指向科學(xué)思維發(fā)展的論證式教學(xué)實踐
——以“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)為例

莊蓉

（福州延安中學(xué)，福建 福州 350001）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（下文簡稱課程標(biāo)準(zhǔn)）明確要求通過高中生物學(xué)課程學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生形成應(yīng)用科學(xué)思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力，發(fā)展科學(xué)思維素養(yǎng)。［1］［2］傳統(tǒng)的講授式課堂教學(xué)多是讓學(xué)生“死記硬背”科學(xué)探究過程、方法及結(jié)論，無法有效外顯科學(xué)思維過程。筆者嘗試應(yīng)用高中生物學(xué)課程豐富的生物科學(xué)史資源，以論證式教學(xué)策略展現(xiàn)生物科學(xué)論證過程，引導(dǎo)學(xué)生開展批判性論證，深化師生之間、生生之間的思維交互，促進(jìn)學(xué)生體驗邏輯思維過程，學(xué)習(xí)科學(xué)論證方法，提高論證能力。

一、論證式教學(xué)概述

2011 年，美國頒布《K-12 科學(xué)教育框架》，將培養(yǎng)學(xué)生“論證能力”作為科學(xué)教育的新目標(biāo)，認(rèn)為論證是重要的科學(xué)語言，有助于學(xué)生建構(gòu)科學(xué)知識。［3］2020年修訂的高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也明確要求學(xué)生能夠正確應(yīng)用科學(xué)思維方法審視或論證生物學(xué)社會議題。［1］

論證式教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生模擬科學(xué)家科學(xué)論證過程，批判性地分析與選擇觀點，支持與辯駁、補(bǔ)充與完善論據(jù)，歸納總結(jié)科學(xué)結(jié)論或主張，體驗與學(xué)習(xí)科學(xué)論證的批判性思維過程與方法。論證式教學(xué)的關(guān)鍵是解釋論據(jù)與論點之間的聯(lián)系及其支撐點。通過論證式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生建立、理解與應(yīng)用生物學(xué)知識，深刻理解科學(xué)本質(zhì)，提高科學(xué)思維能力與科學(xué)探究能力。同時，彰顯高中生物學(xué)課程的理科屬性，促進(jìn)科學(xué)思維培養(yǎng)的外顯化與有效化。

二、例析論證式教學(xué)策略

本文以新課程人教版高中教科書《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》第3 章“基因的本質(zhì)”第1 節(jié)“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)為例，探討高中生物學(xué)論證式教學(xué)策略。

（一）設(shè)計思路與教學(xué)目標(biāo)

1.教學(xué)設(shè)計思路。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)要求及學(xué)業(yè)要求，促進(jìn)學(xué)生能基于科學(xué)事實與證據(jù)，合理應(yīng)用批判性思維，科學(xué)論證為什么早期科學(xué)家們更傾向蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)、為什么蛋白質(zhì)不能作為遺傳物質(zhì)等原因性問題，以及為什么DNA 是主要的遺傳物質(zhì)、遺傳物質(zhì)的本質(zhì)屬性是什么、社會、科學(xué)與技術(shù)關(guān)系等本質(zhì)性問題。

本節(jié)教學(xué)擬設(shè)計以復(fù)習(xí)基因、染色體等相關(guān)背景知識，導(dǎo)出本節(jié)中心論題。同時，充分應(yīng)用有關(guān)遺傳物質(zhì)研究史資料作為論證式教學(xué)的論據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生討論、分析三個遺傳物質(zhì)研究經(jīng)典實驗過程與方法，幫助學(xué)生嘗試應(yīng)用批判性思維選擇主張或論題，應(yīng)用辯證思維、設(shè)計實驗、演繹推理等多元化論證方式，進(jìn)行質(zhì)疑與辯駁，體驗DNA 是主要的遺傳物質(zhì)的科學(xué)論證過程，建立對遺傳物質(zhì)本質(zhì)的科學(xué)判斷，逐步建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)及信息觀等生命觀念，并遷移應(yīng)用解決實際問題，深化對DNA 分子所具有的遺傳物質(zhì)特征的認(rèn)識，發(fā)展批判性思維能力、科學(xué)論證能力及問題解決能力。

2.教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)內(nèi)容要求、教學(xué)提示及學(xué)業(yè)要求，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情與教學(xué)條件等，制定“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)目標(biāo)：（1）通過體驗科學(xué)家探索遺傳物質(zhì)的論證過程，學(xué)會評價資料、辯證分析論據(jù)與論點關(guān)系；建立與理解有關(guān)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)等重要生物學(xué)概念。（2）通過批判性的論證演繹過程，認(rèn)同DNA 作為遺傳物質(zhì)的特點及原因，形成結(jié)構(gòu)與功能觀和信息觀等生命觀念。（3）學(xué)會“假說—演繹”等科學(xué)思維方法，能基于論據(jù)論證支持自我觀點，發(fā)展邏輯思維及批判性思維，提高論證能力。（4）認(rèn)同生物進(jìn)化的思想，肯定技術(shù)更新對科學(xué)發(fā)展、社會進(jìn)步的價值。

（二）論證式教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，提出中心論題。引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)遺傳因子的發(fā)現(xiàn)、染色體的本質(zhì)、基因與染色體關(guān)系等的科學(xué)史。如指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)孟德爾豌豆雜交實驗、摩爾根果蠅雜交實驗、布里吉斯（Bridges）實驗及福爾根（Feulgen）實驗等實驗結(jié)論，并提出中心論題：DNA與蛋白質(zhì)，誰才是遺傳物質(zhì)？

2.論證“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”。引導(dǎo)學(xué)生辯證地分析正、反兩方面方論據(jù)。正方論據(jù)是：氨基酸的特點與多樣性原因；肽鏈的空間結(jié)構(gòu)也有極大的多樣性。于生命體而言，蛋白質(zhì)是必不可少，遺傳物質(zhì)也很重要，二者具有相似點。反方論據(jù)是：科學(xué)家當(dāng)時不知道蛋白質(zhì)是如何自我復(fù)制的。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等易受溫度、PH 等外界條件影響，與遺傳物質(zhì)穩(wěn)定的特性相悖。得出階段性結(jié)論：“20 世紀(jì)初，科學(xué)家的觀點聚焦于蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)?！睂W(xué)生進(jìn)一步提出新問題：為何當(dāng)時有關(guān)DNA 研究成果無法讓科學(xué)家質(zhì)疑“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”的觀點？教師提供有關(guān)DNA 研究史料（表1），［4］啟發(fā)學(xué)生思考與討論，構(gòu)建批判性論證框架。

表1 有關(guān)DNA 研究資料

學(xué)生論證分析其中原因是早期科學(xué)研究認(rèn)為DNA 是“小分子物質(zhì)”，且四種核苷酸等量、排列組合固定，不可能儲存大量遺傳信息。學(xué)生相互質(zhì)疑，得出結(jié)論：由于錯誤的DNA 研究結(jié)論，使得當(dāng)時大部分科學(xué)家傾向“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”的觀點。

3.論證DNA 是遺傳物質(zhì)。（1）以格里菲斯實驗為證據(jù)，論證“蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)”。首先，補(bǔ)充有關(guān)肺炎雙球菌多種血清類型資料，如S 型細(xì)菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ……等多種血清類型。S 型細(xì)菌既能突變成相應(yīng)的R 型細(xì)菌，又能發(fā)生回復(fù)突變生成對應(yīng)的SⅠ、SⅡ、SⅢ……等細(xì)菌。［5］并應(yīng)用格里菲斯體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗示意圖詳細(xì)介紹實驗過程（圖1）。

圖1

接著，創(chuàng)設(shè)問題情境：第四組的小鼠為什么會死亡？從小鼠尸體中分離的SⅢ型活菌從哪來的？引導(dǎo)學(xué)生各抒己見。例如，學(xué)生提出“SⅢ型細(xì)菌在高溫下沒有完全死亡”“R 型細(xì)菌回復(fù)突變成相應(yīng)的S 型活菌”“SⅢ型死菌中某種物質(zhì)使RⅡ型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S 型細(xì)菌”等觀點。啟發(fā)學(xué)生嘗試對不同觀點進(jìn)行質(zhì)疑與辯駁，得出從小鼠尸體中分離得到SⅢ型活菌，說明RⅡ型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為SⅢ型細(xì)菌的過程是可遺傳的。進(jìn)一步完善結(jié)論：無毒的RⅡ型活菌最終轉(zhuǎn)化成了有毒的SⅢ型活菌，轉(zhuǎn)化因子是來自高溫殺死的SⅢ型死菌。由此否定“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”的觀點。

（2）以艾弗里實驗為證據(jù)，論證DNA 是轉(zhuǎn)化因子。創(chuàng)設(shè)問題情境：如何證明轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)。提供艾弗里對轉(zhuǎn)化因子的實驗論證資料（表2），指導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)論證過程，學(xué)習(xí)科學(xué)論證方法。

表2 艾弗里對轉(zhuǎn)化因子的實驗論證

進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案質(zhì)疑艾弗里實驗結(jié)論，論證DNA 不僅具有控制細(xì)菌莢膜的形成效應(yīng)，而且DNA 是遺傳物質(zhì)（圖2）。

圖2

（3）以赫爾希與蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗為證據(jù)，論證DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。指導(dǎo)學(xué)生比較分析赫爾希、蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌實驗與艾弗里實驗，“在證明DNA 是遺傳物質(zhì)的問題上，哪一個實驗更具有說服力呢？原因是什么？”并強(qiáng)調(diào)赫爾希與蔡斯使用的放射性同位素標(biāo)記技術(shù)的重要作用，能有效分離蛋白質(zhì)與DNA，有助于深入研究其各自功能。通過比較分析與論證，學(xué)生得出結(jié)論：噬菌體侵染細(xì)菌實驗證明噬菌體的DNA 進(jìn)入大腸桿菌體內(nèi)指導(dǎo)自身增殖，DNA 是噬菌體的遺傳物質(zhì)。并指導(dǎo)學(xué)生分析有關(guān)實例，完善結(jié)論：DNA 是主要的遺傳物質(zhì)。促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)收集論據(jù)、分析論據(jù)與論點之間的邏輯關(guān)系、質(zhì)疑與辯護(hù)等科學(xué)論證方法，明確科學(xué)技術(shù)對科學(xué)發(fā)展的重要貢獻(xiàn)，養(yǎng)成科學(xué)論證探究的習(xí)慣。

（三）論證式教學(xué)反思

“DNA 是主要的遺傳物質(zhì)”教學(xué)以生物科學(xué)史為線索，以生物的遺傳物質(zhì)是什么為核心問題，引導(dǎo)學(xué)生體驗收集論據(jù)——批判性地分析、解釋、質(zhì)疑與辯駁——歸納完善科學(xué)結(jié)論等科學(xué)論證過程與方法，促進(jìn)學(xué)生正確把握論據(jù)和論點之間的邏輯關(guān)系，在習(xí)得生物學(xué)重要概念“親代傳遞給子代的遺傳物質(zhì)主要編碼在DNA 分子上”的同時，提高批判性思維能力與科學(xué)論證能力。

三、結(jié)論

論證式教學(xué)使得內(nèi)隱的思維外顯，不僅能有效提高學(xué)生的課堂參與度，還能充分開發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)潛能，提高學(xué)生對“原因性問題”及“本質(zhì)性問題”的邏輯推理能力及語言表達(dá)能力。［6］為了更好地體現(xiàn)論證式教學(xué)的教育價值，教師應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)、領(lǐng)悟有關(guān)課程改革政策精神與課程文件要求，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情，設(shè)計與實施論證式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。