基于CER論證模型的教學設計

一、設計思想

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》明確指出了生物學學科核心素養，也進一步指明人才培養的方向，其中包含的科學思維是培養創新型科技人才的關鍵要素。在科學思維領域，論證能力無疑是其關鍵性的構成。論證式教學所開展的論證活動是通過觀察事實和現象自主提出主張，對證據進行相應的采集，然后借助于實驗，得到相應的證據，展開推理，證明主張或修正主張的過程。

CER論證模型（如圖1）是由麥克尼爾于2006年提出的，該模型包含主張、論據和推理3個要素，簡單明了，適合初學者。

《DNA的結構》這一章節，科學家在探索DNA結構過程中的發現和結論，很適合作為情境提供給學生。學生在此基礎上，選擇合適的論據，并經過演繹推理，對假說進行評價，嘗試形成主張。在這個過程中，科學思維得到發展，核心概念也得以落實。在CER論證模型的基礎上，結合教學實際，采取論證式教學模式組織這節課。

二、內容分析與處理

《DNA的結構》這一節教學內容是將遺傳學深入到分子水平，讓學生理解基因的本質，從而理解遺傳的本質。課本既講述了沃森和克里克構建DNA雙螺旋結構模型的故事，也介紹了DNA的結構特點。在沃森和克里克嘗試搭建DNA的結構時，以許多科學家的相關發現作為論據，在此基礎上進行演繹推理，形成了關于DNA結構的一系列主張，最終成功搭建出DNA的雙螺旋結構，這為論證式教學提供了情境和素材。另外，學生此時已通過學習“孟德爾的遺傳定律”和“減數分裂和受精作用”，對“假說-演繹”和“模型建構”2種科學思維和科學探究方法有所了解和嘗試，具備使用CER模型進行科學論證并構建物理模型的基本能力。

本節課的教學資源的組織情況如下頁表。

三、教學目標和重難點

（一）教學目標

1.生命觀念：從DNA的結構出發，解釋DNA可編碼多種遺傳信息的原因，理解結構與功能相適應。

2.科學思維：①從相應文本資料及視頻資料種提取關鍵信息，運用CER論證模型提出關于DNA結構的主張，并簡單闡述推理過程；②能說明模型與原型之間的關系。

3.科學探究：通過親手搭建DNA的結構模型，理解模型建構的一般過程。

4.社會責任：通過了解科學史的相關資料，親自體驗模型建構過程，理解科學探究是復雜和曲折的，需要來自多個領域的科學家的合作。

（二）教學難點

1.教學重點：DNA的平面結構、DNA的多樣性及特異性。

2.教學難點：DNA模型建構。

四、教學設計思路

設計如下表。

五、論證式教學的過程

（一）設置問題情境，引發學生思考

情境：曹操家族DNA破譯，認親找到9支后人。

問題：從資料中可以看出，DNA的主要生物學功能是？從資料中可看出DNA具有什么特性？DNA分子具有怎樣的結構使之具有這樣的特性？

（二）提出問題一：游離的脫氧核苷酸如何連接成鏈？

證據1：游離的脫氧核苷酸之間可發生酯化反應。

初步論證：磷酸-磷酸或磷酸-脫氧核糖可形成化學鍵將游離的脫氧核苷酸連成鏈。

證據2：相鄰的磷酸基團都帶負電，互相排斥。

形成主張：磷酸基團之間的化學鍵不穩定，磷酸-脫氧核糖可形成化學鍵將游離的脫氧核苷酸連成鏈。

（三）提出問題二：2條單鏈如何連接成DNA？

證據3：DNA衍射圖片和彈簧衍射圖案很相似。

初步論證：DNA的空間結構為雙螺旋。

分組任務：嘗試構建DNA平面結構模型。學生擺出“堿基內側”“堿基外側”的排布方式。

證據4：脫氧核糖與磷酸具親水性，堿基具有疏水性。

證據5：展示查戈夫對不同物種的堿基進行定量檢測的結果。

證據6：嘌呤為雙環結構，嘧啶為單環結構。

形成主張：DNA外側為脫氧核糖與磷酸交替排列，內部堿基配對方式為嘌呤與嘧啶配對，A與T配對，G與C配對。

六、教學反思

本次嘗試是將論證式教學與概念模型的構建相結合，通過小組合作探究的方式，在一定的情境中，基于事實和證據，經過推導、辯駁，修正假說，形成主張，從而構建DNA的結構模型，闡述其結構與功能的相關性，學生科學思維達到水平三。若是在時間允許的前提下，引導學生基于模型，對DNA可能存在的復制方式提出自己的想法，讓學生有機會利用概念模型，解釋生物學相關問題，學生的科學思維將得到進一步的發展。

責任編輯"徐國堅