論證式教學(xué)策略在高中生物科學(xué)史教學(xué)中的應(yīng)用

林秋映

1論證式教學(xué)策略

論證式教學(xué)策略在20世紀(jì)90年代提出，是當(dāng)前國際科學(xué)教育比較關(guān)注的研究領(lǐng)域。其實質(zhì)就是將科學(xué)研究中的論證引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證實踐活動，在分析資料、得出主張、反思質(zhì)疑、辯駁論證中探究問題，體驗知識的構(gòu)建過程。本文主要參考Toulmin論證模式（由圖1所示）來進行論證式教學(xué)。

2高中生物教材中的科學(xué)史

生物科學(xué)史是生物科學(xué)發(fā)生、發(fā)展的歷史，包括生物科學(xué)知識的發(fā)展、生物科學(xué)方法的演進以及生物科學(xué)家的科學(xué)精神。生物科學(xué)史不僅隱含豐富的科學(xué)實驗方法和科學(xué)觀點，而且具有很高的情感教育價值，是高中生物教學(xué)中不可缺少的部分。人教版高中生物教材中的科學(xué)史有細(xì)胞學(xué)說的建立過程、生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程、酶的本質(zhì)、光合作用的探究歷程、基因位于染色體上、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建、植物生長素的發(fā)現(xiàn)等。科學(xué)的發(fā)展往往是一個“肯定一否定一肯定”的循環(huán)過程，特定階段得出的科學(xué)結(jié)論往往需要經(jīng)受后來者的質(zhì)疑，這與論證式教學(xué)不謀而合。因此，論證式教學(xué)策略非常適用于科學(xué)史教學(xué)。

3“生物膜的流動鑲嵌模型”的論證式教學(xué)策略

以當(dāng)今科學(xué)教育界倡導(dǎo)的論證模式為設(shè)計思路，將“對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程”分為三個核心問題。按照“提出問題，提出觀點，提出質(zhì)疑，辯駁論證”的流程教師，引導(dǎo)學(xué)生在分析和體驗科學(xué)家建立生物膜模型的過程中，逐步形成關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)的科學(xué)觀點。最后，教師借助教具，根據(jù)已有科學(xué)結(jié)論，促進學(xué)生建構(gòu)生物膜的流動鑲嵌模型，從而突出教學(xué)重點。

3.1對生物膜成分的探索

教師提出問題：一種物質(zhì)或物體的結(jié)構(gòu)，實際上是指其組成成分之間的組合形式，探索生物膜的結(jié)構(gòu)，首先需要知道膜的組成成分是什么。

教師提供資料：19世紀(jì)末，歐文頓用500多種物質(zhì)對植物細(xì)胞進行上萬次的通透性實驗，發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更易進入細(xì)胞。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出假說：膜由脂質(zhì)組成。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：資料是否為假說提供了充分的論據(jù)支撐？

教師提供資料：①科學(xué)家在實驗中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜會被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解，使得細(xì)胞膜被破壞。②20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動物的紅細(xì)胞中分離出來，化學(xué)分析表明，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。

探索生物膜成分的論證式教學(xué)流程歸納為圖2。

3.2對磷脂分子排布的探索

教師提出問題：既然膜的成分主要是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，那么這些成分是怎么組成膜的？

教師提供資料：經(jīng)檢驗證明，細(xì)胞膜中的脂質(zhì)主要是指磷脂。磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等所組成的分子，“頭”部磷酸是親水的，“尾”部脂肪酸是疏水的。

教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型：畫出磷脂分子在空氣一水界面的排列方式。

教師提供論據(jù)：1917年，朗姆瓦將磷脂分子在空氣水界面排成單層，結(jié)果頭部浸入水中，尾部浮于水面。

教師提供論據(jù)：單細(xì)胞生物草履蟲生活在有水的環(huán)境中；人體血細(xì)胞生活在血液中，血液的主要成分是水；人體其他組織細(xì)胞生活在組織液中，其主要成分也是水，并且細(xì)胞內(nèi)有85%～90%的化合物是水。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：在內(nèi)外都是水的環(huán)境中，磷脂分子會如何排列？

教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型：畫出磷脂分子完全在水中的排列。

教師提供論據(jù)：1925年，荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德，用丙酮從人的紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣一水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積約為紅細(xì)胞表面積的2倍。

教師引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：磷脂分子頭部朝外，尾部朝內(nèi)，排成連續(xù)的兩層。

探索磷脂分子排布的論證式教學(xué)流程歸納為圖3。

3.3對蛋白質(zhì)分子排布和膜流動性的探索

教師提出問題：膜的成分主要是磷脂和蛋白質(zhì)，磷脂分子的排布清楚了，那蛋白質(zhì)是如何排布的呢？

教師提供資料：20世紀(jì)50年代，電子顯微鏡誕生了。電子顯微鏡的工作原理是電子束照到大分子物質(zhì)上會呈現(xiàn)黑暗，反之呈現(xiàn)明亮?？茖W(xué)家用它來觀察細(xì)胞膜。1959年，羅伯特森在電鏡下看到細(xì)胞膜呈現(xiàn)清晰的暗—明—暗的三層結(jié)構(gòu)，并結(jié)合其他科學(xué)家的工作，大膽提出生物膜的單位膜模型。

教師引導(dǎo)學(xué)生提煉單位膜模型的兩個觀點：①膜為蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層，蛋白質(zhì)呈對稱分布；②蛋白質(zhì)分子和磷脂分子都是靜止不動的。

教師提供論據(jù)：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的側(cè)鏈基團，有的疏水，有的親水。有的蛋白質(zhì)外圍都是親水基團，疏水基團藏于內(nèi)部，則整個蛋白質(zhì)親水；有的蛋白質(zhì)外圍都是疏水基團，親水基團藏于內(nèi)部，則整個蛋白質(zhì)疏水；有的蛋白質(zhì)部分親水，部分疏水。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：蛋白質(zhì)是對稱地分布在脂質(zhì)外部嗎？

教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型：在磷脂雙分子層上畫出蛋白質(zhì)的可能排布。

教師提供論據(jù)：隨著冰凍蝕刻技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家觀察到細(xì)胞膜的具體結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻技術(shù)原理是將標(biāo)本用干冰、液氮等冰凍后，用冷刀斷開，升溫后干冰迅速升華，從而暴露出斷裂面結(jié)構(gòu)，再經(jīng)特殊處理，可用電鏡觀察到細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（展示圖片）。

教師引導(dǎo)學(xué)生修正觀點①：蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂分子的表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子層。

教師提供論據(jù)：變形蟲運動和攝食；分泌蛋白形成過程；洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離。

教師引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑：生物膜是靜止不動的嗎？

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀書本：1970年，弗雷和埃迪登進行了熒光標(biāo)記的小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實驗。用發(fā)紅色熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，用發(fā)綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞融合。這兩種細(xì)胞剛?cè)诤蠒r，融合細(xì)胞的一半發(fā)綠色熒光，一半發(fā)紅色熒光，在37℃下經(jīng)過40 min，兩種顏色的熒光均勻分布。

教師提供論據(jù)：磷脂分子細(xì)胞膜上的脂質(zhì)分子主要有四種運動方式：①沿膜平面的側(cè)向運動；②圍繞軸心的自旋運動；③尾部的擺動運動；④雙層分子之間的翻轉(zhuǎn)運動。

教師引導(dǎo)學(xué)生修正觀點②：膜上蛋白質(zhì)分子和磷脂分子可以運動；膜具有一定的流動性。

教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型：學(xué)生結(jié)合已有的科學(xué)知識，利用教具建構(gòu)生物膜模型，說出膜的組成成分、基本支架、蛋白質(zhì)的存在形式和結(jié)構(gòu)特點。

教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)可主張：1972年，桑格和尼克森提出的流動鑲嵌模型的主要內(nèi)容。

探索蛋白質(zhì)排布和膜流動性的論證式教學(xué)流程歸納為圖4。

4教學(xué)反思

4.1問題導(dǎo)向，脈絡(luò)清晰

教師將生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程分解為生物膜組成成分、磷脂分子的排布、蛋白質(zhì)分子的排布和膜的流動性4個問題，把關(guān)于生物膜結(jié)構(gòu)探索歷程的科學(xué)史梳理得較為清晰。

4.2論證教學(xué)，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)

教師遵循“提出問題——分析資料，提出觀點——分析資料，提出質(zhì)疑——分析資料，辯駁論證——修正（認(rèn)可）觀點”的教學(xué)流程，使結(jié)論的得出更加嚴(yán)謹(jǐn)，更具有說服力，同時還鍛煉了學(xué)生的理性思維和批判質(zhì)疑精神。

4.3模型建構(gòu)，重點突出

模型構(gòu)建方法貫穿整個探索歷程。學(xué)生體驗到建構(gòu)模型的方法，并在得出科學(xué)結(jié)論后，利用已有知識構(gòu)建模型，說出流動鑲嵌模型基本內(nèi)容，從而強化了對流動鑲嵌模型的理解。