例析递进式论证在概念构建中的应用.pdf

11通报学生物2023年第7 期总第58 卷例析递进式论证在概念构建中的应用田小丽（广东省惠州市知行学校广东惠州516001)摘要以构建“ATP是驱动生命活动的直接能源物质”这一重要概念为例，通过初步论证、追加论证、完善论证3个递进式的论证，引导学生在论证过程中利用证据提出主张、进行质疑和反驳，体会构建概念的过程关键词同论证证据概念构建ATP中国图书分类号：G633.91文献标识码：A普通高中生物学课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0年修订）（以下简称课程标准）中提出生物学教学以培养核心素养为宗旨，尊重事实和证据，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题。论证式教学实际上是将科学领域论证工作的方式引人课堂，使学生经历类似科学家的科学论证过程，以促进学生理解科学概念和科学的本质，并发展学生思维的教学模式 2 。该教学模式强调在教学中学生发现科学问题和现象时，能够搜集有效的科学观点和资料作为证据并提出主张，甚究和控制生命现象发生与发展时的关注点，进而通过同化性迁移更好地理解生物学概念和探究实践，促进生物学学科核心素养的达成。稳定与变化是经过高度归纳和概括后得到的抽象概念，因而教师在生物学课堂中落实这一概念的教学时，需要注意结合不同的生物学概念和实践，使学生在具体的情境中与其多次接触，并设置解释环节将概念外显出来，不断加深学生的理解。主要参考文献1中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0 年修订）S.北京：人民教育出版社，2020.2中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2 0 2 2 年版)S.北京：北京师范大学出版社，2 0 2 2.3National Research Council(NRC).A framework for K-12至可以反驳他人的质疑来支持自已的结论。在概念构建中利用递进式论证引导学生尊重事实和证据，培养学生的证据意识，能加深其对生物学概念的理解，发展科学思维，是落实生物学学科核心素养的重要举措。1论证模型1958年，图尔敏提出了由主张、资料、正当理由、支援、限定词和反驳6 个要素组成的论证模型。实际教学中，资料、正当理由、限定词这3个science education:Practices,crosscutting concepts,andcore ideasEB/OL.2012.2022-8-11.https:/www.nap.edu/read/13165/chapter/1.4American Association for the Advancement of Science(AAAS).Benchmarks for science literacy:ProjectEB/OL.2061.New York:Oxford University Press,1993.2022-8-11j.http:/www.project2061.org/publications/bsl/online/index.php.5人民教育出版社，课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心.生物学：选择性必修2：生物与环境 M北京：人民教育出版社，2 0 2 0：7 4.6张薄明，王志中.系统模型与辨识 M.上海：上海交通大学出版社，2 0 15：1.7张颖之，刘恩山.核心概念在理科教学中的地位和作用：从记忆事实向理解概念的转变 J.教育学报，2010,6(1):57.(E-mail:)*基金项目：广东省中小学“百千万人才培养工程 专项科研项目课题“论证式学习在中小学教育教学的行动研究（BQW2021XZC002)；广东省惠州市“十四五”教育科研课题“论证式教学在中小学课堂的行动研究”（hzsswkykt22114）12生通报学物2023年第7 期总第58 卷要素难以明确区分，结合教学需要，在图尔敏论证模型的基础上进行修改（图1）。修改后的模型结构清晰、操作方便，能有效促进学生提出问题后根据证据进行论证，从而构建概念。教学中引导学生始终围绕核心问题及其所承载的概念展开论证，从而实现认知的螺旋式上升与概念的生成，即采用递进式论证提出完善问题概念概念支持支持反驳证据证据图1论证式教学模型（改自图尔敏论证模型）本文以人教版普通高中生物学必修1分子与细胞第5章第2 节“细胞的能量货币ATP”中的概念“ATP是驱动生命活动的直接能源物质”为例，采用递进式论证教学，阐述如何通过引导学生利用证据提出主张、进行质疑和反驳等活动构建概念。2递进式论证教学案例为构建“ATP是驱动生命活动的直接能源物质”这一概念，通过初步论证、追加论证、完善论证3个阶段（图2），引导学生从ATP的结构与功能相适应的角度出发，层层递进、不断探究，构建科学概念。初步论证导人并设疑：初步概念：提供证据：修正概念：肌肉收缩的直ATP是直接能证据1：ATP平面和立体模型；ATP易水解，远离腺苷接能源物质是源物质证据2：ATP水解实验（假说演的特殊化学键易断裂，什么？（科学史）绎法）可快速供能追加论证明确概念：提供证据：质疑：ATP易水解，可快速ATP为肌肉收缩、主动运输供能；质疑1：ATP水解释放的能量供能，产生的能量用ATP水解酶作为载体蛋白同时催化去向何处？于各项生命活动ATP水解（视频）质疑2：是否有ATP水解酶？反驳：提供证据：完善论证完善概念：ATP需求大，但细胞中ATP合成ATP易水解，可快速供能；ATP易合成，含量少，缺乏ATP合成（科研进展）可持续供能。所以ATP可以是驱动生命的证据活动的直接能源物质图2“ATP是直接能源物质 的递进式论证教学设计思路 32.1初步论证，感知概念初步论证常依据生活经验、已有科学事实、模型等分析现象，能够运用已有的生物学知识审视或论证生物学议题，提出初步主张，展开初步论证。2.1.1情境创设教师通过创设与概念构建相关的情境，并在情境中提出与概念有关的问题，激发学生的学习兴趣，并促进知识的迁移，培养学生解决问题的能力，提升科学思维教师展示学生运动会长跑时的情境，请学生分析该过程中直接为肌肉收缩提供能量的是什么物质？学生根据已有知识很容易回答糖类是直接供能物质。事实是否如此？2.1.2提出初步概念教师提供科学史：192 9年，德国科学家费斯克和罗曼分别从肌肉中发现ATP1935年，苏联科学家弗拉基米尔首次注意到肌肉收缩需要ATP；1941年，美国科学家李普曼阐明ATP是生物化学能量的普遍载体。科学史中的证据是科学家通过观察、实验等探究活动获得的科学事实，通常记录的是生物学现象和研究结果4。以科学史为13通报学生物2023年第7 期总第58 卷证据，得出“ATP是驱动生命活动的直接能源物质”，初步感知概念。该过程中学生已有认知与科学事实间存在认知冲突，出现认知失衡，学生会产生认知内驱力，激发其探索未知的兴趣，为构建正确的科学概念提供心理保证。2.1.3扶提供初始证据证据要符合学生的认知特点，对启发学生概念构建有指引作用，证据要为概念构建服务，进而培育学生的科学思维。为论证主张的正确性，根据结构与功能观等引导学生从ATP的分子结构寻找证据证据1：教师提供给学生已有前概念，即RNA分子的单体腺嘌呤核糖核苷酸的分子平面模型，并给出“腺苷”这一新知；学生自主拼装腺苷二磷酸（ADP）、腺苷三磷酸（ATP），并总结出ATP结构简式，初步构建ATP的平面结构。然后，呈现学生自制的ATP立体模型：长方形盒子表示腺苷，乒乓球表示磷酸基团，连接乒乓球的弹簧表示特殊化学键，压缩的弹簧将整个分子捆绑成一个暂时稳定的状态，将压缩的弹簧松手即特殊化学键的断裂，释放能量。据此，学生推测ATP是一种高能磷酸化合物，而高能化合物为ATP供能提供了可能性。通过已有概念类比推理构建ATP结构简图，遵循认知规律，引导思维进阶。从平面模型到立体模型，初步构建ATP适于供能的概念。物理模型的构建实际上是一个思维重建的过程，能加深学生对知识的理解，有助于将抽象复杂的内容直观化，形成内化知识，利于概念的形成。通过学生演示实验虽然能直观看出ATP（A-P PP）中远离腺苷的特殊化学键易断裂，但为遵循科学的严谨性，引导学生设计实验作为证据，即证据2。证据2：1）提出问题：ATP分子中有2 个特殊化学键，哪个化学键更容易断裂释放能量？2)作出假设：假设1,PPB间的化学键断裂；假设2，PP间的化学键断裂。3)设计实验及预测实验结果：将32 P标记的ATP（标记的磷酸基团不同）、酵母细胞抽提液等混合，一段时间后检测培养液中游离磷酸（Pi)放射性的有无。4)展示其他研究者的实验结果：将少量末端用放射性磷标记的ATP（32 P标记P）加人酵母提取液中，在几分钟时间内，大约一半的32 P放射性出现在Pi中。如果用ATP（32 P标记PB）做同样的实验，在同样的时间内，32 P放射性不出现在Pi中。实验结果支持假设2,即A-PPP中PP间的化学键断裂。5)得出结论：ATP中远离腺苷的特殊化学键容易断裂这一实验证据支持ATP的结构适于直接快速供能的认识。实验是尊重和重视已有事实和证据，用科学的思维方式获取知识、提高能力的过程，包括提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、得出结论等环节。其目的是使学生通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习科学家的科学探究方法，掌握知识与技能，领悟科学的思想与精神，引导学生获得证据，在证据的基础上帮助学生构建概念。在生物科学发展历程中，许多关键节点都是以实验为证据，基于真实实验形成新的认识，然后在认识驱动下再去获取证据来修正认识，如此循环，推动科学进步和认识发展 5。2.1.4修正概念通过模型、实验证据等，逐步修正概念，即ATP易水解，远离腺苷的特殊化学键易断裂，可快速供能，2.2追加论证，明确概念2.2.1提出疑问科学在质疑中发展。学生的思维活动从“疑”开始，又在“疑”中得以发展在课堂中鼓励学生质疑是推动论证式教学的重要环节，既能调动学生的好奇心与求知欲，又能发现现有事实证据的不足，聚焦问题，继续探索科学本质(4。ATP水解时远离腺苷的特殊化学键易断裂，引导学生分析释放的能量的去向。对此提出疑问，激发学生进一步寻找证据。补充视频等证据进一步明确概念。2.2.2补充证据居教师播放ATP为主动运输等供能的视频作为补充证据1，即Ca?+在膜内侧与载体蛋白结合，促进ATP水解，释放的磷酸基团与载体蛋白结合，使载体蛋白空间结构发生变化，将Ca+输出细胞；以三磷酸腺苷二钠片药物说明书作为证据2，要求学生用所学知识解释该药物治疗肌萎缩的原理14生通学报物2023年第7 期总第58 卷2.2.3明确概念视频证据将文字、图像、声音等多种媒体的信息综合起来进行表达，促使多种感觉分析器官协同活动，极大地提高了学生的记忆效率，为学生智力的开发提供了丰富有效的思维材料，同时视频将微观不易观察的现象进行展示，方便学生直观感受和理解，是良好的证据材料。课程标准要求培养学生基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活实际问题的担当和能力。为使学生对ATP水解释放能量有深人理解，利用三磷酸腺苷二钠片药物说明书引导学生在解决实际问题中应用概念，进一步明确了概念，即ATP易水解，远离腺苷的特殊化学键易断裂，产生的能量用干各项生命活动2.3完善论证，深化概念通过初步论证和追加论证，学生已经构建了“ATP易水解，远离腺苷的特殊化学键易断裂，产生的能量用于各项生命活动”的概念。为生成ATP易合成的概念，继续寻找证据完善论证。2.3.1进行反驳反驳就是说出自己的理由，来否定他人与自已不同的理论或意见。如果忽视批判性思维的训练与养成，学生会缺乏发现谬误和反驳谬误的能力，习惯于循规蹈矩、重复固定的思维模式，缺乏探索创新的意识和热情，课堂中进行反驳，能提高学生的批判意识，培养科学思维。反驳成功，则会发现错误，得到新知识的生长点；反驳不成功，也能找到有价值的正面理由，帮助学生更准确地理解知识，构建概念。对于ATP水解供能，有学生反驳，既然ATP是驱动生命活动的直接能源物质，其消耗量大，但在细胞中含量却很少，不足以持续供能。故提出ATP应该能在分解的同时进行合成。反驳需要有证据，如ATP合成需要ATP合成相关的酶，如果找到该酶，则是ATP能合成的有利证据2.3.2增加证据教师出示科研成果证据：1997年，诺贝尔化学奖得主保罗博耶等共同解释ATP合酶的机制；2 0 19年，我国清华大学杨茂君研究团队在Science杂志发文解析了ATP合酶的完整结构。至此可以形成ADP、Pi 和能量在ATP合酶的作用下可以合成ATP的证据。科研成果是科研者根据有价值的生产生活实践经过实验获得的，有严密的科学过程、详实的实验数据，能反映生物学的基本原理、现象等。搜集最新科研成果等作为证据，不仅能提高思维的广阔性、敏捷性，而且能培养学生关注科研成果、科技进展的科学品质，是论证中强有力的证据。2.3.3完善概念基于以上多种证据，完善主张：ATP易水解，可快速供能；ATP易合成，可持续供能，因此ATP可以是驱动生命活动的直接能源物质。深化了“ATP是驱动生命活动的直接能源物质”的概念。3反思任何一个概念的形成都不是一而就的，其中必然经历复杂的、寻找证据的过程。概念构建的每一阶段都需要证据的支持，模型、实验、视频、科学史等不同形式的、丰富多样的证据贯穿概念构建的始终。论证过程中引导学生将这些零散的证据按其认知发生的逻辑思维重构，逐步构建概念，是对科学思维中科学论证意识的深化。只有经历正确的科学构建过程得出的概念才是完整且科学的，才能有利于培养学生的必备品格与关键能力间主要参考文献1中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2 0 17 年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社，2020:4.2何嘉媛，刘恩山.论证式教学策略的发展及其在理科教学中的作用 J.生物学通报，2 0 12，47（5）：31.3顾雯，孟凡龙，吴晓霞.例析递进式论证在科学史教学中的实践逻辑 J.生物学教学，2 0 2 2,47（5）：12.4谭永平.再论科学的本质与中学生物教学 J.中学生物教学2 0 17(13）：85卯迪，张锋.基于PCRR论证模式的证据意识的培养.生物学教学,2 0 2 2,47（5)：2 3.6郭振强.基于证据课堂下概念教学的科学建构 J.中学物理,2 0 2 2,40（4)：9.(E-mail:)