基于“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機(jī)制實現(xiàn)科學(xué)論證的教學(xué)價值

吳開其 張晉

摘要 以人類認(rèn)識的終點作為科學(xué)論證教學(xué)的起點，通過論證教學(xué)將科學(xué)規(guī)范及準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化為學(xué)生自身力量，回答了基于什么內(nèi)容而開展論證教學(xué)以及科學(xué)論證如何實現(xiàn)培養(yǎng)生物學(xué)科方法、觀念和品格的問題。

關(guān)鍵詞 兩次倒轉(zhuǎn) 科學(xué)論證 教學(xué)價值

中圖分類號C633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

具備科學(xué)實踐性的科學(xué)論證可作為一種教育性實踐應(yīng)用于課堂教學(xué)中，但實際課堂要么呈現(xiàn)出“忠實地實驗論證探究”，要么呈現(xiàn)出“程序性地論證表演”。怎樣讓科學(xué)論證更具教學(xué)價值和教學(xué)意義，讓科學(xué)論證成為教學(xué)的重要方法。下面結(jié)合郭華教授提出的“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機(jī)制，讓科學(xué)論證在生物學(xué)教學(xué)中彰顯教學(xué)價值。

1 以人類認(rèn)識的終點作為科學(xué)論證教學(xué)的起點

認(rèn)識論證教學(xué)的起點即回答基于什么內(nèi)容而開展論證教學(xué)，論證教學(xué)圍繞什么樣的論點而展開，教師又應(yīng)當(dāng)怎樣組織這樣的教學(xué)內(nèi)容。

1.1 將科學(xué)史事實作為論點重溫探究

課堂中基于科學(xué)史或者科學(xué)研究事實提出基本概念適合作為論證教學(xué)的論點。其中，以重溫科學(xué)史的方式讓學(xué)生證明一些公認(rèn)的主張，如生物膜的流動鑲嵌模型、細(xì)胞核是細(xì)胞系統(tǒng)的控制中心、DNA遵循半保留復(fù)制原則、基因在染色體上。若需要降低論證難度，教師可將這樣的論點分解為幾個分論點。例如，將“植物利用光能將二氧化碳和水合成糖和氧氣”事實的證明分解為光合作用消耗二氧化碳、光合作用產(chǎn)生氧氣、光合作用需要光能和光合作用產(chǎn)生淀粉這四個實驗進(jìn)行證明。若需要使教學(xué)目標(biāo)更明確，教師可呈現(xiàn)帶有提示性的論點，如“在小鼠體外S型肺炎雙球菌DNA能利用R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，而其他物質(zhì)不能”。學(xué)生可根據(jù)這樣的提示性論點在閱讀科學(xué)史之前嘗試實驗設(shè)計。

1.2 將邏輯重組的概念作為論證教學(xué)的論點

教學(xué)中并不是辯證的話題才能供學(xué)生論證，更多需要正面證明某些旨在讓學(xué)生更透徹學(xué)習(xí)的重組概念。

①對教材己重組好的關(guān)鍵概念進(jìn)行論證。例如，“基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”的論證，可先引導(dǎo)學(xué)生以事實資料“大腸桿菌DNA數(shù)量與基因數(shù)量關(guān)系、海蜇綠色熒光蛋白基因拼接”等說明“DNA與基因關(guān)系”，再通過“脫氧核苷酸序列多樣性、特定堿基排列序列在生物體出現(xiàn)頻次”等事實證明。

②對因教學(xué)需要而重組的論點進(jìn)行論證。這些概念是為了學(xué)生更深入理解生物學(xué)概念而準(zhǔn)備的，如通過對“絕大多的酶是具有催化作用的蛋白質(zhì)”這樣的重組概念的證明，讓學(xué)生對大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)、極少數(shù)酶的RNA以及酶具有催化作用等概念更加清晰，并通過證明催化劑在反應(yīng)前后不變，催化劑能加快反應(yīng)速率從而更全面證明“酶具有催化作用”。

1.3 圍繞新問題引發(fā)的新論點進(jìn)行論證教學(xué)

在以論證為載體的話語實踐中培育學(xué)生的科學(xué)認(rèn)識論和參與實踐的能力，應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的途徑是讓學(xué)生像科學(xué)家一樣經(jīng)歷足夠的不確定性。對于課堂提出的不確定性問題大多先可進(jìn)行理論上的論證。例如，基于生長素分布不均事實，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：生長素分布不均勻的原理是怎樣的？再讓學(xué)生根據(jù)問題提出自己的主張并進(jìn)行論證，采用假設(shè)演繹的方式進(jìn)行理論上的論證。學(xué)生就“單側(cè)光背光一側(cè)生長素含量多于向光一側(cè)的”的問題，提出主張，如“向光一側(cè)生長素被光分解得更多”的假設(shè)，并以此假設(shè)為論點展開論證（圖1）。

2 論證教學(xué)旨在將科學(xué)規(guī)范及準(zhǔn)則轉(zhuǎn)化為自身力量

科學(xué)論證是具有教學(xué)意義的，指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的論證教學(xué)不僅是滿足學(xué)生追求真理的欲望，且在論證教學(xué)過程中明白科學(xué)探究規(guī)范和準(zhǔn)則，形成關(guān)于生物學(xué)的基本概念和觀念，再創(chuàng)造性地進(jìn)行實踐探究。

2.1 重溫科學(xué)史中學(xué)習(xí)科學(xué)研究的規(guī)范和準(zhǔn)則

描述并解釋處于當(dāng)時背景下的研究過程，體會科學(xué)思想方法使用，如光合作用探究史中涉及的控制變量法和同位素標(biāo)記法、遺傳定律發(fā)現(xiàn)史中的假設(shè)演繹法和DNA半保留復(fù)制中采用的離心方法、生態(tài)學(xué)研究中采用的模型構(gòu)建的方法，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究規(guī)范。在論證過程中，教師使學(xué)生簡約地歷經(jīng)整個科學(xué)探究的歷程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法。例如，“生長素實質(zhì)”教學(xué)中去體會怎樣假設(shè)，怎樣更全面的正反論證和多角度論證，如圖2所示。學(xué)生通過師生間辯論，體會科學(xué)家這樣操作的原因，感悟科學(xué)家證明方法的巧妙。

2.2 對重組事實進(jìn)行論證形成主要概念或觀念

生物學(xué)科思想形成與核心概念生長關(guān)系密切。概念的生長需要對歷史素材的邏輯重組，體現(xiàn)科學(xué)論證的教育性。

①通過論證的方式去解釋某些次級概念而強(qiáng)化上位概念。例如，對“植物激素可以通過拮抗、協(xié)同等方式共同實現(xiàn)對植物生命活動的調(diào)節(jié)”“光、重力和溫度等因素參與植物生命活動的調(diào)節(jié)”“植物生長素既能促進(jìn)生長也能抑制植物生長”等觀點進(jìn)行解釋或舉例論證，從而說明“植物生命活動受到多種因素的調(diào)節(jié)”。

②將復(fù)雜概念作為論點使得一些下位概念更加清晰。例如，讓學(xué)生論述“ATP以特定的化學(xué)分子作為驅(qū)動生命活動的直接能源物質(zhì)”，從而讓學(xué)生在課堂中系統(tǒng)高效論述“ArIP有特殊結(jié)構(gòu)、ATP是直接能源物質(zhì)、ATP怎樣由其他能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來及ATP怎樣驅(qū)動生物活動”等一系列下位概念，同時形成物質(zhì)與能量觀。

③對一些本身帶有生物學(xué)觀念的主張進(jìn)行論證。例如，教師提出主張“氫鍵作為弱化學(xué)鍵在生命活動中有重要意義”，讓學(xué)生根據(jù)“DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和蛋白質(zhì)形成”等相關(guān)事實作為證據(jù)證明該觀點，同時復(fù)習(xí)關(guān)于氫鍵的知識細(xì)節(jié)以及在分子層面理解“動態(tài)”觀念，達(dá)到了教學(xué)目的。

2.3 論證教學(xué)的受益者向創(chuàng)造者轉(zhuǎn)變

①教師要強(qiáng)化指向?qū)W習(xí)實踐的科學(xué)論證。論證教學(xué)讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)意義感，主要體現(xiàn)在學(xué)生能根據(jù)自己掌握科學(xué)論證原則提出新主張并反駁和修正。例如，關(guān)于“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計數(shù)”一節(jié)教學(xué)，教師提出“以尿素為唯一氮源的培養(yǎng)基培養(yǎng)菌種，若最后出現(xiàn)菌落則證明該類細(xì)菌為分解尿素的細(xì)菌”觀點。對此，引發(fā)學(xué)生反駁，即沒有排除實驗過程雜菌入侵對結(jié)果的影響，隨后提出修正方案即設(shè)置空白對照;再提出反駁，即以尿素為唯一氮源的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)只能到達(dá)初步篩選目的，最后長出的細(xì)菌可能含有硝化細(xì)菌，并再進(jìn)行修正，即用酚紅檢測氨，若硝化細(xì)菌利用氨，則紅色變淺;此外，還創(chuàng)造性地提出修正即直接檢測脲酶以及相應(yīng)DNA檢測的修正方案。

②教師要尋找時機(jī)，將科學(xué)論證轉(zhuǎn)向真實探究實踐。科學(xué)論證作為科學(xué)探究的一種實踐方式，與其他實踐方式一道，共同構(gòu)成完整科學(xué)探究，這樣的論證即真實探究教學(xué)。例如，在“纖維素分解菌的分離”教學(xué)中對教材圖片“纖維素分解菌在剛果紅培養(yǎng)基上形成的透明圈”提出疑問：透明圈圈內(nèi)為何有大面積紅色？教師引導(dǎo)學(xué)生就此懸置問題進(jìn)行爭論，從而促使學(xué)生去實踐操作求證一個大家都不能明確解釋的問題，完成屬于學(xué)生的自主合作探究，體會真實動手、動腦和求真的成就感。