發(fā)展學生理性思維的論證式教學
——以“減數(shù)分裂”教學為例

許桂芬

(福建省廈門第一中學 361003) 陳 欣 (福建教育學院 福州 350025)

1 論證式教學

所謂論證是共同體圍繞某一論題利用科學方法收集證據(jù)，運用一定的方式解釋、評價自己及他人證據(jù)與觀點之間的相關(guān)性，促進思維共享與交鋒，最終達成可接受結(jié)論的活動。論證式教學是將論證活動引入課堂教學。如何將論證引入課堂，如何有效培養(yǎng)學生的論證能力已成為當前國際科學教育研究的熱點之一[1]。

論證式教學模型如圖1，教師基于具體的教學目標與學習目標提出有價值問題，學生在已學知識和已有經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出觀點猜想或解決問題思路，并提供證據(jù)解釋證明猜想或思路的合理性，猜想或思路得到認可后則可上升為結(jié)論[2]。

圖1 論證式教學模型

2 “減數(shù)分裂”的論證式教學

“減數(shù)分裂”是人教版高中生物學必修2《遺傳與進化》第2章第1節(jié)內(nèi)容，是學生學習基因分離定律和自由組合定律的細胞學基礎(chǔ)，因此“減數(shù)分裂”是教學重點，同時也是教學難點，究其原因在于：①減數(shù)分裂過程微觀、抽象，學生缺乏感性認識；②教材對減數(shù)分裂機制缺乏介紹(諸如“減數(shù)分裂第一次分裂為什么要依次經(jīng)歷復制聯(lián)會、四分體、同源染色體分離的過程？為什么同源染色體要聯(lián)會？”等等)。教師在課堂教學時對此也常常避而不談，造成學生把減數(shù)分裂過程中的一系列連續(xù)變化看作孤立事件，無法了解其中相互聯(lián)系，把有意義學習的知識割裂成了需要記憶的細枝末節(jié)信息。

授課時若采用直觀教學，聯(lián)系有絲分裂知識，借助物理模型或多媒體展示減數(shù)分裂微觀變化過程，讓學生體驗染色體具體的規(guī)律性變化，雖然有利于學生更深刻地記住減數(shù)分裂過程，但由于學生缺乏對減數(shù)分裂內(nèi)在機制的主動探究與理性思考，他們?nèi)蕴幱诒粍佑^察與接受事實的地位，導致“死記硬背”減數(shù)分裂過程。若采用啟發(fā)式教學，教師以問題引導學生觀看減數(shù)分裂的動態(tài)模擬過程，回答問題，但由于仍缺乏主動探究，學生即使能進行“看圖說話式”作答，仍未能激發(fā)深層次思維。因此，筆者嘗試應用論證式教學開展“減數(shù)分裂”教學，旨在發(fā)展學生的理性思維。

2.1 論證“精子和卵細胞的形成要通過染色體數(shù)目減半的分裂” 具體步驟如下：

2.1.1 提出問題 從人類在生殖過程要產(chǎn)生精子和卵細胞出發(fā)，導出探究的問題：精子和卵細胞是如何形成的？通過什么分裂方式形成？染色體數(shù)目如何變化？

教師引導學生從染色體數(shù)目變化角度分析，親代細胞經(jīng)過怎樣的分裂方式形成的精子和卵細胞，再經(jīng)過受精作用形成的受精卵，染色體數(shù)目在親子代之間能保持穩(wěn)定。

2.1.2 形成觀點猜想 學生得出“精子和卵細胞是通過染色體數(shù)目減半的分裂方式形成”的猜想。因為如果精、卵細胞染色體數(shù)目不是體細胞的一半，那么生物每繁殖一代，體細胞中染色體數(shù)目就會增加一倍。

2.1.3 尋找證據(jù)解釋猜想 1883年，比利時學者比耐登(E.vanBeneden)以馬蛔蟲為材料研究受精作用。他發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲的體細胞里有4條染色體，而精子和卵細胞中都含2條染色體，這些染色體通過受精作用傳給子代，子代細胞中又恢復到2對染色體。19世紀至20世紀初，許多科學家相繼觀察到，無論動物還是植物的生殖細胞，在形成過程中染色體數(shù)目都要減半。這些由教材提供的證據(jù)，有助于學生解釋其猜想的合理性。

2.2 論證“染色體數(shù)目減半的合理方式” 具體步驟如下：

2.2.1 提出問題 染色體數(shù)目如何減半？隨意減半還是有規(guī)律減半？若有規(guī)律，該怎么減半才合理？引導學生利用磁性染色體模型，探索染色體行為變化。

2.2.2 作出猜想 子細胞染色體組成可能有3種：①1和2；②3和4；③5和6(圖2)。

圖2 猜想染色體數(shù)目減半的類型

2.2.3 分析解釋猜想 引導學生思考：每一種猜想形成的配子是否合理，關(guān)鍵看它們隨機受精后染色體數(shù)目和形態(tài)能否恢復與親代細胞一致。學生分析：猜想①或②形成的配子，隨機受精后染色體數(shù)目恢復正常，且形態(tài)保持2大2小。猜想③形成的配子，隨機受精后染色體數(shù)目雖然恢復正常，但出現(xiàn)了染色體組成與親代細胞不同的4大或4小。據(jù)此推測，猜想①和②更具合理性。猜想①和②，產(chǎn)生的精、卵細胞隨機受精后，不考慮變異情況下，能保證每個受精卵細胞中染色體形態(tài)大小和數(shù)目與親代細胞中完全一致。猜想③形成的受精卵中染色體形態(tài)與親代細胞不一致，將使親子代的遺傳性狀不穩(wěn)定，因此，猜想③不合理。

2.2.4 尋找證據(jù) 支持猜想 1890年德國細胞學家鮑維里、1891年德國動物學家亨金通過對多種生物的觀察研究，證實了在形成精子或卵細胞的細胞分裂過程中，染色體都要減少一半，每對染色體中各有一條進入精子或卵細胞。

2.3 論證“染色體數(shù)目減半的過程” 具體步驟如下：

2.3.1 提出問題1 上述證據(jù)已證明“每對染色體中各有一條進入精子或卵細胞”，那么如何實現(xiàn)這種染色體數(shù)減半的分裂？

2.3.1.1 作出猜想 細胞分裂1次，染色體數(shù)目直接減半(圖3)。

2.3.1.2 分析解釋猜想 引導學生分析染色體數(shù)目

直接減半的猜想合理的前提是“染色體未復制的細胞能啟動分裂”。讓學生回憶所學的“阻止癌細胞的無限增殖的途徑”，來判斷該前提成立與否。學生分析：通過阻止癌細胞染色體復制，細胞分裂就停止；由此推知“染色體未復制的細胞不能啟動分裂”。

圖3 染色體數(shù)目直接減半

2.3.1.3 尋找證據(jù) 支持解釋 與細胞分裂有關(guān)基因的有序表達，是受到一些控制點調(diào)控和監(jiān)視的。由同步化細胞的雙向凝膠電泳測定，用放射性氚標記細胞周期不同時期的細胞，放射自顯影結(jié)果表明，細胞周期的運轉(zhuǎn)是十分有序的，不同時期出現(xiàn)不同的關(guān)鍵性事件，是基因有序表達的結(jié)果。例如，酵母中發(fā)現(xiàn)至少有6個檢驗點。這些檢驗點嚴格監(jiān)視著細胞周期事件的發(fā)生、發(fā)展過程是否嚴格按程序進行，其中S期激活因子調(diào)控G1進入S期(圖4)。并弄清了S期激活因子的分子性質(zhì)[3]。這些證據(jù)有力說明“細胞分裂1次，染色體數(shù)目直接減半”的猜想不成立。由此得出：只有完成染色體復制才能啟動細胞分裂。染色體未復制的細胞不能直接分裂，故染色體數(shù)目直接減半的分裂不可行。

圖4 細胞周期的控制點

2.3.2 提出問題2 染色體復制后，成對染色體怎樣均分到子細胞？

指導學生與有絲分裂作比較，推出染色體減半分裂，需要染色體復制幾次、細胞分裂幾次？結(jié)果產(chǎn)生幾個子細胞？學生經(jīng)比較可推測減數(shù)分裂過程(表1)。

表1 減數(shù)分裂過程的推測

2.3.3 提出問題3 染色體復制后，細胞經(jīng)過怎樣變化后才會產(chǎn)生4個“染色體數(shù)減半”的子細胞？存在幾種可能性？哪個更合理？證據(jù)是什么？

2.3.3.1 作出猜想 ①減數(shù)第一次分裂染色體數(shù)目減半，減數(shù)第二次分裂不變；②減數(shù)第一次分裂染色體數(shù)目不變，減數(shù)第二次分裂減半。

2.3.3.2 分析解釋猜想 指導學生分析兩種猜想中4次分裂的可行性。學生分析：猜想①第二次分裂類似有絲分裂，可行；第一次分裂中，成對染色體是否能均分到子細胞，未知。因此，若猜想①第一次分裂可行，則猜想①可行。猜想②第一次分裂類似有絲分裂，可行；第二次分裂現(xiàn)象屬于“染色體未經(jīng)復制就要啟動細胞分裂”，不可行。因此，猜想②不可行。

接著為猜想①第一次分裂的可行性求證。①聯(lián)系有絲分裂染色體均分的機制：含姐妹染色單體的染色體整齊排列在赤道板上，著絲點分裂，染色體數(shù)目加倍，姐妹染色單體分開并均分到兩極，非姐妹染色單體隨機組合。②推測：為了保證染色體不出差錯地均勻分開，同源染色體得排整齊才好均分，即同源染色體要進行聯(lián)會配對，且有規(guī)則地排列在細胞中央赤道板上。為了減少分離的困難，需要染色質(zhì)變成短而粗的染色體，就應有四分體出現(xiàn)；隨著紡錘體牽引，聯(lián)會的同源染色體分離開，非同源染色體隨機組合后分到細胞兩極；到達細胞兩極后，細胞一分為二，實現(xiàn)了染色體數(shù)目的減半。

2.3.3.3 尋找證據(jù) 支持猜想 一是減數(shù)分裂過程有聯(lián)會復合體(SC)存在(圖5)[4]，聯(lián)會時SC總是夾在兩條同源染色體之間，說明同源染色體兩兩配對的聯(lián)會行為是存在的。二是1891年，科學家描述了形成精子和卵細胞的減數(shù)分裂的全過程，說明減數(shù)分裂存在同源染色體分離開，非同源染色體隨機組合的過程。

圖5 典型的SC圖解

2.3.3.4 得出結(jié)論 減數(shù)第一次分裂染色體數(shù)目減半、第二次分裂染色體數(shù)目不變的推測是正確的。

最后播放減數(shù)分裂的動態(tài)模擬過程，學生仔細觀察、領(lǐng)會減數(shù)分裂的連續(xù)動態(tài)變化過程，并輔以蝗蟲減數(shù)分裂過程的固定裝片供學生觀察。由于減數(shù)分裂染色體數(shù)目減半和各時期染色體的特殊行為，均是教師引導學生“溯本求源”分析推理和辯駁得出，并得到證據(jù)支持的。因此，學生印象深刻、理解到位，推理能力、論證能力及批判性思維能力也得到發(fā)展。

由此建議教材增加探索減數(shù)分裂機制內(nèi)容，或提供減數(shù)分裂過程嚴格有序、染色體聯(lián)會行為等證據(jù)資料，更好地發(fā)揮教材發(fā)展學生理性思維的教育價值。

3 論證式教學的教育價值

生物學事實性知識較多，概念性知識抽象，有些知識間的邏輯聯(lián)系不十分緊密。因此，在生物學教學中，有必要創(chuàng)設科學研究情境，開展論證式教學，將核心概念整理成問題，以問題引導思維，激發(fā)學生聯(lián)系已有知識經(jīng)驗，進行抽絲剝繭式的分析，提出可能的、合理的猜想，并在同伴和教師的幫助下，從教材、網(wǎng)絡、動手實驗等途徑尋找證據(jù)以支持解釋猜想或思路、得出結(jié)論，形成正確的生命觀念。幫助學生“以科學家的思維方式或模擬科學家的研究過程”進行學習，在學會生物學知識的同時體驗科學研究方法，逐步養(yǎng)成科學的思維方式。以此促進學生理性思維的發(fā)展，充分發(fā)揮論證式教學的教育價值。