基于培养高阶思维的“社会行为”论证式教学——用“T”型管改进“蚂蚁通讯”实验为例

郭 威

（广州市东风实验学校 广东广州 510030）

传统教学重视符号表征的学习，而这是浅层学习，无法促进学生批判性和创新性等高阶思维的发展。而论证式教学旨在培养学生高阶思维能力，它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。

下面以人教版八年级上册“社会行为”为例说明如何开展论证式教学来提升学生的高阶思维能力

1 教材分析和设计思路

“社会行为”是人教版八年级上册第五单元“生物圈中的其他生物”第二章“动物的运动和行为”第三节的内容。通过第二节“先天性行为和学习行为”的学习，学生观察到饥饿处理的蚂蚁在“T型管”出逃的时间变化，知道动物具有学习行为。但是，学生对这种行为的内因，不能自主做出科学的解释。教师可以引入“蚂蚁通讯”的探究实验，引导学生思考。

针对“社会行为”，以往教学一般先采用“直观教学”方式，通过视频或者图片介绍白蚁和狒狒的群体生活，引导出社会行为的特征及信息交流，然后再通过“任务驱动教学”去探究动物的通讯行为，即可培养学生观察、分析、讨论和概括等能力。但不论是“直观教学”还是“任务驱动教学”都是让学生处于被动接受知识的状态，不能驱动学生的主动探索的动力。这样不利于培养学生的学习热情，更不利于科学思维特别是创新性和批判性思维等高阶思维的培养。

因此，笔者尝试采用发展高阶思维发展的论证式教学。虽然，初二学生认知体系尚在构建之中，但已具备设计探究实验的能力，也有小组合作学习的习惯。通过第二节“学习行为”探究饥饿处理的蚂蚁在“T型管”出逃的实验过程，学生已经学会对实验数据进行解释，并对实验过程中出现蚂蚁在T型管的连接处和出口处徘徊的现象感到好奇，这都为论证式教学的有效实施提供基础。本节通过教师创设真实情境，提出问题；学生尝试解释此情境的内因，经过分析问题、作出假设、设计探究实验、收集资料，提出支持、质疑和辩驳的“主张”，最后完善主张得出“结论”，从而激发学生深层次思考，培养学生的高阶思维能力。

2 教学过程

2.1 教师创设真实情境，提出问题

教师展示蚂蚁共同搬食物的视频，针对一群蚂蚁寻找食物并将食物运回蚁巢的真实情境，提出科学论证问题：当有蚂蚁发现食物后，它是怎么传递信息给它的伙伴的？

设计意图：教师利用视频激发学生学习的兴趣，提出针对性的问题，唤醒学生的前科学概念，引起学生思考，为后续的教学活动作铺垫。

2.2 相互讨论，引出猜想

依据提出的问题，学生展开热烈的讨论。有的小组观察蚂蚁搬运食物的过程，发现蚂蚁会用触角接触，于是提出主张：蚂蚁通讯是依靠触角。有的小组发现后面的蚂蚁会沿着前面蚂蚁的路线爬行，于是提出主张：蚂蚁通讯是依靠气味。

设计意图：在小组讨论过程中，知识相互碰撞，暴露出学生的前科学概念，培养学生观察、推理和判断能力，培养学生的语言表达能力和实证精神，从而为论证探究蚂蚁的通讯方式打好基础。

2.3 学生基于证据，捍卫主张

2.3.1 利用探究实验论证蚂蚁通讯依靠气味

（1）论证蚂蚁标记气味。

生生互动，寻找证据：回忆上节课蚂蚁在“T型管”出逃的实验过程，发现蚂蚁在T型管的连接处和出口处徘徊，认为蚂蚁是在标记气味。于是，小组捍卫主张：蚂蚁通讯依靠气味。

学生质疑：这个现象只能说明蚂蚁在这些地方来来回回，但不能证明它们就是在标记气味。

教师引导：该如何证明你们的想法呢？同时，提示可以利用上节课探究蚂蚁学习行为的装置。

学生小组讨论后，互评各组实验方案的优缺点。师生共同讨论后，最终确立设计如下的方案：记录蚂蚁在T型管（蚂蚁从中间进入，T型管的一端封口，一端开口）2次出逃所需的时间后，再记录T型管的出口端换成新管后的出逃时间。如果时间变长，说明蚂蚁标记气味（图1）。

图1 实验设置示意图

在实验操作中，教师提前设计Excel，鼓励学生直接上讲台输入蚂蚁出逃所需的时间，即可形成曲线图。学生分析曲线图，得出第三次蚂蚁出逃所需的时间明显增长（图2），从而得出论证主张：蚂蚁标记气味。

图2 实验结果示意图

设计意图：基于多学科的交融理念建立的数学建模，师生共同讨论饥饿蚂蚁第三次出逃时间变长的原因，最终提出蚂蚁在T型管标记气味的科学主张。

（2）论证蚂蚁通讯依靠气味。

学生质疑：通过上述的实验，只能证明蚂蚁通过气味标记路线，但并不能说明蚂蚁通讯是依靠气味。

教师引导：那如何设计实验以验证蚂蚁的通讯依靠气味？如何设计对照？

以“探究蚂蚁的通讯依靠气味”为研究主题，教师引导各学习小组开展讨论，鼓励学生设计各种实验方案，并用同屏技术投影学生的方案。各小组纷纷谈论自己的想法，课堂研讨氛围热烈。最终，学生一致认可两种实验方案：

方案一：记录同只饥饿蚂蚁在T型管出逃的两次时间后，记录同蚁穴的其他饥饿蚂蚁出逃的时间，此实验重复5遍（表1）。

表1 蚂蚁出逃的次数与时间的关系

学生分析实验现象，得出结论：第二只蚂蚁出逃的时间远小于第一只蚂蚁第一次出逃的时间，而与第二次出逃的时间接近。最终，学生认可主张：蚂蚁的通讯依靠气味。

方法二：将15只同蚁穴弓背蚂蚁共同进入T型管，并将两端封闭T型管的一端放入糖。15 min后，发现有糖一端的蚂蚁数量有11只。此时，将T型管的两端直通管互换，而糖的位置保持不变，15 min后发现有糖一端的直通管蚂蚁数量从11只变为4只，而无糖一端的蚂蚁数量为11只（图3）。

图3 实验示意图

教师指导学生将实验结果以数学模型呈现（图4）。通过模型发现互换直通管后，有糖一端的蚂蚁数量显著下降，学生认可主张：蚂蚁的通讯是依靠气味。

图4 实验结果示意图

设计意图：教师通过真实情景引入，引导学生深入分析讨论与推理判断，提示学生利用上节课的“T型管”，培养学生运用知识和推理能力。学生利用同屏技术，讨论各小组实验方案的优缺点，培养语言表达能力和质疑精神，从而发展批判性思维；通过组内讨论和组间互评，改进教材实验方案，培养创造性思维；小组讨论并实施不同实验设计，培养发散性思维。

2.3.2 利用资料论证蚂蚁通讯是依靠触角接触

为了启发学生思考，教师给出参考资料：①蚂蚁用触角和前足探摸其他工蚁的身体，探摸后会沿着信息素排队行进去食物所在地或新巢址。②赫尔多布勒在试验中用头发尖触碰不同属工蚁身体的某些部位，结果让工蚁把食物反吐出来。③蚂蚁的触角感受器是感知外界信息的重要渠道，这些信息包括挥发性气味物质、信息素、二氧化碳、声音等。

教师提问：蚂蚁触角上有什么结构？蚂蚁触角接触的目的是什么？学生通过讨论，认为触角上有感受器，可以接受各种气味，从而论证蚂蚁通讯依靠触角接触。

设计意图：教师引导学生基于资料分析和判断，带领学生寻找支持最初主张的证据，培养其推理能力。

2.4 提出质疑，修正原有的主张

教师质疑：刚分析的资料③中，蚂蚁的触角接受信息还包括声音，这说明什么？

学生讨论，提出猜想：蚂蚁的通讯可以通过听觉。

教师提供以下材料，引导学生分析问题：

①当工蚁受到惊扰时，工蚁利用腹部剧烈地摆动以撞击身边的物体发出声音。声音能穿透巢壁并传播远处，接到报警信号的工蚁会奔向震源所在地并攻击附近任何移动的物体。②年轻蚁后在交配期间常利用摩擦发声作为结束交配的信号，以便开始新蚁巢的奠基工作。

教师提出问题：工蚁接受的是什么信息？年轻的蚁后发出声音的目的是什么？这里蚂蚁的通讯信息是什么？教师通过问题串的引导学生思考，学生通过讨论，得出主张：蚂蚁的通讯通过听觉。学生质疑：蚂蚁的通讯可以通过听觉，那蚂蚁的通讯可以通过视觉吗？毕竟蚂蚁有那么大的复眼。

此时，教师给出资料：①美洲黑蚁的工蚁远在几米以外就能看到有人过来，并迅速逃走。②具有大眼的蚂蚁发现猎物一旦移动，它就会马上捕食。学生论证：蚂蚁的通讯需要视觉。学生通过分析，得出主张，蚂蚁有视觉通讯。当学生思考与科学家一致时，极大提高学生的学习热情，从而促进学生认知结构的同化和顺应。

教师追问：那蚂蚁的通讯有哪些方式？学生修改和完善原有的主张，得出结论：蚂蚁的通讯方式较多，其中包括触角接触和气味通讯。

设计意图：教师带领学生阅读资料，鼓励学生质疑和支持“主张”。教师通过整个论证过程，渗透科学研究是不断继承、不断质疑、不断丰富、不断完善的过程，进而培养学生的质疑精神，从而提高辩证思维品质。

3 教学反思

①本节教学内容是“T型管”探究蚂蚁学习行为实验的延伸。教师引导学生对蚂蚁学习行为过程中出现的徘徊现象进行猜测、支持、质疑、辩驳，完善主张最后得出“结论”。在整个过程中，学生都是主动构建知识体系，因此不仅仅学到课本符号的知识和技能，而且学到批判性和创新性等高阶思维的方式，这让学生有能力去迎接课堂之外的生活挑战。

②探究动物的学习行为的实验装置是“T型管”，蚂蚁的通讯实验装置也采用了“T型管”，有利于帮助学生链接新旧知识，促进知识体系的构成。

③采用“T型管”来探究蚂蚁的通讯，有效避免课本实验的“水环境”，从而提高实验的成功率，提升学生的成就感。并且该实验装置设计了两种实验方案，有效培养学生的创新思维能力。

④论证式教学课堂中学生是主动构成知识体系，教师在课堂中的地位有所降低。但是，论证式教学对教师的要求更高，它不仅仅需要教师精心准备问题串，而且还需要在课堂中善于追问，注意课堂的生成性。高中教材中有很多有关科学史的内容，有利于学生模拟科学家开展论证学习；但是，初中教材中鲜出现科学史。因此，教师除了需要充分挖掘课本内容，还需多搜集课外材料。