程虹

摘? ?要：《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求學(xué)生具備科學(xué)解釋能力，這就要求教師重視在高中生物學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)解釋能力的實(shí)踐。文章以“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)為例，將科學(xué)解釋的CER模型運(yùn)用其中，通過(guò)CER模式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生做出科學(xué)解釋，起到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：科學(xué)解釋；CER模型；種群的特征

科學(xué)解釋是指基于觀察、試驗(yàn)獲得的證據(jù)，運(yùn)用科學(xué)原理、理論或定律進(jìn)行思考，有邏輯且科學(xué)地說(shuō)出現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，科學(xué)解釋能力是一種非常重要的科學(xué)學(xué)科能力?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出生物學(xué)課程從四個(gè)方面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任[ 1 ]。而科學(xué)思維和科學(xué)探究始終伴隨著科學(xué)解釋的進(jìn)行，學(xué)生的認(rèn)知體系在建構(gòu)科學(xué)解釋的過(guò)程中得以擴(kuò)展或重建，學(xué)生在科學(xué)探究的過(guò)程中得到了發(fā)展。由此可見，科學(xué)解釋始終貫穿在科學(xué)思維和科學(xué)探究的過(guò)程中，科學(xué)思維和科學(xué)探究活動(dòng)實(shí)際上也是圍繞科學(xué)解釋進(jìn)行的。這就要求教師重視在高中生物學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)解釋能力的實(shí)踐。

生物學(xué)中的科學(xué)解釋首先需要描述生物學(xué)現(xiàn)象中的有效信息，然后針對(duì)這一現(xiàn)象關(guān)聯(lián)相應(yīng)的生物學(xué)概念，最后一個(gè)環(huán)節(jié)是判斷條件因素與這一現(xiàn)象的條件因素與相應(yīng)概念的運(yùn)用范圍的一致性，這才構(gòu)成了一個(gè)完整的科學(xué)解釋[ 2 ]。因此，給學(xué)生以明確的科學(xué)解釋模型，將非常有助于學(xué)生把自己的想法向更復(fù)雜且連貫的方向演變，有利于科學(xué)解釋能力的培養(yǎng)。

1? 基于科學(xué)解釋的教學(xué)模式

經(jīng)典的科學(xué)解釋模型是由Katherine L.McNeill和Joseph Krajcik提出的CER模型（圖1），即觀點(diǎn)（claim）、證據(jù)（evidence）、推理（reasoning）。觀點(diǎn)指有條有理地表達(dá)事物、事實(shí)或者說(shuō)話人的觀念、觀點(diǎn)。證據(jù)，特指科學(xué)證據(jù)，指為支持觀點(diǎn)而收集的恰當(dāng)且充分的相關(guān)數(shù)據(jù)、信息和資料。推理，即科學(xué)邏輯，是指證據(jù)與陳述之間的匹配關(guān)系，基于科學(xué)原理、理論或定律的判斷，說(shuō)明證據(jù)為什么是支持觀點(diǎn)的[ 3 ]。

2? 基于科學(xué)解釋的CER教學(xué)模式實(shí)例應(yīng)用

“種群與群落”是高中生物必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的內(nèi)容，該部分內(nèi)容提供了大量真實(shí)情境下的案例，包含豐富的數(shù)據(jù)、圖表、模型相關(guān)資料，可作為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的素材和載體。且種群與群落問(wèn)題是生活中常見的生態(tài)學(xué)元素，提高該主題下學(xué)生科學(xué)解釋能力，有助于學(xué)生更好地分析和理解一些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，比如2019年的印度蝗災(zāi)等。因此，這部分內(nèi)容很適合培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的能力。本文以基于科學(xué)解釋的CER教學(xué)模式（圖2所示）開展“種群的特征”知識(shí)主題的教學(xué)，采用逐漸簡(jiǎn)化的CER框架為腳手架，在真實(shí)情境中引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋。

2.1? 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)種群的數(shù)量特征這一核心概念的學(xué)習(xí)，明確種群的幾個(gè)基本特征及其之間的內(nèi)在關(guān)系，形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

（2）通過(guò)CER教學(xué)模式讓學(xué)生基于證據(jù)得出正確的推理，形成科學(xué)解釋能力，體悟科學(xué)研究方法，發(fā)展科學(xué)思維。

（3）通過(guò)數(shù)據(jù)、圖表、模型相關(guān)資料的分析，深度理解種群的數(shù)量特征。

2.2? 教學(xué)思路

將CER教學(xué)模式應(yīng)用于“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)中，首先確定這節(jié)課的核心問(wèn)題為“種群的數(shù)量特征有哪些？”，在這個(gè)問(wèn)題之下，又分為環(huán)環(huán)相扣的4個(gè)問(wèn)題，應(yīng)用科學(xué)解釋的三個(gè)要素對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行分解，具體的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖3所示。

2.3? 教學(xué)實(shí)施

在完成教學(xué)設(shè)計(jì)后，請(qǐng)組內(nèi)教師評(píng)議并提出修改調(diào)整意見，再次完善教學(xué)設(shè)計(jì)，然后正式講授。以下內(nèi)容主要展示教師基于種群的數(shù)量特征的年齡組成的分析引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋的過(guò)程。

2.3.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題

教師以2019年印度蝗蟲災(zāi)害為例，說(shuō)明遷入率和遷出率會(huì)影響某一地區(qū)的種群數(shù)量；蝗蟲壽命雖然只有2-3個(gè)月，但由于其產(chǎn)卵率高，因此出生率大于死亡率使得種群數(shù)量居高不下，可見出生率和死亡率能直接決定種群數(shù)量。防治害蟲可以采用性引誘劑誘殺某一性別的害蟲，改變其性別比例，使其不能完成受精作用從而降低出生率。教師提出問(wèn)題：在人類社會(huì)中，不同國(guó)家的人口組成是不同的，圖4中A、B為兩個(gè)國(guó)家的人口年齡組成，縱軸示年齡，橫軸示各年齡段人口占總?cè)丝诘陌俜直?，?qǐng)根據(jù)此圖回答，哪一個(gè)國(guó)家未來(lái)的人口增長(zhǎng)率高？同時(shí)教師給學(xué)生框架——工作單（表1），幫助解答問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生有出生率和死亡率能直接決定種群數(shù)量的基礎(chǔ)知識(shí)，為推理做鋪墊。通過(guò)CER框架引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)解釋。

2.3.2 給出觀點(diǎn)

學(xué)生通過(guò)圖示信息的分析判斷，給出自己的觀點(diǎn)，部分學(xué)生認(rèn)為A國(guó)家人口增長(zhǎng)率高，也有部分學(xué)生認(rèn)為B國(guó)家人口增長(zhǎng)率高。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生思考并給出觀點(diǎn)。

2.3.3 收集證據(jù)

根據(jù)學(xué)生的不同觀點(diǎn)，教師提問(wèn)：看來(lái)同學(xué)們的觀點(diǎn)不一致啊，那請(qǐng)同學(xué)來(lái)說(shuō)說(shuō)，你有哪些證據(jù)來(lái)支持你的觀點(diǎn)呢？針對(duì)認(rèn)為B國(guó)家人口增長(zhǎng)率高的觀點(diǎn)，有學(xué)生回答：A國(guó)家的年齡組成是穩(wěn)定型，B國(guó)家的年齡組成是增長(zhǎng)型。教師提示學(xué)生這種用現(xiàn)象解釋現(xiàn)象的回答，并未說(shuō)明問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，也未給出有效證據(jù)，教師進(jìn)一步引導(dǎo)圖示給出的數(shù)據(jù)所具有的特點(diǎn)，學(xué)生可以給出實(shí)質(zhì)證據(jù)：B國(guó)家幼年個(gè)體人數(shù)大于成年個(gè)體人數(shù)大于老年個(gè)體人數(shù)，且B國(guó)家男女比例約等于1：1，至此，學(xué)生完成了證據(jù)的收集。

設(shè)計(jì)意圖：指出學(xué)生用現(xiàn)象解釋現(xiàn)象的誤區(qū)；引導(dǎo)學(xué)生收集數(shù)據(jù)證據(jù)。

2.3.4 開展推理

基于搜集的證據(jù)，教師提問(wèn)：B國(guó)家幼年個(gè)體人數(shù)大于老年個(gè)體人數(shù)，就會(huì)導(dǎo)致人口增長(zhǎng)嗎？學(xué)生根據(jù)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可完成回答：幼年個(gè)體人數(shù)大于成年個(gè)體人數(shù)大于老年個(gè)體人數(shù)，將來(lái)這個(gè)國(guó)家的人口出生率會(huì)大于死亡率，從而人口數(shù)量增長(zhǎng)。教師繼續(xù)追問(wèn)：B國(guó)家男女比例約等于1：1，與人口數(shù)量的變化有什么關(guān)聯(lián)？基于事實(shí)，學(xué)生可以做出回答：人類社會(huì)是一夫一妻制，性別比例1：1時(shí)，人口出生率最大化，因此B國(guó)家人口數(shù)量增長(zhǎng)。

為了檢驗(yàn)學(xué)生推理的合理性，教師繼續(xù)提問(wèn)： A國(guó)家的人口不增長(zhǎng)嗎？學(xué)生根據(jù)完整的證據(jù)鏈做出推理： A國(guó)家的人口出生率和死亡率的差值較小，可以認(rèn)為在一段時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)速率較慢，幾近穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)意圖：找到證據(jù)背后關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識(shí)和原理，讓證據(jù)恰當(dāng)且充分地支持觀點(diǎn)。

2.3.5 構(gòu)建解釋

通過(guò)上述引導(dǎo)，學(xué)生可以準(zhǔn)確地回答“哪一個(gè)國(guó)家未來(lái)的人口增長(zhǎng)率高？”以及完整地解釋為什么，進(jìn)而完整填寫工作單（表2）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生的解釋可以評(píng)價(jià)教學(xué)效果。

3? 教學(xué)反思

通過(guò)“種群的特征”一節(jié)的教學(xué)可以看出，教師基于CER教學(xué)模式，通過(guò)提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生給出觀點(diǎn)，收集證據(jù)，展開推理，構(gòu)建關(guān)于年齡組成影響種群數(shù)量的科學(xué)解釋。通過(guò)“CER”框架支持的系統(tǒng)訓(xùn)練，學(xué)生能夠較好地尋找到資料給出的信息、數(shù)據(jù)等作為恰當(dāng)且充分的證據(jù)去幫助推理過(guò)程科學(xué)合理地進(jìn)行，進(jìn)而給出正確的觀點(diǎn)。鑒于學(xué)生的科學(xué)解釋能力是不以知識(shí)主題為轉(zhuǎn)移的，故教師可以在任意合適的時(shí)機(jī)為學(xué)生提供CER框架支持來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)解釋能力[4]。通過(guò)教材現(xiàn)有的資料進(jìn)行“就地取材”，為學(xué)生創(chuàng)造合適的進(jìn)行科學(xué)解釋的情境，因此，CER教學(xué)模式具有良好的適用性，對(duì)發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。

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