本期荐读丨优秀教学设计：基于平板电脑模拟实验的论证教学设计及实践——以“基因在染色体上”为例/单鹏程等

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2024年第10期刊发的《基于平板电脑模拟实验的论证教学设计及实践——以“基因在染色体上”为例》一文，根据论证式探究教学模型，设计并实施了 3 节基于平板电脑的高中生物学论证教学课程，提高了学生在论证过程中的互动积极性，证明与平板电脑结合的论证教学是一种可行的教学方式。本期荐读。

参考 Osborne 等的论证层次结构，一个完整的论证结构应该包括主张、证据、推理、反论点和反驳 5 个维度。 

在科学论证的过程中，需要关注“概念和认知”“认识论 ”和“社会”3 个方面的特征。首先，能够使用重要的概念结构（如科学理论、模型、定律或统一的概念），以及有价值的认知过程来推理一个主题或问题。其次，必须知道并使用科学的认知框架来发展和评估主张。最后，最重要的是必须理解并能够参与社会过程。 

如表 1 所示，“概念和认知”部分由 7 个项目组成，强调参与者对解决问题或提升知识的关注程度、对异常信息的怀疑程度，以及使用适当或不适当的推理策略等；“认识论”部分包含 7 个项目，关注参与者对证据的使用、对证据的评估，以及使用科学语言的频率等；“社会”部分包含 5 个 项目，侧重于参与者如何相互交流，如参与者反思自己话语的能力、对彼此的尊重以及向他人征求想法的意愿等。

1）在“设计方案与收集数据”阶段（阶段 2）， 教师在平板电脑上教会学生如何操作，学生学习操作过程。学生小组设计方案来验证猜想，教师负责巡视。组内统一主张后，自行在平板电脑上利用“经典遗传学模拟器”根据本小组的方案选择果蝇进行杂交，收集真实数据。使用平板电脑可使学生亲自操作模拟实验，仿真性更强。 

2）在“分析数据后尝试初步论证”阶段（阶段 3），每个小组首先需要对阶段 2 的资料进行了解，然后提出小组的论点。小组讨论所得的观点填写在“论证表格”中，在平板电脑上传至 “锐学堂”平台，教师和所有学生都可以看到。教师让上传完成的小组查看其他小组的表格，找到与自己小组不同的观点，并思考如何反驳。使用平板电脑可以使学生观看并思考其他答案，实现生生互动。

3）在“论证”阶段（阶段 4），教师在后台查看学生上传的答案，为了节省时间，相似的论点只选出一组让其陈述观点。陈述完本组观点后，再对不同观点进行反驳，被提到的小组也可以进行反驳。全班学生可以提出疑问，进行论证，教师负责引导。使用平板电脑可以使学生有准备地进行论证，观点交互更加激烈。 

4）在“双盲评议”阶段（阶段 5），教师随机选出 3 份修改后的表格，通过平板电脑中的“锐学堂”平台发放给全班学生，学生查看并指出有问题之处。使用平板电脑可以使学生直接查看所有答案，更加清晰地找出问题。

1.3.1 明确任务和问题，开展工具对话 

在启动阶段，一个清晰的、有指向性的论证问题能够帮助学生完成整个论证过程。这个问题一般由教师提出，是本节内容需要探究的重点和难点问题，尽量避免“是否”的提问方式，并且能够捕捉学生的兴趣与求知欲。例如，“基因在染色体 上”一节的教学重点在于证明基因和染色体的连锁关系，可以利用摩尔根（Morgan，1866—1945）的真实实验操作进行提问，对摩尔根的实验现象进行分析，学生很容易判断基因不在 Y 染色体 上，但是否位于 XY 同源区段还需进一步分析，这也是论证的难点，因此可以提出论证问题：控制果蝇眼色的基因是否位于 XY 同源区段？设计实验验证。后续学生设计方案进行检验。 

工具对话是让学生熟悉模拟实验平台的操作流程，掌握使用方法才能获得相应数据。在讲解模拟实验操作方法之前，如果有基础概念一定要先讲解给学生。如在“基因在染色体上” 的模拟实验之前，还要让学生先认识性染色体及其不同区段，学会基因在染色体上的书写方法，以及带领学生初步判断基因不在 Y 染色体上，学生才能自行设计实验方案。 

之后对模拟实验网站进行介绍，本实验用到的工具为经典遗传学模拟器（https：//cgslab.com/）。教师首先要在课前为学生设置账号，新建果蝇的 颜色性状，课上为学生讲解界面及操作方法，通过切换可以查看性别、性状、基因型。（此实验无法完全模拟摩尔根实验中亲代只有一只白眼雄果蝇，红眼雌果蝇既有纯合个体又有杂合个体的情况，需要教师在上课前进行预实验，选出纯合的红眼雌果蝇个体。） 

选中 2 只果蝇，点击“cross flies”即可进行杂交。教师可引导学生操作教材中摩尔根的实验，熟悉界面，便于学生之后自己设计方案独立操作。

1.3.2 设计方案，收集数据 

《课程标准》中提出，应该鼓励学生观察、思考、提问，并在提出假设的基础上进行探究活动方案的设计和实施。本阶段意在让学生自己设计方案，使用恰当工具与方式获取数据。学生以小组为单位进行合作， 教师可以鼓励学生思考所需数据类型及如何获得和分析数据，通过此阶段获得相应数据并回答问题。如在本节课实验中，为解决论证问题，学生需要找到一组果蝇杂交来证明基因在 XY 的同源区段。如果学生一开始没有思路，教师不要直接给出方案，可以提示学生先随意挑选目前已有的果蝇，尝试绘制出 2 种遗传方式的遗传图解来选择方案。学生可以提出若干方案，教师可以提前在 PPT 上准备好对应的遗传图解。 

学生选择方案后，在平板电脑上利用经典遗传学模拟器根据自己的方案选择果蝇进行杂交， 收集真实杂交结果记录下来。

1.3.3 分析数据，进行论证 

在此阶段，学生能够通过研究自己掌握的数据和文献材料，提出一些有意义的探究性观点。由于学生不知如何论证，教师要在论证之前先讲解清楚论证的组成部分（主张、证据、推理、反论点、反驳），讲清每一个部分的含义，并进行举例。学生虽然知道了各组成部分的含义，但由于主动构建观点的能力较弱，如果只呈现一个空的论证表格，学生基本上很难填写，或者有想法但不知如何用语言表述。因此在推理环节教师提供提示，关键的名词设置填空，帮助学生梳理论证思路，如本节的论证表格，首先让学生明确 2 种染色体位置的预期结果应该不同，才能验证结论，然后再选择符合此要求的方案，并绘制出遗传图解，通过与模拟实验的实际结果对比来验证方案。 

论证阶段的目的是让每个小组都能够通过互相讨论和反馈来完善和更新观点，同时能够帮助学生形成良好的科学思考习惯。学生将填写完成的论证表格通过平板电脑上传至平台后，全班均可见。教师可以让学生在上传完成后查看 其他小组的表格，找到与本小组不同的观点，并思考如何反驳，再进行论证。在开始论证阶段，学生可能不会主动发言，这时教师可以先选取观点比较明确的几位学生代表来作示范，让其他学生体会论证的过程，在接下来的论证中尝试发言。如果有任何问题，应该重新收集数据，并进行修正。 

1.3.4 得出结论，总结反思 

每个小组根据刚才的论证过程修改自己的论证过程，之后得出结论。为了帮助学生了解相关概念，教师带领全班进行讨论，鼓励学生在讨论中反思自己小组设计和实施过程中的优、缺点，如何改进方法可以减小误差，如果发现数据不足可以补充后再次讨论。

 例如，“基因在染色体上”设计验证实验的关键在于：如果眼色基因在 XY 的同源区段上， 则一只纯合红眼雄蝇基因型应该是 XA YA ，如果在非同源区段上，则红眼雄蝇基因型为 XA Y，让这 2 种情况下产生的配子都显现出来的方法是测交，即与白眼雌果蝇杂交，如何获得白眼雌果蝇，需要学生自行思考。然后，师生共同完善相应的遗传图解及推理过程（图 1），很快学生就得到基因在 XY 非同源区段上的结论。

为了探究教学效果，笔者进行了 3 次基于平板电脑模拟实验的论证教学实践。采取过程性评价的方法，对课堂进行录像/录音，课后转录成文本稿，再使用 Sampson 等2012 年开发的课堂内科学论证评估观察协议（Assessment of Scientific Argumentation inside the Classroom，ASAC），对文本稿进行评分。 

该工具考查了学生在论证过程中 3 个方面的表现：“概念和认知”主要考查小组如何尝试协商或形成更好的理解；“认识论”主要考查该过程与科学文化和规范的一致性；“社会”主要考查参与者之间如何互动，重点是小组同伴提出和讨论观点的情况，以及他们在论证过程中的反思能力。评分结果如图 2 所示。

结果显示，经过 3 节论证课程的教学，学生在论证 3 个方面的得分均有所上升。“概念和认知”方面的提升是由于论证以小组为单位进行，组员之间可以互相沟通，从而促进形成更好的理解；“认识论”方面的提升是由于每位学生都可以在平板电脑上进行模拟实验操作，可以根据自己的不同实验结果，针对不同的数据和证 据支持和反对观点，因此更具有科学性；“社会” 方面的提升是由于使用平板电脑可以看到其他学生的答案，与自己的答案进行比较之后，就会产生不同的想法，在论证发言的环节会针对不同的想法进行辩论，增强了论证的互动性。

本研究发现，在高中生物学中使用论证教学的确能够提升学生的科学思维和论证能力，但由于学生的论证能力普遍不高，想要实现完整的论证过程需要的时间也比较多，课堂教学的时间受限，很难在保证教学进度完成的前提下进行额外的论证教学。因此，建议论证教学的思路更早（在初中阶段）进行普及。在初中阶段，虽然学生能力较弱， 知识基础也不足，论证教学实施困难，但可锻炼学生主动探究、基于证据得到结论的思维，为将来开展论证教学打好基础。教师的教学也要从传授转向探究教学，不要直接将知识告诉学生，任何知识都有发现的过程，教师要充分利用探究的过程，为学生创建从证据到结论的科学思维，有利于将来更好地实施论证教学。

本次推送仅节选了文章部分内容，全文阅读详见本刊2024年第10期。欢迎订购！