基于論證式教學(xué)策略的高中生物教學(xué)設(shè)計(jì)

龍槿彥 李從虎

摘要本文以高中生物課程“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”為例，運(yùn)用論證式教學(xué)策略。教師通過展示資料，引導(dǎo)學(xué)生分析資料，得出主張，發(fā)現(xiàn)反例質(zhì)疑主張，最終完善或認(rèn)可主張的論證環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，提高科學(xué)探究能力，發(fā)展其核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 論證式教學(xué) 高中生物教學(xué) 核心素養(yǎng)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.048

High School Biology Teaching Design Based on Argumentation-oriented Teaching Strategy

——Take "DNA is the main genetic material" as an example

LONG Jinyan， LI Conghu

（College of Life Sciences， Anqing Normal University， Anqing， Anhui 246133）

AbstractThis article takes the high school biology course "DNA is the main genetic material" as an example， using an argumentation-oriented teaching strategy. To guide the students， teachers take abundant means including showing materials， leading students to analyze data， drawing claims， finding counterexamples and questioning claims. Through the methods above， the argumentation link of claims are finally completed or endorsed. Therefore， we can improve students’ ability of scientific thinking and scientific inquiry， and develop their core competence.

Keywordsargumentation-oriented teaching； high school biology teaching； core competence

0前言

論證式教學(xué)是探究式教學(xué)的一種，主要是將科學(xué)研究領(lǐng)域的論證過程引入課堂教學(xué)中，師生圍繞某一論題利用科學(xué)的方法收集相關(guān)資料證據(jù)，并進(jìn)行分析，得出主張，再辯駁，最終完善主張、達(dá)成共識。[1]這種教學(xué)策略要求教師在教學(xué)過程中努力挖掘和設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和利用所學(xué)知識分析并解決實(shí)際問題的能力。[2]

人們熟知的論證模式有蘇格拉底的對話論證模式、庫恩的個(gè)人與他人觀點(diǎn)協(xié)調(diào)整合的論證模式、羅森的假設(shè)-預(yù)測模式、圖爾敏論證模式、米恩斯和沃斯的論證模式等。[3]目前中學(xué)的理科教學(xué)中，以圖爾敏論證模式應(yīng)用最為廣泛。該模式包括6個(gè)因素：主張或聲明（claim）、資料和數(shù)據(jù)（date）、理由或依據(jù)（warrant）、支持（backing）、反駁（rebuttal）和反例（qualifier），[4]其簡化模型如圖1所示：首先分析資料得出主張，然后提供論據(jù)支持主張，再根據(jù)新的論據(jù)進(jìn)行質(zhì)疑和辯駁，最后完善或認(rèn)可主張。[5]

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）明確要求學(xué)生能主動參與學(xué)習(xí)過程，通過提出問題、尋找證據(jù)、解決問題等方式，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣?；诖?，論證式教學(xué)模式是符合生物課程標(biāo)準(zhǔn)并提升生物教學(xué)質(zhì)量的有效策略。因此，本文以人教版（2019版）高中生物必修2第3章第1節(jié)《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》為例，說明如何應(yīng)用論證式教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1教學(xué)目標(biāo)

生命觀念：通過對不同生物遺傳物質(zhì)化學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)與探討，認(rèn)識生物的多樣性與統(tǒng)一性。

科學(xué)思維：通過梳理DNA可能是遺傳物質(zhì)、DNA是遺傳物質(zhì)和DNA是主要遺傳物質(zhì)的層層論證，鍛煉學(xué)生歸納概括、推理論證的能力，養(yǎng)成批判性思維。

科學(xué)探究：通過小組合作進(jìn)一步完善格里菲斯的實(shí)驗(yàn)，以及利用“減法原理”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證DNA是遺傳物質(zhì)等，發(fā)展科學(xué)探究的精神及能力。

社會責(zé)任：體會科學(xué)發(fā)展過程中嚴(yán)密的邏輯推理，認(rèn)同科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)繼承、發(fā)展與創(chuàng)新的辯證過程。

2教材分析

本節(jié)內(nèi)容以發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史為主線，首先由早期科學(xué)家關(guān)于遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA的爭論，引出以下經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：肺炎鏈球菌的體內(nèi)、體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和T2噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，得到“DNA是遺傳物質(zhì)”的主張；隨后，教材以煙草花葉病毒為反例，進(jìn)一步完善主張，最終得出“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的主張。整個(gè)遺傳物質(zhì)本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了提出主張，被反駁，再修正……的過程，充滿了批判的精神，閃耀著思辨的光芒，展現(xiàn)了科學(xué)家對真理的不懈追求，適合采用論證式的教學(xué)策略。

3教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)論證興趣

教師展示：教師在幻燈片上展示三對共六張隨機(jī)排列的母女照片，請學(xué)生將其兩兩配對。

教師提問：你配對的依據(jù)是什么？（外貌的相似度）外貌主要是由什么決定的？基因在哪里？染色體又是由什么組成的呢？遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是DNA呢？科學(xué)家們又是如何探明的呢？

設(shè)計(jì)意圖：通過展示生動的圖片，抓住學(xué)生眼球，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。接著以問題串形式，帶領(lǐng)學(xué)生溫習(xí)舊知，進(jìn)一步引出需論證的課題。

3.2 DNA可能是遺傳物質(zhì)的論證

教師提問：你認(rèn)為遺傳物質(zhì)應(yīng)該具有哪些特點(diǎn)？

學(xué)生回答：遺傳物質(zhì)應(yīng)能夠貯存大量的遺傳信息；能夠精確地復(fù)制自己；能控制生物性狀；結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定等。

資料1：蛋白質(zhì)是由21種不同的氨基酸連接而成的生物大分子，氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序的不同會導(dǎo)致最終形成的蛋白質(zhì)不同。

資料2：DNA是由4種不同的脫氧核苷酸聚合而來的生物大分子。

資料3：（1）DNA主要存在于細(xì)胞核的染色體上，而蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的分布較廣泛；（2）能改變DNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)可以引起生物發(fā)生突變；（3）對同種生物而言，每個(gè)細(xì)胞核中 DNA含量基本相同，而精子的中DNA的含量正好是體細(xì)胞DNA含量的一半。但蛋白質(zhì)等其他化學(xué)物質(zhì)則與此情況不符；（4）同一種生物的不同細(xì)胞中，蛋白質(zhì)的含量一般不同。

分析資料：回顧之前所學(xué)知識及分析老師所給資料，組內(nèi)討論并回答DNA和蛋白質(zhì)分別具有什么特點(diǎn)？這些特點(diǎn)中哪些與遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)相符合？

得出主張：DNA可能是遺傳物質(zhì)。

引發(fā)質(zhì)疑：20世紀(jì)初的大部分科學(xué)家認(rèn)為蛋白質(zhì)就是遺傳物質(zhì)，你同意這個(gè)主張嗎？以上所給資料能否證明DNA就是遺傳物質(zhì)呢？

設(shè)計(jì)意圖：教師通過展示一系列DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析資料，初步得出DNA是遺傳物質(zhì)的主張。而展示當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家的主張，則可以培養(yǎng)學(xué)生大膽質(zhì)疑的精神。最后，明確推論不是真理，要得出科學(xué)的結(jié)論還應(yīng)進(jìn)一步尋找更直接的事實(shí)論據(jù)做支撐。

3.3 DNA是遺傳物質(zhì)的論證

3.3.1加熱殺死的S型細(xì)菌中存在“轉(zhuǎn)化因子”的論證

教師提問：閱讀教材格里菲斯的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過程，對比第一組和第二組實(shí)驗(yàn)結(jié)果你能得出什么結(jié)論？第三組加熱殺死的S型細(xì)菌為何失去了毒性？第四組中無毒的R型菌與加熱殺死“失去毒性”的S型菌混合后為什么會導(dǎo)致小鼠的死亡？結(jié)合所給資料你能提出什么猜想？（猜想一：加熱殺死的S型細(xì)菌中可能含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)“轉(zhuǎn)化因子”；猜想二：無毒的R型菌可能突變成了有毒S型菌）

資料1：S型菌可將控制莢膜合成的相關(guān)基因整合到R型菌的DNA分子上并表達(dá)。[6]

資料2：（1）根據(jù)莢膜多糖抗原特性的不同，S型菌可分為多種類型，如SⅠ、SⅡ、SⅢ等亞型，格里菲斯發(fā)現(xiàn)，某亞型的S型菌連續(xù)培養(yǎng)多代后，極少數(shù)可能突變?yōu)橄鄳?yīng)的R型菌，如SⅠ型菌突變?yōu)镽Ⅰ型菌。（2）回復(fù)突變是指突變體在第二次突變時(shí)，能夠完全或部分地恢復(fù)成之前的基因型和表現(xiàn)型。

請各小組根據(jù)所給資料，進(jìn)一步完善格里菲斯的實(shí)驗(yàn)，使其能用于驗(yàn)證本組的猜想。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：分別將以下細(xì)菌注入健康小鼠體內(nèi)，并觀察小鼠存活情況（表1）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：加熱殺死的S型細(xì)菌中可能含有某種促使R型活細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型活細(xì)菌的活性物質(zhì)“轉(zhuǎn)化因子”。

設(shè)計(jì)意圖：（1）采用問題串幫助學(xué)生理解格里菲斯實(shí)驗(yàn)的邏輯；（2）運(yùn)用補(bǔ)充材料引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多角度的解釋，并嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來驗(yàn)證，而不僅僅停留在接受教科書的結(jié)論。由此，養(yǎng)成了學(xué)生敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的科學(xué)態(tài)度，提升了學(xué)生資料解讀、科學(xué)探究、小組合作的能力。

雖然我們現(xiàn)在已經(jīng)明確“轉(zhuǎn)化因子”就是DNA，但當(dāng)時(shí)的科學(xué)家并不清楚，如何才能確定“轉(zhuǎn)化因子”是什么呢？加熱殺死的S型菌中有什么成分呢？如何確定哪種成分是“轉(zhuǎn)化因子”呢？

3.3.2“轉(zhuǎn)化因子”是DNA的論證

資料1：“加法原理”“減法原理”是在對照實(shí)驗(yàn)中控制自變量常用的兩種方法?！凹臃ㄔ怼笔侵概c常態(tài)相比較，在實(shí)驗(yàn)中人為地增加某種影響因素，反之，人為地減少某種影響因素則稱為“減法原理”。

教師引導(dǎo)：回憶必修一，想想我們可以利用什么來“減去”某種生物大分子呢？（酶）

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在S型細(xì)菌的提取液中分別加入蛋白酶、RNA酶、酯酶以及DNA酶，再分別與R型活細(xì)菌混合培養(yǎng)，結(jié)果除了加入DNA酶的一組實(shí)驗(yàn)，其余各組均出現(xiàn)了R型和S型兩種細(xì)菌，而加入DNA酶的一組實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)皿上只出現(xiàn)了R型菌一種細(xì)菌。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：“轉(zhuǎn)化因子”是DNA。

得出主張：DNA是遺傳物質(zhì)。

引導(dǎo)質(zhì)疑：你認(rèn)為艾弗里的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裢耆C明DNA就是遺傳物質(zhì)？當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家深信蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，因此他們質(zhì)疑“轉(zhuǎn)化因子”可能是某種吸附在DNA上某種難以檢測的微量物質(zhì)。你認(rèn)為科學(xué)家的質(zhì)疑有道理嗎？

教師啟發(fā)：你還能想到其他證明DNA是遺傳物質(zhì)的方法嗎？還記得孟德爾實(shí)驗(yàn)成功的幾個(gè)重要因素嗎？（實(shí)驗(yàn)材料、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析……）我們是否可以從實(shí)驗(yàn)材料入手，尋找一種結(jié)構(gòu)簡單，只含有DNA和蛋白質(zhì)的生物來支撐我們的主張呢？

資料：T2噬菌體是僅由DNA和蛋白質(zhì)組成的一種病毒，其中蛋白質(zhì)構(gòu)成它的外殼而DNA藏于頭部中。噬菌體通過一系列過程侵染大腸桿菌，被侵染的大腸桿菌自身不再繁殖，而侵染大腸桿菌的噬菌體會在自身遺傳物質(zhì)的作用下，利用大腸桿菌的物質(zhì)來合成自身成分并大量增殖，接著大腸桿菌裂解，幾十上百個(gè)與最初噬菌體一樣的子代噬菌體被釋放出來。

教師提問：如何知道進(jìn)入大腸桿菌的是噬菌體的DNA還是蛋白質(zhì)？應(yīng)該標(biāo)記何種元素？能不能用3H、14C標(biāo)記噬菌體？能不能同時(shí)用32P和35S標(biāo)記噬菌體？如何標(biāo)記噬菌體？可以直接標(biāo)記嗎？

教師課件展示噬菌體侵染大腸桿菌的動畫。

教師提問：如果進(jìn)入大腸桿菌的是DNA，而蛋白質(zhì)沒有進(jìn)入，實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？如果進(jìn)入大腸桿菌的是蛋白質(zhì)，而DNA沒有進(jìn)入，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象又是什么？

得出主張：DNA是遺傳物質(zhì)。

引導(dǎo)質(zhì)疑：所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？2020年肆虐全球的新冠病毒的遺傳物質(zhì)也是DNA嗎？

設(shè)計(jì)意圖：（1）教師介紹科學(xué)方法“減法原理”為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供思路和支持；（2）通過學(xué)生生活中的反例，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.4 DNA是主要的遺傳物質(zhì)的論證

資料：煙草花葉病毒（TMV）是由一條單鏈RNA分子和蛋白質(zhì)外殼組成的RNA病毒，體內(nèi)沒有DNA。TMV專門感染植物，如能感染煙草，使其葉片出現(xiàn)花葉。如果將TMV的RNA和蛋白質(zhì)分離，然后再混合，就可以得到有活性的重組TMV。

現(xiàn)提供兩種TMV株系，S株系和HR株系，請小組內(nèi)討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究TMV的遺傳物質(zhì)是什么（見圖2）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：RNA是TMV的遺傳物質(zhì)。

修正主張：DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

教師小結(jié)：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有極少數(shù)病毒（RNA病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA。因此對于整個(gè)生物界而言，DNA是主要的遺傳物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：教師補(bǔ)充資料，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為修正主張?zhí)峁┦聦?shí)論據(jù)。

3.5外顯思維，完成論證模型

教師展示簡化后的圖爾敏論證模型，由學(xué)生填寫其中的資料、論據(jù)、主張、反例以及完善后的主張（圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：將內(nèi)隱的思維過程外顯于紙筆上，有助于學(xué)生理清論證過程，更好掌握論證工具來論證自身觀點(diǎn)，發(fā)展科學(xué)思維。

4教學(xué)反思

整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)圍繞分析資料得出主張，找尋論據(jù)支持主張，發(fā)現(xiàn)反例質(zhì)疑主張，最終完善或認(rèn)可主張的論證主線展開。在論證過程中，教師可適當(dāng)補(bǔ)充教材外的史料，為學(xué)生論證、探究提供必要的支撐，在挑選史料時(shí)應(yīng)注意其價(jià)值性，呈現(xiàn)時(shí)應(yīng)注意邏輯順序。在學(xué)生嘗試分析資料的過程中，教師可設(shè)計(jì)一系列問題串，引導(dǎo)學(xué)生對資料進(jìn)行剖析，得出主張，發(fā)展核心素養(yǎng)。

*通訊作者：李從虎

基金項(xiàng)目：安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1808085QC97）；安徽省教育廳教研項(xiàng)目（2018jyxm0300；2020zyrc098）

參考文獻(xiàn)

[1]王麗.基于科學(xué)思維發(fā)展的“光合作用過程”的論證式教學(xué)[J].生物學(xué)教學(xué)，2019，44（09）：28-30.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[3]莊國鄭.論證式教學(xué)在初中生物教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].華中師范大學(xué)，2018.

[4]何嘉媛，劉恩山.論證式教學(xué)策略的發(fā)展及其在理科教學(xué)中的作用[J].生物學(xué)通報(bào)，2012，47（05）：31-34.

[5]潘瑤珍.科學(xué)教育中的論證教學(xué)[D].華東師范大學(xué)，2013.

[6]閆立，武輝.對“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的幾個(gè)疑難問題的解答[J].生物學(xué)教學(xué)，2016，41（11）：67-68.