基于論證式教學策略的高中生物教學設計

龍槿彥 李從虎

摘要本文以高中生物課程“DNA是主要的遺傳物質”為例，運用論證式教學策略。教師通過展示資料，引導學生分析資料，得出主張，發現反例質疑主張，最終完善或認可主張的論證環節，訓練學生的科學思維，提高科學探究能力，發展其核心素養。

關鍵詞 論證式教學 高中生物教學 核心素養

中圖分類號：G424文獻標識碼：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

論證式教學是探究式教學的一種，主要是將科學研究領域的論證過程引入課堂教學中，師生圍繞某一論題利用科學的方法收集相關資料證據，并進行分析，得出主張，再辯駁，最終完善主張、達成共識。[1]這種教學策略要求教師在教學過程中努力挖掘和設計問題，引導學生像科學家一樣思考，培養學生的科學思維和利用所學知識分析并解決實際問題的能力。[2]

人們熟知的論證模式有蘇格拉底的對話論證模式、庫恩的個人與他人觀點協調整合的論證模式、羅森的假設-預測模式、圖爾敏論證模式、米恩斯和沃斯的論證模式等。[3]目前中學的理科教學中，以圖爾敏論證模式應用最為廣泛。該模式包括6個因素：主張或聲明（claim）、資料和數據（date）、理由或依據（warrant）、支持（backing）、反駁（rebuttal）和反例（qualifier），[4]其簡化模型如圖1所示：首先分析資料得出主張，然后提供論據支持主張，再根據新的論據進行質疑和辯駁，最后完善或認可主張。[5]

《普通高中生物學課程標準》（2017版）明確要求學生能主動參與學習過程，通過提出問題、尋找證據、解決問題等方式，養成科學思維的習慣。基于此，論證式教學模式是符合生物課程標準并提升生物教學質量的有效策略。因此，本文以人教版（2019版）高中生物必修2第3章第1節《DNA是主要的遺傳物質》為例，說明如何應用論證式教學策略進行教學設計。

1教學目標

生命觀念：通過對不同生物遺傳物質化學本質的學習與探討，認識生物的多樣性與統一性。

科學思維：通過梳理DNA可能是遺傳物質、DNA是遺傳物質和DNA是主要遺傳物質的層層論證，鍛煉學生歸納概括、推理論證的能力，養成批判性思維。

科學探究：通過小組合作進一步完善格里菲斯的實驗，以及利用“減法原理”設計實驗驗證DNA是遺傳物質等，發展科學探究的精神及能力。

社會責任：體會科學發展過程中嚴密的邏輯推理，認同科學的發展是一個繼承、發展與創新的辯證過程。

2教材分析

本節內容以發現遺傳物質的本質的發現史為主線，首先由早期科學家關于遺傳物質是蛋白質還是DNA的爭論，引出以下經典實驗：肺炎鏈球菌的體內、體外轉化實驗和T2噬菌體侵染細菌實驗，得到“DNA是遺傳物質”的主張；隨后，教材以煙草花葉病毒為反例，進一步完善主張，最終得出“DNA是主要的遺傳物質”的主張。整個遺傳物質本質的發現經歷了提出主張，被反駁，再修正……的過程，充滿了批判的精神，閃耀著思辨的光芒，展現了科學家對真理的不懈追求，適合采用論證式的教學策略。

3教學設計

3.1創設情境，引發論證興趣

教師展示：教師在幻燈片上展示三對共六張隨機排列的母女照片，請學生將其兩兩配對。

教師提問：你配對的依據是什么？（外貌的相似度）外貌主要是由什么決定的？基因在哪里？染色體又是由什么組成的呢？遺傳物質的化學本質究竟是蛋白質還是DNA呢？科學家們又是如何探明的呢？

設計意圖：通過展示生動的圖片，抓住學生眼球，激發學生學習興趣。接著以問題串形式，帶領學生溫習舊知，進一步引出需論證的課題。

3.2 DNA可能是遺傳物質的論證

教師提問：你認為遺傳物質應該具有哪些特點？

學生回答：遺傳物質應能夠貯存大量的遺傳信息；能夠精確地復制自己；能控制生物性狀；結構比較穩定等。

資料1：蛋白質是由21種不同的氨基酸連接而成的生物大分子，氨基酸的種類、數目、排列順序的不同會導致最終形成的蛋白質不同。

資料2：DNA是由4種不同的脫氧核苷酸聚合而來的生物大分子。

資料3：（1）DNA主要存在于細胞核的染色體上，而蛋白質在細胞中的分布較廣泛；（2）能改變DNA結構的化學物質可以引起生物發生突變；（3）對同種生物而言，每個細胞核中 DNA含量基本相同，而精子的中DNA的含量正好是體細胞DNA含量的一半。但蛋白質等其他化學物質則與此情況不符；（4）同一種生物的不同細胞中，蛋白質的含量一般不同。

分析資料：回顧之前所學知識及分析老師所給資料，組內討論并回答DNA和蛋白質分別具有什么特點？這些特點中哪些與遺傳物質的特點相符合？

得出主張：DNA可能是遺傳物質。

引發質疑：20世紀初的大部分科學家認為蛋白質就是遺傳物質，你同意這個主張嗎？以上所給資料能否證明DNA就是遺傳物質呢？

設計意圖：教師通過展示一系列DNA是遺傳物質的間接證據，引導學生分析資料，初步得出DNA是遺傳物質的主張。而展示當時大多數科學家的主張，則可以培養學生大膽質疑的精神。最后，明確推論不是真理，要得出科學的結論還應進一步尋找更直接的事實論據做支撐。

3.3 DNA是遺傳物質的論證

3.3.1加熱殺死的S型細菌中存在“轉化因子”的論證

教師提問：閱讀教材格里菲斯的肺炎鏈球菌轉化實驗過程，對比第一組和第二組實驗結果你能得出什么結論？第三組加熱殺死的S型細菌為何失去了毒性？第四組中無毒的R型菌與加熱殺死“失去毒性”的S型菌混合后為什么會導致小鼠的死亡？結合所給資料你能提出什么猜想？（猜想一：加熱殺死的S型細菌中可能含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質“轉化因子”；猜想二：無毒的R型菌可能突變成了有毒S型菌）

資料1：S型菌可將控制莢膜合成的相關基因整合到R型菌的DNA分子上并表達。[6]

資料2：（1）根據莢膜多糖抗原特性的不同，S型菌可分為多種類型，如SⅠ、SⅡ、SⅢ等亞型，格里菲斯發現，某亞型的S型菌連續培養多代后，極少數可能突變為相應的R型菌，如SⅠ型菌突變為RⅠ型菌。（2）回復突變是指突變體在第二次突變時，能夠完全或部分地恢復成之前的基因型和表現型。

請各小組根據所給資料，進一步完善格里菲斯的實驗，使其能用于驗證本組的猜想。

實驗設計：分別將以下細菌注入健康小鼠體內，并觀察小鼠存活情況（表1）。

實驗結論：加熱殺死的S型細菌中可能含有某種促使R型活細菌轉化為S型活細菌的活性物質“轉化因子”。

設計意圖：（1）采用問題串幫助學生理解格里菲斯實驗的邏輯；（2）運用補充材料引導學生對實驗結果進行多角度的解釋，并嘗試進行實驗設計來驗證，而不僅僅停留在接受教科書的結論。由此，養成了學生敢于挑戰權威的科學態度，提升了學生資料解讀、科學探究、小組合作的能力。

雖然我們現在已經明確“轉化因子”就是DNA，但當時的科學家并不清楚，如何才能確定“轉化因子”是什么呢？加熱殺死的S型菌中有什么成分呢？如何確定哪種成分是“轉化因子”呢？

3.3.2“轉化因子”是DNA的論證

資料1：“加法原理”“減法原理”是在對照實驗中控制自變量常用的兩種方法。“加法原理”是指與常態相比較，在實驗中人為地增加某種影響因素，反之，人為地減少某種影響因素則稱為“減法原理”。

教師引導：回憶必修一，想想我們可以利用什么來“減去”某種生物大分子呢？（酶）

實驗設計：在S型細菌的提取液中分別加入蛋白酶、RNA酶、酯酶以及DNA酶，再分別與R型活細菌混合培養，結果除了加入DNA酶的一組實驗，其余各組均出現了R型和S型兩種細菌，而加入DNA酶的一組實驗中，培養皿上只出現了R型菌一種細菌。

實驗結論：“轉化因子”是DNA。

得出主張：DNA是遺傳物質。

引導質疑：你認為艾弗里的實驗能否完全證明DNA就是遺傳物質？當時大多數科學家深信蛋白質是遺傳物質，因此他們質疑“轉化因子”可能是某種吸附在DNA上某種難以檢測的微量物質。你認為科學家的質疑有道理嗎？

教師啟發：你還能想到其他證明DNA是遺傳物質的方法嗎？還記得孟德爾實驗成功的幾個重要因素嗎？（實驗材料、數據統計分析……）我們是否可以從實驗材料入手，尋找一種結構簡單，只含有DNA和蛋白質的生物來支撐我們的主張呢？

資料：T2噬菌體是僅由DNA和蛋白質組成的一種病毒，其中蛋白質構成它的外殼而DNA藏于頭部中。噬菌體通過一系列過程侵染大腸桿菌，被侵染的大腸桿菌自身不再繁殖，而侵染大腸桿菌的噬菌體會在自身遺傳物質的作用下，利用大腸桿菌的物質來合成自身成分并大量增殖，接著大腸桿菌裂解，幾十上百個與最初噬菌體一樣的子代噬菌體被釋放出來。

教師提問：如何知道進入大腸桿菌的是噬菌體的DNA還是蛋白質？應該標記何種元素？能不能用3H、14C標記噬菌體？能不能同時用32P和35S標記噬菌體？如何標記噬菌體？可以直接標記嗎？

教師課件展示噬菌體侵染大腸桿菌的動畫。

教師提問：如果進入大腸桿菌的是DNA，而蛋白質沒有進入，實驗的現象是什么？如果進入大腸桿菌的是蛋白質，而DNA沒有進入，實驗現象又是什么？

得出主張：DNA是遺傳物質。

引導質疑：所有生物的遺傳物質都是DNA嗎？2020年肆虐全球的新冠病毒的遺傳物質也是DNA嗎？

設計意圖：（1）教師介紹科學方法“減法原理”為學生設計實驗提供思路和支持；（2）通過學生生活中的反例，引導學生質疑實驗結論。

3.4 DNA是主要的遺傳物質的論證

資料：煙草花葉病毒（TMV）是由一條單鏈RNA分子和蛋白質外殼組成的RNA病毒，體內沒有DNA。TMV專門感染植物，如能感染煙草，使其葉片出現花葉。如果將TMV的RNA和蛋白質分離，然后再混合，就可以得到有活性的重組TMV。

現提供兩種TMV株系，S株系和HR株系，請小組內討論并設計實驗，探究TMV的遺傳物質是什么（見圖2）。

實驗結論：RNA是TMV的遺傳物質。

修正主張：DNA是主要的遺傳物質。

教師小結：絕大多數生物的遺傳物質是DNA，只有極少數病毒（RNA病毒）的遺傳物質是RNA。因此對于整個生物界而言，DNA是主要的遺傳物質。

設計意圖：教師補充資料，并引導學生進行實驗設計，為修正主張提供事實論據。

3.5外顯思維，完成論證模型

教師展示簡化后的圖爾敏論證模型，由學生填寫其中的資料、論據、主張、反例以及完善后的主張（圖3）。

設計意圖：將內隱的思維過程外顯于紙筆上，有助于學生理清論證過程，更好掌握論證工具來論證自身觀點，發展科學思維。

4教學反思

整節課的教學設計圍繞分析資料得出主張，找尋論據支持主張，發現反例質疑主張，最終完善或認可主張的論證主線展開。在論證過程中，教師可適當補充教材外的史料，為學生論證、探究提供必要的支撐，在挑選史料時應注意其價值性，呈現時應注意邏輯順序。在學生嘗試分析資料的過程中，教師可設計一系列問題串，引導學生對資料進行剖析，得出主張，發展核心素養。

*通訊作者：李從虎

基金項目：安徽省自然科學基金項目（1808085QC97）；安徽省教育廳教研項目（2018jyxm0300；2020zyrc098）

參考文獻

[1]王麗.基于科學思維發展的“光合作用過程”的論證式教學[J].生物學教學，2019，44（09）：28-30.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[3]莊國鄭.論證式教學在初中生物教學中的應用研究[D].華中師范大學，2018.

[4]何嘉媛，劉恩山.論證式教學策略的發展及其在理科教學中的作用[J].生物學通報，2012，47（05）：31-34.

[5]潘瑤珍.科學教育中的論證教學[D].華東師范大學，2013.

[6]閆立，武輝.對“肺炎雙球菌轉化實驗”的幾個疑難問題的解答[J].生物學教學，2016，41（11）：67-68.