基于“兩次倒轉”教學機制實現科學論證的教學價值

吳開其 張晉

摘要 以人類認識的終點作為科學論證教學的起點，通過論證教學將科學規范及準則轉化為學生自身力量，回答了基于什么內容而開展論證教學以及科學論證如何實現培養生物學科方法、觀念和品格的問題。

關鍵詞 兩次倒轉 科學論證 教學價值

中圖分類號C633.91

文獻標志碼B

具備科學實踐性的科學論證可作為一種教育性實踐應用于課堂教學中，但實際課堂要么呈現出“忠實地實驗論證探究”，要么呈現出“程序性地論證表演”。怎樣讓科學論證更具教學價值和教學意義，讓科學論證成為教學的重要方法。下面結合郭華教授提出的“兩次倒轉”教學機制，讓科學論證在生物學教學中彰顯教學價值。

1 以人類認識的終點作為科學論證教學的起點

認識論證教學的起點即回答基于什么內容而開展論證教學，論證教學圍繞什么樣的論點而展開，教師又應當怎樣組織這樣的教學內容。

1.1 將科學史事實作為論點重溫探究

課堂中基于科學史或者科學研究事實提出基本概念適合作為論證教學的論點。其中，以重溫科學史的方式讓學生證明一些公認的主張，如生物膜的流動鑲嵌模型、細胞核是細胞系統的控制中心、DNA遵循半保留復制原則、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、光合作用產生氧氣、光合作用需要光能和光合作用產生淀粉這四個實驗進行證明。若需要使教學目標更明確，教師可呈現帶有提示性的論點，如“在小鼠體外S型肺炎雙球菌DNA能利用R型細菌轉化為S型細菌，而其他物質不能”。學生可根據這樣的提示性論點在閱讀科學史之前嘗試實驗設計。

1.2 將邏輯重組的概念作為論證教學的論點

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

①對教材己重組好的關鍵概念進行論證。例如，“基因是有遺傳效應的DNA片段”的論證，可先引導學生以事實資料“大腸桿菌DNA數量與基因數量關系、海蜇綠色熒光蛋白基因拼接”等說明“DNA與基因關系”，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頻次”等事實證明。

②對因教學需要而重組的論點進行論證。這些概念是為了學生更深入理解生物學概念而準備的，如通過對“絕大多的酶是具有催化作用的蛋白質”這樣的重組概念的證明，讓學生對大多數酶是蛋白質、極少數酶的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前后不變，催化劑能加快反應速率從而更全面證明“酶具有催化作用”。

1.3 圍繞新問題引發的新論點進行論證教學

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

2 論證教學旨在將科學規范及準則轉化為自身力量

科學論證是具有教學意義的，指向核心素養培養的論證教學不僅是滿足學生追求真理的欲望，且在論證教學過程中明白科學探究規范和準則，形成關于生物學的基本概念和觀念，再創造性地進行實踐探究。

2.1 重溫科學史中學習科學研究的規范和準則

描述并解釋處于當時背景下的研究過程，體會科學思想方法使用，如光合作用探究史中涉及的控制變量法和同位素標記法、遺傳定律發現史中的假設演繹法和DNA半保留復制中采用的離心方法、生態學研究中采用的模型構建的方法，培養科學思維和科學探究規范。在論證過程中，教師使學生簡約地歷經整個科學探究的歷程，學習科學探究的方法。例如，“生長素實質”教學中去體會怎樣假設，怎樣更全面的正反論證和多角度論證，如圖2所示。學生通過師生間辯論，體會科學家這樣操作的原因，感悟科學家證明方法的巧妙。

2.2 對重組事實進行論證形成主要概念或觀念

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

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

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

③對一些本身帶有生物學觀念的主張進行論證。例如，教師提出主張“氫鍵作為弱化學鍵在生命活動中有重要意義”，讓學生根據“DNA復制、轉錄、翻譯和蛋白質形成”等相關事實作為證據證明該觀點，同時復習關于氫鍵的知識細節以及在分子層面理解“動態”觀念，達到了教學目的。

2.3 論證教學的受益者向創造者轉變

①教師要強化指向學習實踐的科學論證。論證教學讓學生獲得學習意義感，主要體現在學生能根據自己掌握科學論證原則提出新主張并反駁和修正。例如，關于“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”一節教學，教師提出“以尿素為唯一氮源的培養基培養菌種，若最后出現菌落則證明該類細菌為分解尿素的細菌”觀點。對此，引發學生反駁，即沒有排除實驗過程雜菌入侵對結果的影響，隨后提出修正方案即設置空白對照;再提出反駁，即以尿素為唯一氮源的培養基進行培養只能到達初步篩選目的，最后長出的細菌可能含有硝化細菌，并再進行修正，即用酚紅檢測氨，若硝化細菌利用氨，則紅色變淺;此外，還創造性地提出修正即直接檢測脲酶以及相應DNA檢測的修正方案。

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