基于SNP框架的“抗生素”主题活动构建与思考

戴崝

【摘要】科学协商模式（简称SNP），是一种整合建模和论证过程的渗透式教学模式。以“抗生素”主题的研究性学习活动为例，对基于SNP框架开展科学主题下的研究性学习实践作一阐述。

【关键词】SNP框架 大概念 抗生素

近年来，美国新一代科学教育标准（NGSS）中明确提出以建模和论证指导科学实践，我国新修订的课程标准也将二者作为核心素养中科学思維的要素。科学协商模式（Science Negotiation Pedagogy，简称SNP）是美国明尼苏达大学STEM教育中心研究员Chen等基于NGSS对论证实践的要求提出的，是一种整合建模和论证过程的渗透式教学模式，它基于学科核心概念提出问题，采用口头论证、写作与反思论证等方式，围绕模型建构逐步深入地展开论证过程，将建模与论证有机结合，可用于研究性学习、STEM教学等。本文以“抗生素”主题的研究性学习活动为例，对基于SNP框架开展科学主题下的研究性学习实践作一阐述。

一、SNP框架

SNP框架为：师生在大概念引导下共同确定驱动性的研究问题，学生基于问题建立科学模型，模型为构建科学论证提供证据，同时科学论证也作为工具起到修正和改进模型的作用。在论证的基础上，学生完成反思性写作。

大概念是聚合概念，可以是某一学科的大概念，也可以是某一单元的大概念;呈现可持久性，是经验和事实消失之后还存留的核心概念。

二、例析基于SNP框架构建“抗生素”主题活动

生物学中具有较多学科内综合性、具有一定社会意义的主题，但传统多是通过讲解或讨论的方式，很难将学生引向深度思考;近几年，关于抗生素滥用、超级细菌致病的新闻事件层出不穷，如“为什么如今的小孩子只要一发烧，家长马上就送三甲医院，逼着医生用最好的抗生素，而且要吊水（输液），希望把体温迅速降下来”“原本以为只是场小感冒，没想到竟是感染了‘超级细菌，还差点要了一位女大学生的命”。

“抗生素”主题源自真实生活，涉及细菌、免疫、自然选择等概念，及社会责任等核心素养的重要主题;在SNP框架上构建该主题活动，可引导中学生经历从概念到问题、从模型到论证的科学实践过程，更深刻地理解科学本质，提升核心素养。

1.围绕大概念确立研究问题

本主题的大概念可为“动态平衡”。这一概念下相关的知识点包含：细菌、抗生素、免疫、耐药性、自然选择、遗传、变异等。教师可在前期了解学生已有经验，在此基础上为学生提供相关的知识铺垫。抗生素在初中阶段均有所提及，但学生对各概念之间在某一真实事件中的内在关联感受不深。在此，可由前述抗生素使用不当的真实新闻事件引起学生对事件的研究兴趣。在“动态平衡”的大概念指引下，如图1所示，教师引导学生沿着跨学科概念、学科概念往下商讨、确立研究问题——抗生素的使用对细菌的影响。

2.初步构建模型

随后，学生将以3～4人一组的方式合作展开建模。使用4种颜色的糖果（或小纸片）代表对抗生素敏感程度有差异的4种致病菌，分别是易感细菌S1，中度敏感细菌S2、弱敏感细菌S3和耐药细菌S4，假定其敏感性表现在对抗生素起反应的时间上，S1为第一天使用抗生素就被消灭一半，S2要第二天使用抗生素才被消灭一半，S3、S4以此类推。

假定初始时身体系统内的菌群数量S1为40，S2为30，S3为20，S4为10。同时，假定宿主每次经过一次自身免疫消灭10%的细菌，即取出当时菌群总量的10%，由一位学生闭上双眼随机取出。

根据细菌的分裂生殖，假定细菌在某一天不是易感的，则其完成一次分裂生殖，总量增倍。例如，在第1天，S1减半，S2、S3、S4增加一倍;第3天，只有S4不敏感，所以只有S4复制增加一倍，S1、S2、S3均减半。

设定2种抗生素的使用方法：遵照医嘱（如使用10天），提前结束（第5天开始停止服药），学生记录数据，并将数据以图表形式呈现。

3.初步构建论证

由模型获得证据、推理，形成科学主张：抗生素的不恰当使用会使耐药细菌适应环境;学生将数据整理为表格，但发现不同组的数据有差异，经讨论后达成新的共识，即以折线图、柱状图呈现。按医嘱使用抗生素情况下的细菌总量及分布情况，由图2可发现细菌总量在前两天是有所增长，但随着抗生素的使用，细菌总量得到遏制，迅速下降;其菌群分布由原本的易感性细菌为主，逐渐转向为弱敏感的、耐药菌为主。这显示出耐药菌是如何在抗生素使用过程中自然选择出来的。

而在第5天提前擅长结束抗生素使用的情况，如图3所示，一开始，和遵照医嘱使用的情况类似，至第5天细菌总量已较低;但由于菌群分布发生变化，此时以耐药菌为主;故停用抗生素后，细菌总量反转为攀升;大量对药物不敏感的耐药细菌表示活跃。

4.讨论模型和论证过程，修改模型和论证

经过上一阶段，学生对模型的建立和讨论有了较多思考。例如，活动中，不同小组的数据有差异，有学生提议“取同种抗生素使用方式的2～3组数据的平均值为准”，不过也有同学表示可以先将各组的数据进行分别计算，在趋势图中发现各组的总体趋势是一致的，这样也是符合科学要求的可重复性的。学生就此得出：使用抗生素后，细菌的分布情况发生改变，能够适应抗生素的细菌会被筛选出来。

在上述模型基础上，学生经过共同商议决定再增加一个模型，就是若第5天停药后发现不妥第6天又重新开始使用抗生素。学生讨论后，假定这时要在自身免疫去除10%的基础上，又重新开始按第1天计算，即S1减半，S2、S3、S4均繁殖。如图7显示，这种方式抗菌疗程几乎延长一倍，从7天到14天左右。

5.咨询“专家”

这里的“专家”指的是内、外部资源，内部资源指的教室里可直接收集的，如其他同学的数据;外部资源则指教室之外的，如书籍、网络资源、相关领域的专家学者等。这里提供给学生机会相关交流讨论的时间，同时也鼓励学生进行课后阅读，提供相关资源供学生共读，如阅读《消失的微生物》，如第六章“抗生素的使用”。在此基础上，鼓励学生结合模型、论证将本主题的科学论证过程通过写作的方式反思、表达出来。

6.反思写作

写作是思维的外显化。SNP框架中提供有科学论证活动的写作指南和评价量表，引导学生建构解释并就真实数据进行论证，明确“一项好的科学论证=问题+主张+证据，证据=资料+推理”，并将其通过文本梳理、呈现出来。

根据表1写作指南，学生在此过程结合前面的证据进行写作，例如，写到“对抗生素有反应的细菌S1、S2、S3都死了，幸存下来51%的细菌都是耐药菌，随后耐药细菌S4的数量继续以成倍的方式增加”，“一般情况下，我们应谨慎使用抗生素，因为我们有一定的自身免疫力;如果医生建议使用抗生素清除致病菌，我们应当遵照医嘱，不能自行提前结束用药”。

结合所阅读的相关资源，学生也写到“人体是一个生态系统。除了外部感染的致病菌，我们体内也有许多有益的细菌，长期使用抗生素也会不可避免地使得它们产生耐药性，使我们的身体环境失去平衡”“耐药菌的产生不仅与我们人类在自身身上滥用抗生素有关，还与畜牧业使用抗生素有关”等。

三、思考与讨论

在基于SNP框架的实践中，围绕“大概念——学科概念”这条知识主线，学生得以更好地了解事物之间的相互关联，把握学科的基本概念架构，促进学习迁移。活动中，教师的角色为有经验的科学研究者，鼓励、指导、参与学生讨论。学生以小组形式协作，学习提出问题，运用模型研究问题，表征模型、解释数据，努力说服其他小组相信自己的模型可以最好地解释观察到的数据。学生在具体情境中自然地提出“科学主张”，开展可证实或证伪的“数据”“资料”的搜集，促进了科学理性的养成，更在实践中感悟到科学的本质。

参考文献：

[1]弭乐，郭玉英.科学建模与科学论证整合的教学模式[J].物理教师，2018，（02）：8.

[2]李刚，吕立杰.国外围绕大概念进行课程设计模式探析及其启示[J].比较教育研究，2018，（09）：35.

[3]马丁·布莱泽著，傅贺译.消失的微生物[M].湖南长沙：湖南科学技术出版社，2016.