论证式教学策略在高中生物课堂教学中的实践与反思

孟凡龙

摘 要 以呈现资料，引导学生从论证到依托论证，从设计实验探究到延伸实验，构建知识体系为主线展开论证式教学策略的应用，凸显本节课的逻辑性，从而提升学生的理性思维和科学素养。

关键词 论证式教学 教学策略 高中生物

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

许多科学教育家认为学科核心素养的培养不仅需要增强学生的学习科学知识和动手操作能力，而且还要注重培养学生将科学的思维方式运用到生活环境中解决问题以及做出正确选择的能力。论证，作为科学实践的核心，也体现了科学教育的本质。Toulmin在1958年提出的论证模型被认为是20世纪哲学最重要的十大发现之一（图1）。该模型中的理由、限定条件、支持等要素在实际的课堂教学中一般难以区分，所以将这三个要素合并为“支持”，即学生在论证时为自己的结论提供支撑性的描述。

论证式教学策略是国内外科学教育研究的热点之一。论证式教学策略旨在培养学生科学的思维能力，在论证过程中，学生需要经历像科学家构建理论知识一样评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程。学生可以从中了解科学知识构建的本质，学习科学家思考问题的方式，进而提升科学素养和论证能力。

“DNA是主要的遗传物质”一节前后都有大量的实验探究和科学论证，是培养学生科学探究能力和理性思维的有效材料，该部分也是整个遗传学内容的主线。科学探究一般包括提出问题、作出假设、设计实验验证、分析结果得出结论、推论再研究等环节。

1 呈现资料，引导学生论证

教师在课堂教学中首先结合已学知识呈现有关科学探究史，并设计问题串引领论证。

19世纪中期，孟德尔进行了8年的豌豆杂交实验，通过分析实验结果，发现了生物遗传的规律。1866年他发表论文《植物杂交试验》，根据逻辑推理提出了遗传因子学说、遗传学的分离定律和自由组合定律；1903年，萨顿根据染色体和遗传因子行为上的平行关系提出假说：遗传因子在染色体上；20世纪初期，遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验，认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上是呈线性排列，从而得出了染色体是基因载体的结论；1909年丹麦遗传学家约翰逊在《精密遗传学原理》一书中正式提出“基因”概念。

① 19世纪中期，孟德尔通过豌豆实验证明了生物的性状是由什么传递的？

② 19世纪末，科学家研究了生物遗传中细胞的有丝分裂、减数分裂和受精过程，认识到在遗传中具有重要作用的物质是什么？据此，萨顿还提出了什么样的假说？

③ 20世纪初期，摩尔根通过果蝇实验证明了基因位于什么物质上？

④ 20世纪中叶，科学家发现染色体主要由哪些物质组成？

教师结合以上问题串引导学生一起分析作为遗传物质的条件：结构要稳定；能够储存大量遗传信息；能自我复制，使其传递给后代；能控制生物性状；能产生可遗传变异。

1928年，格里菲思进行了肺炎双球菌的体内转化实验。教师请学生叙述实验流程，通过问题串引导学生讨论分析实验的过程和结论：比较分析第一、二组说明什么？肺炎双球菌有无毒性主要取决于什么？在第三组中被加热杀死的S型细菌还有没有毒性？比较分析第二、三组说明什么？在第四组：加热杀死的S菌+R菌→S菌+R菌中，是谁导致小鼠死亡？第四组小鼠体内分离出S型活细菌，它是开始注射进去的，还是混合后重新出现？该实验的结论是什么？最后根据实验过程，教师引导学生提出推论：在加热杀死的S菌中存在一种转化因子，能够将活的R菌转化成活的S菌。但当时并不知道转化因子是什么，也没有提取出转化因子。同时，教师指出：转化的实质并不是基因发生突变，而是S型细菌的DNA片段整合到了R型细菌的DNA中，即实现了基因重组。

针对格里菲思的实验主张，教师引导学生通过分析实验变量和对照组进一步深入理解实验的设计思路，同时在此基础上让学生发挥创造性，尝试小组交流讨论，并设计科学实验或改进格里菲思的实验设计来支持格里菲思的实验主张。

20世纪中叶，科学家发现，染色体主要由蛋白质和DNA组成。由此，教师提出问题：DNA和蛋白质，谁才是遗传物质呢？如何去证明呢？

2 依托论证，设计实验探究

教师依据1944年艾弗里的实验，提出问题：如何设计实验来探究DNA和蛋白质谁是遗传物质？根据格里菲思的体内转化实验的第四组小鼠体内的大量活S菌，可以推论出S菌进行了繁殖，即产生了后代，那么S菌体内肯定存在遗传物质。并引导学生分析实验设计思路（设法将S菌体内的DNA、RNA、蛋白质、多糖等物质分开，单独地、直接地研究它们各自的作用）。教师利用课件呈现实验过程，引导学生质疑：仅根据S菌的DNA+R菌→S菌+R菌，能否肯定S菌的DNA就是转化因子，即遗传物质？可以再设计一个对照实验：S菌的DNA+DNA酶+R菌→R菌，当然也可以设计S菌的RNA+RNA酶+R菌→R菌，R菌的DNA+DNA酶+S菌→S菌，根据实验结果，说明只有保持DNA结构的完整性才能体现转化作用，进一步说明了DNA是转化因子。学生进而得出实验结论：DNA是遗传物质，蛋白质等其他物质不是遗传物质。

针对艾弗里实验的有关主张，有学生在肯定其实验设计思路的科学性和创新性的同时，提出质疑和反驳：通过实验提取出S菌中的DNA，能否保证100%的物质纯度？是否会发生S菌的DNA+少量蛋白质+R菌→S菌+R菌的现象？这样就不能充分证明DNA就是遗传物质了。实际上实验中提取到的DNA纯度最高时也还有0.02%的蛋白质，所以针对艾弗里实验的缺陷，为了避免人为的实验误差，有学生就提出新的构想：能否找到体内的DNA和蛋白质在自然状态下就能够彻底分离的生物呢？

教师呈现资料：1952年，赫尔希和蔡斯发现了T2噬菌体，它是一种寄生于细菌体内的病毒，由DNA和蛋白质组成。多媒体演示T2噬菌体侵染细菌的过程：噬菌体吸附→DNA注入→DNA的复制和蛋白质的合成→组装→释放。学生观察发现侵染过程中DNA注入细菌内，蛋白质外壳留在细菌外面，DNA和蛋白质在自然状态下彻底分离，并产生了子代噬菌体。在此基础上，教师设计一系列的问题串：

① 由于肉眼无法观察T2噬菌体侵染细菌的过程，科学家如何知道DNA进入到细菌细胞内，而蛋白质没有进入的呢？

② 如何对元素进行标记才能区分DNA和蛋白质？实验要设计成几组？为什么？

③ 如何用放射性同位素32P标记T2噬菌体的DNA？如何用放射性同位素35S标记T2噬菌体的蛋白质？

④ 用32P标记DNA的T2噬菌体侵染普通细菌，经搅拌、离心后实验结果将会如何？请解释沉淀物中放射性很高、上清液中放射性很低的原因。

⑤ 用35S标记蛋白质的T2噬菌体侵染普通细菌，经搅拌、离心后实验结果将会如何？请解释沉淀物中放射性很低、上清液中放射性很高的原因。

⑥ 根据这个实验，你能得出什么结论？

根据以上的分析，学生可以得出T2噬菌体的性状是通过DNA传递给子代的，DNA是遗传物质。同时教师要求学生完成表1的填写。有学生提出质疑：假设DNA是遗传物质预期结果是什么？若蛋白质是遗传物质呢？

同时也有学生提出自己的验证性实验设计：用15N标记的噬菌体侵染未标记的细菌、用未标记的噬菌体侵染35S标记的细菌，经搅拌、离心后检测到放射性主要部位应该在哪里呢？

3 延伸实验，构建知识体系

教师：艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验都能证明DNA是遗传物质，是不是所有生物的遗传物质都是DNA呢？

教师用多媒体展示烟草花叶病毒、HIV病毒、寨卡病毒的结构，请学生根据艾弗里的肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染细菌的实验设计思路和实验具体方法，设计实验来探究烟草花叶病毒的遗传物质是RNA还是蛋白质。教师激发学生对同学的有关主张提出质疑或反驳，并要求学生根据以上的实验设计思路，可以设计实验来探究任何生物的遗传物质。最后师生对本节课进行总结：

① 大多数生物以什么作为遗传物质？这些生物指哪类生物？

② 少数生物以什么做为遗传物质？这些生物有哪些？

③ DNA是主要的遗传物质，你如何理解“主要”的含义？

④ 建构概念图，构建一个知识网络图（图2）。

4 教学反思

本节课在分析遗传物质科学探究史的基础上，引导学生注重对肺炎双球菌的转化实验、T2噬菌体侵染细菌实验的设计思路的解释和论证。对肺炎双球菌的转化实验，在比较分析实验原则的基础上，教师拓展了实验步骤，提出质疑性的实验思路；T2噬菌体侵染细菌实验，结合问题串深入理解实验原理和思路，并设计推测侵染方式的实验和验证性实验；其他实验注重引导学生借助前两个实验设计的方法来探究其遗传物质。在教学过程中，教师注重引导学生解释和论证每个实验环节设计和观点构建的理由，学生在尝试提出主张、与人论证、使用证据支持或反驳等过程中，培养了理性思维和科学素养。

参考文献：

[1] 谢群，苏咏梅.论证——科学教育的本质[J].生物学通报，2016（03）：10-14.

[2] 李希明，梁磊.“噬菌体侵染细菌实验”过程的教学突破[J].中学生物学，2016（03）：47-48.

[3] 魏希清.“DNA是主要的遗传物质”一节的教学设计[J].生物学教学，2013（08）：21-22.