基于论证式教学策略的高中生物教学设计

2021-01-04龙槿彦李从虎

科教导刊 2021年13期

关键词：高中生物教学核心素养

龙槿彦李从虎

摘要本文以高中生物课程“DNA是主要的遗传物质”为例，运用论证式教学策略。教师通过展示资料，引导学生分析资料，得出主张，发现反例质疑主张，最终完善或认可主张的论证环节，训练学生的科学思维，提高科学探究能力，发展其核心素养。

关键词论证式教学高中生物教学核心素养

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.048

High School Biology Teaching Design Based on Argumentation-oriented Teaching Strategy

——Take "DNA is the main genetic material" as an example

LONG Jinyan， LI Conghu

（College of Life Sciences， Anqing Normal University， Anqing， Anhui 246133）

AbstractThis article takes the high school biology course "DNA is the main genetic material" as an example， using an argumentation-oriented teaching strategy. To guide the students， teachers take abundant means including showing materials， leading students to analyze data， drawing claims， finding counterexamples and questioning claims. Through the methods above， the argumentation link of claims are finally completed or endorsed. Therefore， we can improve students’ ability of scientific thinking and scientific inquiry， and develop their core competence.

Keywordsargumentation-oriented teaching； high school biology teaching； core competence

0前言

论证式教学是探究式教学的一种，主要是将科学研究领域的论证过程引入课堂教学中，师生围绕某一论题利用科学的方法收集相关资料证据，并进行分析，得出主张，再辩驳，最终完善主张、达成共识。[1]这种教学策略要求教师在教学过程中努力挖掘和设计问题，引导学生像科学家一样思考，培养学生的科学思维和利用所学知识分析并解决实际问题的能力。[2]

人们熟知的论证模式有苏格拉底的对话论证模式、库恩的个人与他人观点协调整合的论证模式、罗森的假设-预测模式、图尔敏论证模式、米恩斯和沃斯的论证模式等。[3]目前中学的理科教学中，以图尔敏论证模式应用最为广泛。该模式包括6个因素：主张或声明（claim）、资料和数据（date）、理由或依据（warrant）、支持（backing）、反驳（rebuttal）和反例（qualifier），[4]其简化模型如图1所示：首先分析资料得出主张，然后提供论据支持主张，再根据新的论据进行质疑和辩驳，最后完善或认可主张。[5]

《普通高中生物学课程标准》（2017版）明確要求学生能主动参与学习过程，通过提出问题、寻找证据、解决问题等方式，养成科学思维的习惯。基于此，论证式教学模式是符合生物课程标准并提升生物教学质量的有效策略。因此，本文以人教版（2019版）高中生物必修2第3章第1节《DNA是主要的遗传物质》为例，说明如何应用论证式教学策略进行教学设计。

1教学目标

生命观念：通过对不同生物遗传物质化学本质的学习与探讨，认识生物的多样性与统一性。

科学思维：通过梳理DNA可能是遗传物质、DNA是遗传物质和DNA是主要遗传物质的层层论证，锻炼学生归纳概括、推理论证的能力，养成批判性思维。

科学探究：通过小组合作进一步完善格里菲斯的实验，以及利用“减法原理”设计实验验证DNA是遗传物质等，发展科学探究的精神及能力。

社会责任：体会科学发展过程中严密的逻辑推理，认同科学的发展是一个继承、发展与创新的辩证过程。

2教材分析

本节内容以发现遗传物质的本质的发现史为主线，首先由早期科学家关于遗传物质是蛋白质还是DNA的争论，引出以下经典实验：肺炎链球菌的体内、体外转化实验和T2噬菌体侵染细菌实验，得到“DNA是遗传物质”的主张；随后，教材以烟草花叶病毒为反例，进一步完善主张，最终得出“DNA是主要的遗传物质”的主张。整个遗传物质本质的发现经历了提出主张，被反驳，再修正……的过程，充满了批判的精神，闪耀着思辨的光芒，展现了科学家对真理的不懈追求，适合采用论证式的教学策略。

3教学设计

3.1创设情境，引发论证兴趣

教师展示：教师在幻灯片上展示三对共六张随机排列的母女照片，请学生将其两两配对。

教师提问：你配对的依据是什么？（外貌的相似度）外貌主要是由什么决定的？基因在哪里？染色体又是由什么组成的呢？遗传物质的化学本质究竟是蛋白质还是DNA呢？科学家们又是如何探明的呢？

设计意图：通过展示生动的图片，抓住学生眼球，激发学生学习兴趣。接着以问题串形式，带领学生温习旧知，进一步引出需论证的课题。

3.2 DNA可能是遗传物质的论证

教师提问：你认为遗传物质应该具有哪些特点？

学生回答：遗传物质应能够贮存大量的遗传信息；能够精确地复制自己；能控制生物性状；结构比较稳定等。

资料1：蛋白质是由21种不同的氨基酸连接而成的生物大分子，氨基酸的种类、数目、排列顺序的不同会导致最终形成的蛋白质不同。

资料2：DNA是由4种不同的脱氧核苷酸聚合而来的生物大分子。

资料3：（1）DNA主要存在于细胞核的染色体上，而蛋白质在细胞中的分布较广泛；（2）能改变DNA结构的化学物质可以引起生物发生突变；（3）对同种生物而言，每个细胞核中 DNA含量基本相同，而精子的中DNA的含量正好是体细胞DNA含量的一半。但蛋白质等其他化学物质则与此情况不符；（4）同一种生物的不同细胞中，蛋白质的含量一般不同。

分析资料：回顾之前所学知识及分析老师所给资料，组内讨论并回答DNA和蛋白质分别具有什么特点？这些特点中哪些与遗传物质的特点相符合？

得出主张：DNA可能是遗传物质。

引发质疑：20世纪初的大部分科学家认为蛋白质就是遗传物质，你同意这个主张吗？以上所给资料能否证明DNA就是遗传物质呢？

设计意图：教师通过展示一系列DNA是遗传物质的间接证据，引导学生分析资料，初步得出DNA是遗传物质的主张。而展示当时大多数科学家的主张，则可以培养学生大胆质疑的精神。最后，明确推论不是真理，要得出科学的结论还应进一步寻找更直接的事实论据做支撑。

3.3 DNA是遗传物质的论证

3.3.1加热杀死的S型细菌中存在“转化因子”的论证

教师提问：阅读教材格里菲斯的肺炎链球菌转化实验过程，对比第一组和第二组实验结果你能得出什么结论？第三组加热杀死的S型细菌为何失去了毒性？第四组中无毒的R型菌与加热杀死“失去毒性”的S型菌混合后为什么会导致小鼠的死亡？结合所给资料你能提出什么猜想？（猜想一：加热杀死的S型细菌中可能含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质“转化因子”；猜想二：无毒的R型菌可能突变成了有毒S型菌）

资料1：S型菌可将控制荚膜合成的相关基因整合到R型菌的DNA分子上并表达。[6]

资料2：（1）根据荚膜多糖抗原特性的不同，S型菌可分为多种类型，如SⅠ、SⅡ、SⅢ等亚型，格里菲斯发现，某亚型的S型菌连续培养多代后，极少数可能突变为相应的R型菌，如SⅠ型菌突变为RⅠ型菌。（2）回复突变是指突变体在第二次突变时，能够完全或部分地恢復成之前的基因型和表现型。

请各小组根据所给资料，进一步完善格里菲斯的实验，使其能用于验证本组的猜想。

实验设计：分别将以下细菌注入健康小鼠体内，并观察小鼠存活情况（表1）。

实验结论：加热杀死的S型细菌中可能含有某种促使R型活细菌转化为S型活细菌的活性物质“转化因子”。

设计意图：（1）采用问题串帮助学生理解格里菲斯实验的逻辑；（2）运用补充材料引导学生对实验结果进行多角度的解释，并尝试进行实验设计来验证，而不仅仅停留在接受教科书的结论。由此，养成了学生敢于挑战权威的科学态度，提升了学生资料解读、科学探究、小组合作的能力。

虽然我们现在已经明确“转化因子”就是DNA，但当时的科学家并不清楚，如何才能确定“转化因子”是什么呢？加热杀死的S型菌中有什么成分呢？如何确定哪种成分是“转化因子”呢？

3.3.2“转化因子”是DNA的论证

资料1：“加法原理”“减法原理”是在对照实验中控制自变量常用的两种方法。“加法原理”是指与常态相比较，在实验中人为地增加某种影响因素，反之，人为地减少某种影响因素则称为“减法原理”。

教师引导：回忆必修一，想想我们可以利用什么来“减去”某种生物大分子呢？（酶）

实验设计：在S型细菌的提取液中分别加入蛋白酶、RNA酶、酯酶以及DNA酶，再分别与R型活细菌混合培养，结果除了加入DNA酶的一组实验，其余各组均出现了R型和S型两种细菌，而加入DNA酶的一组实验中，培养皿上只出现了R型菌一种细菌。

实验结论：“转化因子”是DNA。

得出主张：DNA是遗传物质。

引导质疑：你认为艾弗里的实验能否完全证明DNA就是遗传物质？当时大多数科学家深信蛋白质是遗传物质，因此他们质疑“转化因子”可能是某种吸附在DNA上某种难以检测的微量物质。你认为科学家的质疑有道理吗？

教师启发：你还能想到其他证明DNA是遗传物质的方法吗？还记得孟德尔实验成功的几个重要因素吗？（实验材料、数据统计分析……）我们是否可以从实验材料入手，寻找一种结构简单，只含有DNA和蛋白质的生物来支撑我们的主张呢？

资料：T2噬菌体是仅由DNA和蛋白质组成的一种病毒，其中蛋白质构成它的外壳而DNA藏于头部中。噬菌体通过一系列过程侵染大肠杆菌，被侵染的大肠杆菌自身不再繁殖，而侵染大肠杆菌的噬菌体会在自身遗传物质的作用下，利用大肠杆菌的物质来合成自身成分并大量增殖，接着大肠杆菌裂解，几十上百个与最初噬菌体一样的子代噬菌体被释放出来。

教师提问：如何知道进入大肠杆菌的是噬菌体的DNA还是蛋白质？应该标记何种元素？能不能用3H、14C标记噬菌体？能不能同时用32P和35S标记噬菌体？如何标记噬菌体？可以直接标记吗？

教师课件展示噬菌体侵染大肠杆菌的动画。

教师提问：如果进入大肠杆菌的是DNA，而蛋白质没有进入，实验的现象是什么？如果进入大肠杆菌的是蛋白质，而DNA没有进入，实验现象又是什么？

得出主张：DNA是遗传物质。

引导质疑：所有生物的遗传物质都是DNA吗？2020年肆虐全球的新冠病毒的遗传物质也是DNA吗？

设计意图：（1）教师介绍科学方法“减法原理”为学生设计实验提供思路和支持；（2）通过学生生活中的反例，引导学生质疑实验结论。

3.4 DNA是主要的遗传物质的论证

资料：烟草花叶病毒（TMV）是由一条单链RNA分子和蛋白质外壳组成的RNA病毒，体内没有DNA。TMV专门感染植物，如能感染烟草，使其叶片出现花叶。如果将TMV的RNA和蛋白质分离，然后再混合，就可以得到有活性的重组TMV。

现提供两种TMV株系，S株系和HR株系，请小组内讨论并设计实验，探究TMV的遗传物质是什么（见图2）。

实验结论：RNA是TMV的遗传物质。

修正主张：DNA是主要的遗传物质。

教师小结：绝大多数生物的遗传物质是DNA，只有极少数病毒（RNA病毒）的遗传物质是RNA。因此对于整个生物界而言，DNA是主要的遗传物质。

设计意图：教师补充资料，并引导学生进行实验设计，为修正主张提供事实论据。

3.5外显思维，完成论证模型

教师展示简化后的图尔敏论证模型，由学生填写其中的資料、论据、主张、反例以及完善后的主张（图3）。

设计意图：将内隐的思维过程外显于纸笔上，有助于学生理清论证过程，更好掌握论证工具来论证自身观点，发展科学思维。

4教学反思

整节课的教学设计围绕分析资料得出主张，找寻论据支持主张，发现反例质疑主张，最终完善或认可主张的论证主线展开。在论证过程中，教师可适当补充教材外的史料，为学生论证、探究提供必要的支撑，在挑选史料时应注意其价值性，呈现时应注意逻辑顺序。在学生尝试分析资料的过程中，教师可设计一系列问题串，引导学生对资料进行剖析，得出主张，发展核心素养。

*通讯作者：李从虎