基于培養(yǎng)高階思維的“社會行為”論證式教學——用“T”型管改進“螞蟻通訊”實驗為例

郭 威

（廣州市東風實驗學校 廣東廣州 510030）

傳統(tǒng)教學重視符號表征的學習，而這是淺層學習，無法促進學生批判性和創(chuàng)新性等高階思維的發(fā)展。而論證式教學旨在培養(yǎng)學生高階思維能力，它將科學領域論證工作的方式引人課堂，使學生經(jīng)歷類似科學家的論證過程，以促進學生理解科學概念和科學的本質，并發(fā)展學生思維的教學模式。

下面以人教版八年級上冊“社會行為”為例說明如何開展論證式教學來提升學生的高階思維能力

1 教材分析和設計思路

“社會行為”是人教版八年級上冊第五單元“生物圈中的其他生物”第二章“動物的運動和行為”第三節(jié)的內容。通過第二節(jié)“先天性行為和學習行為”的學習，學生觀察到饑餓處理的螞蟻在“T型管”出逃的時間變化，知道動物具有學習行為。但是，學生對這種行為的內因，不能自主做出科學的解釋。教師可以引入“螞蟻通訊”的探究實驗，引導學生思考。

針對“社會行為”，以往教學一般先采用“直觀教學”方式，通過視頻或者圖片介紹白蟻和狒狒的群體生活，引導出社會行為的特征及信息交流，然后再通過“任務驅動教學”去探究動物的通訊行為，即可培養(yǎng)學生觀察、分析、討論和概括等能力。但不論是“直觀教學”還是“任務驅動教學”都是讓學生處于被動接受知識的狀態(tài)，不能驅動學生的主動探索的動力。這樣不利于培養(yǎng)學生的學習熱情，更不利于科學思維特別是創(chuàng)新性和批判性思維等高階思維的培養(yǎng)。

因此，筆者嘗試采用發(fā)展高階思維發(fā)展的論證式教學。雖然，初二學生認知體系尚在構建之中，但已具備設計探究實驗的能力，也有小組合作學習的習慣。通過第二節(jié)“學習行為”探究饑餓處理的螞蟻在“T型管”出逃的實驗過程，學生已經(jīng)學會對實驗數(shù)據(jù)進行解釋，并對實驗過程中出現(xiàn)螞蟻在T型管的連接處和出口處徘徊的現(xiàn)象感到好奇，這都為論證式教學的有效實施提供基礎。本節(jié)通過教師創(chuàng)設真實情境，提出問題；學生嘗試解釋此情境的內因，經(jīng)過分析問題、作出假設、設計探究實驗、收集資料，提出支持、質疑和辯駁的“主張”，最后完善主張得出“結論”，從而激發(fā)學生深層次思考，培養(yǎng)學生的高階思維能力。

2 教學過程

2.1 教師創(chuàng)設真實情境，提出問題

教師展示螞蟻共同搬食物的視頻，針對一群螞蟻尋找食物并將食物運回蟻巢的真實情境，提出科學論證問題：當有螞蟻發(fā)現(xiàn)食物后，它是怎么傳遞信息給它的伙伴的？

設計意圖：教師利用視頻激發(fā)學生學習的興趣，提出針對性的問題，喚醒學生的前科學概念，引起學生思考，為后續(xù)的教學活動作鋪墊。

2.2 相互討論，引出猜想

依據(jù)提出的問題，學生展開熱烈的討論。有的小組觀察螞蟻搬運食物的過程，發(fā)現(xiàn)螞蟻會用觸角接觸，于是提出主張：螞蟻通訊是依靠觸角。有的小組發(fā)現(xiàn)后面的螞蟻會沿著前面螞蟻的路線爬行，于是提出主張：螞蟻通訊是依靠氣味。

設計意圖：在小組討論過程中，知識相互碰撞，暴露出學生的前科學概念，培養(yǎng)學生觀察、推理和判斷能力，培養(yǎng)學生的語言表達能力和實證精神，從而為論證探究螞蟻的通訊方式打好基礎。

2.3 學生基于證據(jù)，捍衛(wèi)主張

2.3.1 利用探究實驗論證螞蟻通訊依靠氣味

（1）論證螞蟻標記氣味。

生生互動，尋找證據(jù)：回憶上節(jié)課螞蟻在“T型管”出逃的實驗過程，發(fā)現(xiàn)螞蟻在T型管的連接處和出口處徘徊，認為螞蟻是在標記氣味。于是，小組捍衛(wèi)主張：螞蟻通訊依靠氣味。

學生質疑：這個現(xiàn)象只能說明螞蟻在這些地方來來回回，但不能證明它們就是在標記氣味。

教師引導：該如何證明你們的想法呢？同時，提示可以利用上節(jié)課探究螞蟻學習行為的裝置。

學生小組討論后，互評各組實驗方案的優(yōu)缺點。師生共同討論后，最終確立設計如下的方案：記錄螞蟻在T型管（螞蟻從中間進入，T型管的一端封口，一端開口）2次出逃所需的時間后，再記錄T型管的出口端換成新管后的出逃時間。如果時間變長，說明螞蟻標記氣味（圖1）。

圖1 實驗設置示意圖

在實驗操作中，教師提前設計Excel，鼓勵學生直接上講臺輸入螞蟻出逃所需的時間，即可形成曲線圖。學生分析曲線圖，得出第三次螞蟻出逃所需的時間明顯增長（圖2），從而得出論證主張：螞蟻標記氣味。

圖2 實驗結果示意圖

設計意圖：基于多學科的交融理念建立的數(shù)學建模，師生共同討論饑餓螞蟻第三次出逃時間變長的原因，最終提出螞蟻在T型管標記氣味的科學主張。

（2）論證螞蟻通訊依靠氣味。

學生質疑：通過上述的實驗，只能證明螞蟻通過氣味標記路線，但并不能說明螞蟻通訊是依靠氣味。

教師引導：那如何設計實驗以驗證螞蟻的通訊依靠氣味？如何設計對照？

以“探究螞蟻的通訊依靠氣味”為研究主題，教師引導各學習小組開展討論，鼓勵學生設計各種實驗方案，并用同屏技術投影學生的方案。各小組紛紛談論自己的想法，課堂研討氛圍熱烈。最終，學生一致認可兩種實驗方案：

方案一：記錄同只饑餓螞蟻在T型管出逃的兩次時間后，記錄同蟻穴的其他饑餓螞蟻出逃的時間，此實驗重復5遍（表1）。

表1 螞蟻出逃的次數(shù)與時間的關系

學生分析實驗現(xiàn)象，得出結論：第二只螞蟻出逃的時間遠小于第一只螞蟻第一次出逃的時間，而與第二次出逃的時間接近。最終，學生認可主張：螞蟻的通訊依靠氣味。

方法二：將15只同蟻穴弓背螞蟻共同進入T型管，并將兩端封閉T型管的一端放入糖。15 min后，發(fā)現(xiàn)有糖一端的螞蟻數(shù)量有11只。此時，將T型管的兩端直通管互換，而糖的位置保持不變，15 min后發(fā)現(xiàn)有糖一端的直通管螞蟻數(shù)量從11只變?yōu)?只，而無糖一端的螞蟻數(shù)量為11只（圖3）。

圖3 實驗示意圖

教師指導學生將實驗結果以數(shù)學模型呈現(xiàn)（圖4）。通過模型發(fā)現(xiàn)互換直通管后，有糖一端的螞蟻數(shù)量顯著下降，學生認可主張：螞蟻的通訊是依靠氣味。

圖4 實驗結果示意圖

設計意圖：教師通過真實情景引入，引導學生深入分析討論與推理判斷，提示學生利用上節(jié)課的“T型管”，培養(yǎng)學生運用知識和推理能力。學生利用同屏技術，討論各小組實驗方案的優(yōu)缺點，培養(yǎng)語言表達能力和質疑精神，從而發(fā)展批判性思維；通過組內討論和組間互評，改進教材實驗方案，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維；小組討論并實施不同實驗設計，培養(yǎng)發(fā)散性思維。

2.3.2 利用資料論證螞蟻通訊是依靠觸角接觸

為了啟發(fā)學生思考，教師給出參考資料：①螞蟻用觸角和前足探摸其他工蟻的身體，探摸后會沿著信息素排隊行進去食物所在地或新巢址。②赫爾多布勒在試驗中用頭發(fā)尖觸碰不同屬工蟻身體的某些部位，結果讓工蟻把食物反吐出來。③螞蟻的觸角感受器是感知外界信息的重要渠道，這些信息包括揮發(fā)性氣味物質、信息素、二氧化碳、聲音等。

教師提問：螞蟻觸角上有什么結構？螞蟻觸角接觸的目的是什么？學生通過討論，認為觸角上有感受器，可以接受各種氣味，從而論證螞蟻通訊依靠觸角接觸。

設計意圖：教師引導學生基于資料分析和判斷，帶領學生尋找支持最初主張的證據(jù)，培養(yǎng)其推理能力。

2.4 提出質疑，修正原有的主張

教師質疑：剛分析的資料③中，螞蟻的觸角接受信息還包括聲音，這說明什么？

學生討論，提出猜想：螞蟻的通訊可以通過聽覺。

教師提供以下材料，引導學生分析問題：

①當工蟻受到驚擾時，工蟻利用腹部劇烈地擺動以撞擊身邊的物體發(fā)出聲音。聲音能穿透巢壁并傳播遠處，接到報警信號的工蟻會奔向震源所在地并攻擊附近任何移動的物體。②年輕蟻后在交配期間常利用摩擦發(fā)聲作為結束交配的信號，以便開始新蟻巢的奠基工作。

教師提出問題：工蟻接受的是什么信息？年輕的蟻后發(fā)出聲音的目的是什么？這里螞蟻的通訊信息是什么？教師通過問題串的引導學生思考，學生通過討論，得出主張：螞蟻的通訊通過聽覺。學生質疑：螞蟻的通訊可以通過聽覺，那螞蟻的通訊可以通過視覺嗎？畢竟螞蟻有那么大的復眼。

此時，教師給出資料：①美洲黑蟻的工蟻遠在幾米以外就能看到有人過來，并迅速逃走。②具有大眼的螞蟻發(fā)現(xiàn)獵物一旦移動，它就會馬上捕食。學生論證：螞蟻的通訊需要視覺。學生通過分析，得出主張，螞蟻有視覺通訊。當學生思考與科學家一致時，極大提高學生的學習熱情，從而促進學生認知結構的同化和順應。

教師追問：那螞蟻的通訊有哪些方式？學生修改和完善原有的主張，得出結論：螞蟻的通訊方式較多，其中包括觸角接觸和氣味通訊。

設計意圖：教師帶領學生閱讀資料，鼓勵學生質疑和支持“主張”。教師通過整個論證過程，滲透科學研究是不斷繼承、不斷質疑、不斷豐富、不斷完善的過程，進而培養(yǎng)學生的質疑精神，從而提高辯證思維品質。

3 教學反思

①本節(jié)教學內容是“T型管”探究螞蟻學習行為實驗的延伸。教師引導學生對螞蟻學習行為過程中出現(xiàn)的徘徊現(xiàn)象進行猜測、支持、質疑、辯駁，完善主張最后得出“結論”。在整個過程中，學生都是主動構建知識體系，因此不僅僅學到課本符號的知識和技能，而且學到批判性和創(chuàng)新性等高階思維的方式，這讓學生有能力去迎接課堂之外的生活挑戰(zhàn)。

②探究動物的學習行為的實驗裝置是“T型管”，螞蟻的通訊實驗裝置也采用了“T型管”，有利于幫助學生鏈接新舊知識，促進知識體系的構成。

③采用“T型管”來探究螞蟻的通訊，有效避免課本實驗的“水環(huán)境”，從而提高實驗的成功率，提升學生的成就感。并且該實驗裝置設計了兩種實驗方案，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

④論證式教學課堂中學生是主動構成知識體系，教師在課堂中的地位有所降低。但是，論證式教學對教師的要求更高，它不僅僅需要教師精心準備問題串，而且還需要在課堂中善于追問，注意課堂的生成性。高中教材中有很多有關科學史的內容，有利于學生模擬科學家開展論證學習；但是，初中教材中鮮出現(xiàn)科學史。因此，教師除了需要充分挖掘課本內容，還需多搜集課外材料。