教学，2022（21）：7-8.

[3]周雨婷.基于ADI模式培养学生物理科学探究能力的实践研究[D].郑州：河南大学，2022.

[4]陈玉玲.ADI教学模式在高中生物实验教学中的应用研究[D].漳州：闽南师范大学，2019.

[5]黄健.ADI教学模式在高中生物学教学的实践研究[D].广州：广州大学，2020.

[6]吴举宏.新版论证教学模式在科学课堂中的应用：以中学生物学教学为例[J].基础教育课程，2022（18）：55-60.

[7]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[8]曹珊珊，左强.高中生物实验校本课程开发的思考[J].高考，2021（17）：105-106.

本文系廈门市直属中小学2021年度课题“基于ADI教学模式的高中生物学实验创新研究”（编号：ZSX2021012）及福建省厦门第一中学2021年校级课题（编号：XMYZ-2153）的阶段成果。