素養(yǎng)導(dǎo)向的生物學(xué)論證式概念教學(xué)實踐

趙輝　龍秋月

摘要 論述論證式教學(xué)的理念，以赤霉素的作用及其應(yīng)用為例，展示指向生物學(xué)科核心素養(yǎng)的論證式教學(xué)在概念教學(xué)中的應(yīng)用，彰顯論證式概念教學(xué)的育人價值。研究表明：論證式概念教學(xué)有利于學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)概念：真實的問題情境是學(xué)生論證探究的不竭動力;將論證整合到探尋、應(yīng)用科學(xué)規(guī)律的全過程是生物學(xué)科核心素養(yǎng)培育的重要途徑。

關(guān)鍵詞 論證式教學(xué) 概念教學(xué) 核心素養(yǎng) 赤霉素

中圖分類號G633. 91 文獻標志碼B

1 論證式概念教學(xué)

論證式教學(xué)又稱論證探究式教學(xué)（ argument-driv-en inquiry，ADI），強調(diào)科學(xué)論證在學(xué)生探究過程中的重要性，旨在促進學(xué)生理解科學(xué)知識和科學(xué)事業(yè)，培養(yǎng)其科學(xué)思維，提高科學(xué)素養(yǎng)。論證式教學(xué)以社會建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、論證理論和學(xué)習(xí)監(jiān)控理論為基礎(chǔ)，使學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證過程來理解科學(xué)概念、科學(xué)本質(zhì)，有利于促進思維及合作交流能力的發(fā)展。素養(yǎng)導(dǎo)向的論證式概念教學(xué)是指以真實情境下的問題或社會需求為引領(lǐng)，通過搜集、建立、分析基于資料或?qū)嶒灥恼摀?jù)，建構(gòu)并在辯駁中不斷完善猜想、主張，形成生物學(xué)概念，最終用于指導(dǎo)解決問題的教學(xué)（圖1）。

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）在教學(xué)建議中強調(diào)組織以探究為特點的主動學(xué)習(xí)是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，并通過大概念的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成生命觀念。因此，教師在設(shè)計、組織各單元教學(xué)活動時，要圍繞大概念和重要概念展開，依據(jù)重要概念，精選恰當(dāng)且有利于促進學(xué)生自主建構(gòu)、理解和應(yīng)用生物學(xué)概念的教學(xué)活動內(nèi)容與方式。

2“赤霉素”論證式概念教學(xué)案例

2.1梳理生物學(xué)概念

《課程標準》中有關(guān)赤霉素的概念包括一個核心概念及其下的重要概念，重要概念涵蓋兩個次位概念：

概念1生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動，并通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)（核心概念）

1.6植物生命活動受到多種因素的調(diào)節(jié)，其中最重要的是植物激素的調(diào)節(jié)（重要概念）

1.6.2舉例說明幾種主要植物激素的作用，這些激素可通過協(xié)同、拮抗等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)（次位概念）

1.6.3 舉例說明生長素、細胞分裂素、赤霉素、脫落酸和乙烯等植物激素及其類似物在生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用（次位概念）

為方便本節(jié)論證式概念教學(xué)的開展，將各級概念整合后，確定本節(jié)課的要建構(gòu)的概念為“赤霉素是植物體合成的具有促進植株伸長作用的激素，與生長素相互協(xié)同，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛”。

2.2 教學(xué)目標

（1）通過對正常植株與赤霉素合成缺陷型植株生長狀況的觀察、比較，體會植物激素對于維持正常生命活動的重要性，建構(gòu)穩(wěn)態(tài)與平衡觀、系統(tǒng)觀。

（2）能用假說一演繹法對赤霉素的作用進行因果論證，并基于實驗證據(jù)推測、驗證赤霉素是植物體產(chǎn)生的具有促進植株伸長的激素。

（3）能根據(jù)赤霉素相關(guān)的實驗現(xiàn)象提出問題，進行較合理的假設(shè)和猜想，并提出實驗方案，分析實驗結(jié)果、表達交流，驗證并完善理論。

（4）關(guān)注植物激素（赤霉素等）相關(guān)的社會熱點議題，合理應(yīng)用植物激素的作用機理解決生產(chǎn)、生活中的問題。

2.3 分析教材、學(xué)情、重難點

“赤霉素的作用及其應(yīng)用”是人教版高中生物學(xué)《必修3.穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第三章第三節(jié)“其他植物激素”中內(nèi)容。教材主要從赤霉素的發(fā)現(xiàn)史、生理作用及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用三個角度進行論述，篇幅雖短，但其中蘊含的科學(xué)思維和方法十分重要，為開展論證式教學(xué)提供了良好的素材。

學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前已經(jīng)認識了植物激素的概念及生長素的探究歷程、作用和應(yīng)用，對于激素對生命活動的調(diào)節(jié)有初步認識，了解植物激素的研究方法，具備運用科學(xué)思維設(shè)計實驗驗證激素功能的能力，但對其他激素的作用、激素之間的相互作用及植物激素及其類似物在生產(chǎn)中的應(yīng)用了解較少。

因此，本節(jié)課教學(xué)重點為驗證赤霉素是玉米植株產(chǎn)生的具有促進植株伸長作用的激素;難點為赤霉素與生長素之間的協(xié)同關(guān)系及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2.4 論證式概念教學(xué)過程

2.4.1 創(chuàng)設(shè)真實情境，關(guān)注社會需求

教師創(chuàng)設(shè)“我國面臨紙張生產(chǎn)原料嚴重短缺的境遇，而蘆葦可以用于造紙但產(chǎn)量較低”的真實情境，使學(xué)生關(guān)注造紙原料短缺的社會議題，引發(fā)學(xué)生思考短期內(nèi)使蘆葦增產(chǎn)的措施。

2.4.2 搜集相關(guān)資料，加強問題表征

教師呈現(xiàn)赤霉素發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史，并提出問題：從培養(yǎng)基中提取出赤霉素后能肯定赤霉素是植物激素嗎？為什么？學(xué)生通過研究赤霉素的發(fā)現(xiàn)史，思考問題。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生了解赤霉素，發(fā)現(xiàn)史，體驗科學(xué)史中的科學(xué)思維和方法，通過研究赤霉素發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史，探尋采用赤霉素促進蘆葦短期內(nèi)增產(chǎn)的可能性，進一步聚焦要解決的問題。

2.4.3 提出合理猜想，獲取實驗證據(jù)

學(xué)生根據(jù)科學(xué)史內(nèi)容，提出猜想：正常植物體內(nèi)能產(chǎn)生赤霉素，并起到促進植株伸長的作用。教師介紹廣義植物激素的概念，為解釋實驗現(xiàn)象作鋪墊，并提問：如何證明赤霉素是植物體內(nèi)能夠促進植株伸長的激素？學(xué)分組生討論，必要時教師提供一定的引導(dǎo)。學(xué)生在了解內(nèi)源、外源植物激素概念的基礎(chǔ)上，思考、討論問題，以玉米為實驗材料提出研究方案，設(shè)計實驗證明赤霉素是植物體內(nèi)能夠促進植株伸長的激素。

接著，教師對學(xué)生的方案進行簡單評價，展示正常的未施用赤霉素的玉米植株與正常的施用赤霉素的玉米植株長勢對比圖。

學(xué)生通過對比兩組實驗結(jié)果，描述實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，初步檢驗猜想。然后教師呈現(xiàn)矮化突變體（某基因缺陷）玉米植株及添加赤霉素后的矮化突變體植株長勢圖，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象，給出解釋。但是，學(xué)生仍然會提出疑問：為什么外源赤霉素對正常的玉米植株沒有顯示出明顯的促進作用？

設(shè)計意圖：教師創(chuàng)設(shè)新情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)學(xué)生進一步論證探究的興趣。

2.4.4 深入辯論，完善假設(shè)并揭示本質(zhì)

教師引導(dǎo)學(xué)生積極討論，給出多樣化的解釋，并及時點評，必要時給予提示。

學(xué)生基于實驗現(xiàn)象，大膽推測，生生互動，合作共建：

生1：正常玉米內(nèi)源赤霉素含量正常，足以維持植株伸長需求，加入的外源赤霉素作用不明顯。

生2：既然正常玉米內(nèi)源赤霉素適量，為什么外源赤霉素的加入未產(chǎn)生抑制效應(yīng)？

生3：可能是由于赤霉素與生長素作用特點不同，不具有兩重性。

教師總結(jié)：不同激素的作用特點不同是植物激素多樣性的表現(xiàn)之一。赤霉素的作用特點與生長素不同，不具有兩重性。

學(xué)生同化新的認知，順應(yīng)舊的認知;基于舊的認知，作出新的合理假設(shè)。學(xué)生繼續(xù)提出疑問：突變體為什么矮化？與赤霉素有何關(guān)系？回顧植物激素的概念及作用環(huán)節(jié)，并作出假設(shè)：

生4：突變體的基因影響了赤霉素的合成（合成缺陷）。

生5：突變體赤霉素的運輸存在障礙（運輸缺陷）。

生6：突變體內(nèi)源赤霉素?zé)o法與靶細胞的受體結(jié)合（感應(yīng)或效應(yīng)缺陷）。

教師及時點評：同學(xué)們講的都有可能，但到底是哪一種情況呢？再觀察一下矮化玉米實驗組。

學(xué)生大膽猜想，通過相互討論，否定明顯錯誤的假設(shè)，逐步縮小論證探究范圍：

生7：不可能是感應(yīng)或效應(yīng)缺陷，因為矮化突變體玉米植株在赤霉素作用下明顯增高，排除第三種可能。

生8：可以直接檢測一下正常玉米植株和矮化玉米植株體內(nèi)的赤霉素含量，如果矮化植株體內(nèi)赤霉素含量明顯偏低，則排除是運輸缺陷造成的。

2.4.5 分析實驗結(jié)果，建構(gòu)主張

教師對學(xué)生的辯論做出即時反饋，然后呈現(xiàn)正常與矮化玉米植株體內(nèi)赤霉素含量（內(nèi)源性赤霉素）的對照圖（圖2），引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)赤霉素的作用：缺少赤霉素的植株出現(xiàn)矮化，添加赤霉素后植株恢復(fù)正常。

學(xué)生閱讀圖表信息，推斷玉米植株的矮化是赤霉素合成相關(guān)基因缺陷造成的，從而得出結(jié)論：赤霉素是玉米植株產(chǎn)生的能夠促進植株伸長的激素。

設(shè)計意圖：學(xué)生結(jié)合實驗結(jié)果，尋找支持猜想的證據(jù)，驗證假設(shè)。

2.4.6 基于新的發(fā)現(xiàn)，修正或完善理論

教師呈現(xiàn)研究材料：圖3展示了赤霉素促進植物莖稈伸長的作用機理。遺傳學(xué)研究表明，赤霉素對矮生玉米的作用效果明顯，而對正常株高玉米的作用效果不明顯。請根據(jù)材料信息及學(xué)過的知識進行科學(xué)推理，完成相應(yīng)的任務(wù)（方框內(nèi)填激素名稱，箭頭旁標注+/一）。

設(shè)計意圖：基于系統(tǒng)論的角度，教師引導(dǎo)學(xué)生理解植物激素之間的相互作用，通過科學(xué)推理自主建構(gòu)生長素與赤霉素的之間協(xié)同作用的概念。

2.4.7 回歸社會需求，提出實踐方案

教師出示抗倒伏與不抗倒伏（矮化）玉米的實物圖，介紹矮化突變體在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，并提出問題：你還知道植物激素（赤霉素）在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用的其他例子嗎？引導(dǎo)學(xué)生回歸一開始的問題，提出自己的解決方案。

學(xué)生意識到突變體不止是研究激素功能的重要工具，還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有廣泛應(yīng)用;通過聯(lián)系生活，舉出植物激素應(yīng)用的其他案例，并就促進蘆葦增產(chǎn)提出合理方案。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注植物激素在生產(chǎn)中的應(yīng)用;培養(yǎng)學(xué)生正確理解和應(yīng)用植物激素，為人類造福的理念。

3 教學(xué)反思

3.1 論證式概念教學(xué)有利于學(xué)生自主建構(gòu)科學(xué)概念

科學(xué)概念是在前概念的基礎(chǔ)上，通過自主建構(gòu)獲得的，期間經(jīng)歷認知沖突，舍棄或重組原有概念，接受新的概念。通過論證式概念教學(xué)的開展，學(xué)生基于資料或?qū)嶒灛F(xiàn)象進行大膽猜想，在應(yīng)用概念、發(fā)現(xiàn)新論據(jù)的過程中不斷質(zhì)疑、辯駁、修正主張，在相互交流中完成了意義建構(gòu)，理解了生物學(xué)學(xué)科本質(zhì)，建立起較完善、科學(xué)的概念，同時促進了科學(xué)思維的發(fā)展。

3.2 真實的問題情境是學(xué)生論證探究的不竭動力

課堂始于問題，終于問題的解決。教師通過創(chuàng)設(shè)有利于概念自主建構(gòu)和應(yīng)用的真實情境，引發(fā)學(xué)生提出一系列有價值的問題，借助問題激發(fā)學(xué)生持續(xù)探究的興趣，并以問題引導(dǎo)學(xué)生的思維，聯(lián)系已有知識經(jīng)驗進行分析論證，最終在教師的引導(dǎo)下逐步尋找解決問題的思路、途徑，提出問題解決的方案。

3.3 將論證整合到探尋、應(yīng)用科學(xué)規(guī)律的全過程

論證是科學(xué)的核心，是解決科學(xué)沖突的主要途徑。將論證整合到探尋、應(yīng)用科學(xué)規(guī)律的全過程有利于學(xué)生科學(xué)思維和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，有利于科學(xué)方法和概念的遷移、應(yīng)用，這正是新課標提出的“教學(xué)過程重實踐”基本理念的體現(xiàn)，也是發(fā)揮生物學(xué)獨特育人價值的重要方面.更是學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的集中反映。論證不是簡單地為探究下結(jié)論，而應(yīng)當(dāng)貫穿于學(xué)生提出問題、設(shè)計實驗、分析資料及建立和辯駁主張的整個探究過程中。