指向科学思维培养的论证式教学设计

关键词：高中生物；科学思维；论证；生长素；生理作用

中图分类号：G633.91   文献标识码：B   文章编号：1009-010X（2025）05-0061-04

习近平总书记指出，加快建设科技强国，实现高水平科技自强自立。高水平科技人才是我国抢抓科技革命机遇成为世界科技强国的决定性因素，要培养高水平科技人才，需要进行高水平科学教育。科学教育包括科学知识的累加，科学精神的涵育，科学思维的培养。在《普通高中生物学课程标准（2017版2020年修订）》中，将科学思维列为高中生物学科核心素养的四个维度之一，提倡“运用科学的思维方法认识事物，基于生物学事实和证据演绎与推理、批判、审视和论证生物学社会议题”。科学论证是个体因持某一主张而为之提供支持的数据或证据的推理过程。在论证教学过程中，学生为维护自己的主张，需要针对他人的支持或反驳进行有效辩证。参与论证能促进学生辩证思维能力、演绎推理能力、创造力、逻辑推理能力的提升，同时培养学生勇于质疑的精神和求真务实的态度。论证教学能发展学生科学思维，推动学生生物学核心素养的提高，是培养高水平科技人才的重要途径。

一、 适于论证式教学内容的特点

论证式教学注重证据和理由，对于教学内容的逻辑关系要求较高，并不是高中生物学的所有课程都适合运用论证式教学。适于论证教学的教学内容应具备以下四个特点：能够创设真实的学习情境，激发学生自主寻找证据解决问题，以保证课堂具备浓厚积极的论证氛围；学生可以通过讨论、归纳得出合理的主张；教材中或教师可以提供相关资料供学生阅读，寻找证据支持自己的主张，或学生可以通过探究性实验获取证据支持自己的主张；课堂能生成开放性的议题，引发学生进行思考、讨论、反驳、辩护等活动。

笔者以“生长素的生理作用”的教学内容为例，具体研究论证式教学。

1.该内容是《高中生物选择性必修一（人教版）》第五章“植物生命活动的调节”第一节第二课时的主要内容。在课堂预设阶段，教师可以开放实验室，让学生完成实验“探究生长素类调节剂促进大蒜生根的最适浓度”，并收集实验数据。在实验过程中，学生会产生疑问，至此本节课天然的学习情境自然生成，学生旺盛的求知欲得以激发，课堂充满浓厚积极的论证氛围。

2.基于第一课时“生长素的发现过程”中一系列的生物学史实，一部分学生可以归纳出自己的主张，即“生长素的作用是促进植物（或细胞）生长”，并能阐述其依据和理由。基于预习第二课时的内容，部分学生可以提出主张“生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时会抑制生长”，少数学生可以提供支持主张的证据，即教材中给出的“顶端优势”和“不同浓度生长素对不同器官的作用结果”。教材中供学生探讨的论据内容比较丰富，并且主张具有可发展修正性，这决定了该教学内容是进行论证教学的优质内容。

3.“生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时会抑制生长”是可以通过设计实验进行验证的论题。本节选用的是实验“探究生长素类调节剂促进大蒜生根的最适浓度”，实验的结果不仅为学生论证自己的主张提供了证据，也使论据从定性深入到定量，提升了论证教学的科学性和严谨性。学生需要通过逻辑思考、推理论证、反驳、辩护等活动，运用数据推出结论。

4.“顶端优势”的话题在教材中的解释不够深入，这就给课堂提供了一个可以开展辩论的开放性议题。该议题贴近学生生活，又有一些最新研究进展资料作为论据，以支撑学生展开思考、讨论、反驳、辩护。

二、厘清教学内容在图尔敏论证模型中的地位

图尔敏模型是论证教学中应用最广泛的模型，学生可以在此模型的支持下学习有效的科学论证。论证是在证据、理由等的支持下，通过支持、限定、反驳使主张发展完善的过程。论证过程必须具备主张、依据、理由三个基本要素，支持、限定、反驳是论证的补充要素，但不是所有论证都必须具备。主张是在论证中试图证明和维护的结论，主张不一定一开始就是完整的，可以在论证过程中经过质疑、求证等过程完善。无论是捍卫自己的主张还是质疑他人的主张，学生必须要基于证据进行辩驳，证据应是科学的、真实的。理由是学生以依据为基础解释从依据到主张的逻辑推理过程，是从资料到主张的辩护。

教师在进行论证教学设计之前应认真分析教学内容，只有厘清各部分内容在图尔敏论证模型中的地位，才能在教学过程中引导学生进行有效论证并科学评价学生的论证。“生长素的生理作用”主要教学内容的关系如图1。

三、教学设计思路

按照内容需求，“生长素的生理作用”课堂设计包含三个主要环节。

（一）基于证据，提出主张

基于上一节大量科学史内容的学习，教师提出问题：同学们认为生长素在植物体内的生理作用是什么？你的理论依据是什么？你能为你的想法提供哪些证据？以此引导学生提出主张。

（二）基于论证，修正主张

该环节包含两个内容：一是学生针对教材中“不同浓度生长素对植物不同器官作用的结果”的实验数据进行讨论；二是学生针对自主实验“探究生长素类调节剂促进大蒜生根的最适浓度”的实验结果和数据进行展示和讨论。教师可以通过设计问题串引导学生进行讨论。如：你们曾经预测的实验现象或结果是什么样子的？预测的现象实现了吗？实际的实验现象是什么？你是怎样收集实验数据的？你们是怎样分析这些实验数据的？这种实验结果是什么原因造成的？总结实验现象和实验数据，能得出什么规律？你是如何推理出这个规律的呢？学生通过讨论、归纳将主张修正为：生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时会抑制生长。

该环节运用了归纳推理的论证方式。学生通过实验现象、数据等事实归纳得出结论，修正第一阶段提出的主张。在这个过程中，学生能够充分体会到：科学事实能为理论知识提供客观证据；在生物学中，观察、实验和模拟实验都是获取科学事实的重要方法；当人的认识与科学事实发生矛盾时，应根据科学事实修正自己的认识等内容。

（三）应用主张，完善主张

该环节是对“顶端优势”原理的论证。该论证的目的在于运用主张解释真实生活情境中存在的问题，验证主张的正确性，深入挖掘生长素浓度对植物生长造成影响的生理原理，进而将第二阶段形成的主张发展完善为：生长素在低浓度时促进生长，在高浓度时，通过影响其他物质间接影响侧芽的代谢和生长，使侧芽表现为生长受到抑制。

“顶端优势”在教材中的解释为“顶芽产生的生长素逐渐向下运输，枝条上部的侧芽处生长素浓度较高，侧芽的发育受到限制，植株因而表现出顶端优势。去掉顶芽后，侧芽处的生长素浓度降低，于是侧芽萌动，加快生长。”教材为该解释提供的支持依据仅有：摘除顶芽，侧芽即可发育为枝条，说明是顶芽对侧芽产生了影响。学生观察顶端优势的植物后，也能够发现远离顶端的侧芽发育良好，该现象能侧面说明顶芽对侧芽产生了影响。但这些并不能解释顶端优势产生的根本原因，教师应引导学生对其原理进行深入挖掘，鼓励学生大胆质疑、提出疑问。

学生A提出质疑：有什么证据表明是顶芽产生的生长素对侧芽产生了影响，而不是其他别的因素？

此时，教师可以引导学生参考温特的做法，设计实验证明是生长素这种物质产生的影响。还可以补充资料做为论证依据：将含有外源生长素的羊毛脂涂在植株去顶后的切口处，能抑制侧芽的生长；将生长素运输抑制（ NPA ）剂涂抹于植物的顶芽，可解除侧芽的抑制，减弱植物的顶端优势。

师生共同观察侧芽的发育情况，分析不同位置的侧芽生长素浓度，依据生长素的生理作用特点，推测出“距离顶芽越远的侧芽处生长素浓度越低”的结论。

教师引导学生提出疑问：侧芽自身产生的生长素也向下运输吗？

学生B：以顶芽类比推理侧芽，其产生的生长素应该也会向下运输。

学生C：如果侧芽产生的生长素也向下运输，势必会影响更下边的侧芽，但是事实是远离顶芽的侧芽能正常发育，说明它没有受到来自其上面的侧芽产生的生长素的影响，即侧芽产生的生长素不向下运输。

学生D提出疑问：侧芽和顶芽产生的生长素行为不同的原因是什么？

学生E提出质疑：之前得到的结论也许是不正确的。

教师可以引导学生设计实验直接观察到生长素的运输和分布，提示学生利用学过的追踪物质去向的实验方法，强化学生对科学研究方法的学习。

学生经过讨论得出结论：可以用同位素标记法，跟踪生长素的转运方向以及其在植物体各个部位的浓度。

教师补充资料做论证依据：（1）科学家们通过同位素标记实验等研究，发现生长素在茎中向下移动，但是并没有在侧芽中检测到放射性的生长素。可见生长素并没有进入到侧芽。（2）生长素运输渠道化理论模型认为：腋芽产生的生长素向外输出到主茎是腋芽生长的必要条件，由于顶芽产生的生长素极性运输，导致距离顶芽最近的腋芽处主茎中的生长素运输流是饱和的，限制了此腋芽产生的生长素外流，导致腋芽与植物主茎之间无法建立正常的生长素运输流，腋芽萌发就被抑制。打顶后，植株主茎的生长素流大大减弱，腋芽处的生长素可以外流，腋芽发育为侧枝。（3）第二信使理论认为：生长素是通过影响其他物质（如独脚金内酯、细胞分裂素）的合成或运输来调控侧枝的发育。

该环节借助了演绎推理的论证方式，运用第二环节形成的主张解释了“顶端优势”现象。解释过程中，学生对该主张进行了质疑和辩驳，最终补充证据完善主张。教学过程中，教师应突破教材内容的局限，鼓励学生大胆质疑，不迷信，不盲从，不满足于了解事物的表象，努力探寻事物的本质。质疑能打破传统的、固定不变的、惰性的思维方式，是创造性思维产生的重要环节。教师鼓励学生打开思维之门，才能行至开拓性思维的道路。

四、反思

本节课三个论证环节层层递进：第一阶段提出主张；第二阶段对证据进行分析归纳，修正主张；第三阶段应用主张演绎推理，解释真实问题，并在辩驳过程中深入理解主张的科学内涵，完善主张。教学过程中，教师通过设计问题串，为学生搭建起论证的支架，学生通过对资料、数据的分析、论证主动形成自身的认知体系，增强证据意识，发展内在的逻辑思维，进而在反复思辨和理性质疑的过程中，进一步发展论证能力和科学思维。