（安徽省合肥市第一中學(xué) 安徽合肥 230061）

在教學(xué)實(shí)踐中，教師發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生缺乏將證據(jù)和理論聯(lián)系的能力，常表現(xiàn)忽視證據(jù)、不會(huì)應(yīng)用證據(jù)、主觀臆斷等現(xiàn)象，并將此類現(xiàn)象歸因?yàn)榇中?，其本質(zhì)是在于重實(shí)證思維習(xí)慣的缺乏?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將科學(xué)思維定義為尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。科學(xué)思維的形成并非與生俱來，而論證是培養(yǎng)科學(xué)思維的重要途徑之一。論證是指由斷定一個(gè)或一些判斷的真實(shí)性，進(jìn)而斷定另一個(gè)判斷的真實(shí)性。依靠推理能得出符合邏輯的判斷，但不能保證它符合客觀實(shí)際。而通過論證則要求判斷是真實(shí)的，因此論證是重實(shí)證、合邏輯的思維形式，在科學(xué)思維的培養(yǎng)過程中有著不可替代的作用。

1 圖爾敏論證模式

英國(guó)邏輯學(xué)家圖爾敏（Toulmin）提出的論證模型由6個(gè)元素組成（圖1）：資料、主張和根據(jù)3個(gè)基本元素；限定、反駁和支持3個(gè)補(bǔ)充元素（可選用元素）。

圖1 圖爾敏論證模型

①資料是指可以作為接受論證的起始基礎(chǔ)和證據(jù)。②根據(jù)是連接主張和資料之間的橋梁，說明如何由資料推理得到主張。③主張是對(duì)問題所發(fā)表的見解或看法，也可以表示論證的結(jié)論。④限定表示什么情境下才能使得主張成立。⑤反駁是指阻止從資料得出主張的因素。⑥支持是指用于證明的權(quán)威資源，可以包括某些法則、條文、原理、理論或定律公式等，是眾人能接受的通則，用以證明提出的理由［2］。

2 基于圖爾敏論證模型的生物膜系統(tǒng)概念教學(xué)

2.1 生物膜系統(tǒng)概念教學(xué)的論證模型

生物膜系統(tǒng)概念教學(xué)的論證模型如圖2所示。

2.2 生物膜系統(tǒng)概念的教學(xué)實(shí)踐

2.2.1 資料

教師展示分泌蛋白合成和運(yùn)輸動(dòng)畫視頻，并分析其過程。

2.2.2 根據(jù)

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細(xì)胞膜共同配合完成分泌蛋白的加工和運(yùn)輸，體現(xiàn)了三者在功能上的緊密聯(lián)系。為什么囊泡膜能夠與高爾基體膜、細(xì)胞膜融合并成為其中一部分？

教師由此說明膜成分和結(jié)構(gòu)相似，否則無法實(shí)現(xiàn)囊泡和膜的融合，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生理解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和細(xì)胞膜在結(jié)構(gòu)上的間接聯(lián)系。對(duì)于學(xué)習(xí)膜結(jié)構(gòu)上的直接聯(lián)系，教師通過展示“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細(xì)胞膜核膜的聯(lián)系圖”即可完成。

2.2.3 主張

學(xué)生歸納得出：細(xì)胞中的細(xì)胞器膜、細(xì)胞膜、核膜等結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了生物膜系統(tǒng)。

由于歸納推理具有或然性，前提和結(jié)論之間不具備邏輯必然，很多學(xué)生在同化概念過程中存在困難。例如，面對(duì)“核膜是否具有流動(dòng)性的判斷”“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的分析”等問題時(shí)，不能正確作答，原因在于沒有真正理解生物膜系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系。因此，教師需要進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生順應(yīng)概念，即為主張?zhí)峁┍匾С帧?/p>

2.2.4 支持

教師展示資料，創(chuàng)設(shè)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）細(xì)胞內(nèi)的很多酶通過附著在膜結(jié)構(gòu)上起催化作用，這種附著有何意義？為何膜上固定是酶而不是反應(yīng)物？學(xué)生討論作答：酶能夠重復(fù)利用，同時(shí)使反應(yīng)場(chǎng)所相對(duì)固定。教師也可以類比固定化酶技術(shù)促進(jìn)理解。因此，“許多重要的化學(xué)反應(yīng)都在生物膜上進(jìn)行，這些化學(xué)反應(yīng)需要酶的參與，廣闊的膜面積為多種酶提供了大量的附著位點(diǎn)”。

（2）細(xì)胞內(nèi)很多重要的化學(xué)反應(yīng)通常連接成串，一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物成為下一個(gè)反應(yīng)的原料，一種酶只能催化一個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)，圖3表示一組酶依次發(fā)揮作用，將物質(zhì)A轉(zhuǎn)變?yōu)镕，形成一條代謝途徑。酶附著在膜上，除了固定的作用外，對(duì)細(xì)胞內(nèi)眾多連續(xù)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)有何意義？

圖3 某種物質(zhì)的代謝途徑

（3）展示細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)圖——細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)眾多，各種物質(zhì)在不同反應(yīng)之間彼此聯(lián)系形成復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)。那么，細(xì)胞是怎樣避免反應(yīng)之間的相互干擾呢？

2.2.5 主張

學(xué)生思考、討論后，得出：細(xì)胞中的細(xì)胞器膜、細(xì)胞膜、核膜等結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了生物膜系統(tǒng)。這些生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)很相似，生物膜系統(tǒng)使細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)配合，保證了細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)高效而有序地進(jìn)行。

3 基于圖爾敏論證模型的減數(shù)分裂概念教學(xué)

3.1 減數(shù)分裂概念教學(xué)的論證模型

減數(shù)分裂概念教學(xué)的論證模型如圖4所示。

圖4 減數(shù)分裂概念教學(xué)的論證模型

3.2 減數(shù)分裂概念的教學(xué)實(shí)踐

教師展示唐氏綜合征患者的相關(guān)材料，明確染色體的穩(wěn)定對(duì)于維持物種穩(wěn)定性的重要意義。并引導(dǎo)學(xué)生思考：生物體是如何維持親子代染色體的穩(wěn)定呢？以草履蟲分裂生殖為例，分析有絲分裂在無性生殖過程中維持親子代遺傳性狀穩(wěn)定的作用。有性生殖過程如何實(shí)現(xiàn)染色體的穩(wěn)定？

3.2.1 資料

教師展示資料，引導(dǎo)學(xué)生分析：

（1）Weismann的預(yù)測(cè)——在卵細(xì)胞和精子成熟的過程中，必然有一個(gè)特殊的過程使染色體數(shù)目減少一半；受精時(shí)，精子與卵細(xì)胞融合，恢復(fù)正常的染色體數(shù)目。

（2）1883年，科學(xué)家用體細(xì)胞中只有2對(duì)染色體的馬蛔蟲作為材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲精子和卵細(xì)胞中的染色體數(shù)目都只有體細(xì)胞的一半，而在受精卵中又恢復(fù)成2對(duì)。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Weismann的預(yù)測(cè)，人們把這個(gè)染色體數(shù)目減半的特殊過程稱為減數(shù)分裂。

3.2.2 根據(jù)1

教師設(shè)置問題情境，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突：要實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半，細(xì)胞分裂幾次?分裂前染色體發(fā)生復(fù)制么?學(xué)生提出假說：①染色體不復(fù)制，細(xì)胞直接分裂1次；②染色體復(fù)制1次，細(xì)胞連續(xù)分裂2次。學(xué)生討論：假說①中，染色體不復(fù)制，細(xì)胞直接分裂，能夠快速產(chǎn)生配子。假說②中，根據(jù)細(xì)胞增殖的規(guī)律，細(xì)胞分裂之前需要進(jìn)行物質(zhì)準(zhǔn)備，必然需要進(jìn)行染色體復(fù)制。

3.2.3 支持1

教師展示資料：Poweel在1887年首次觀察到了馬蛔蟲減數(shù)分裂的過程，發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲的一個(gè)原始生殖細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂后產(chǎn)生4個(gè)細(xì)胞。由此可見，細(xì)胞一定是分裂了2次，即假說②正確。

3.2.4 根據(jù)2

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：減數(shù)分裂過程中染色體只復(fù)制1次，而細(xì)胞卻連續(xù)分裂2次，兩次分裂過程中，如何實(shí)現(xiàn)染色體精確的分配呢？姐妹染色單體只能分一次，還有一次分什么？并展示果蠅體細(xì)胞染色體組成圖，將其中的染色體組成編號(hào)為AA′BB′CC′DD′（圖5）所示，引導(dǎo)學(xué)生探究同源染色體分離。

圖5 果蠅體細(xì)胞染色體組成

學(xué)生探究后，提出實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半的兩種不同方案：①ABCD+A′B′C′D（′子細(xì)胞中染色體形態(tài)不同）；②AA′BB′+CC′DD（′子細(xì)胞中有形態(tài)相同染色體）。學(xué)生討論回答：如果是方案②，產(chǎn)生的生殖細(xì)胞中可能會(huì)丟掉一些種類的染色體，不利于遺傳性狀的維持。并展示果蠅配子染色體組成圖，支持方案②。

由此，學(xué)生歸納：減數(shù)分裂過程中發(fā)生一次與有絲分裂不同的染色體分離，這種在減數(shù)分裂過程中能夠分離的染色體，稱為同源染色體。教師進(jìn)而引出同源染色體的概念教學(xué)，具體教學(xué)策略與本文主題無直接關(guān)聯(lián)，不再贅述。

3.2.5 支持2

教師展示減數(shù)分裂同源染色體特殊行為的科學(xué)史材料：

（1）1901年，Montgonery在研究同一植物的有絲分裂和減數(shù)分裂過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)物種，2N=14，染色體間大小差異很大，在減數(shù)分裂中期只能看到7條染色體。減少的一半染色體到哪里去了？因?yàn)榇藭r(shí)細(xì)胞并沒有一分為二，推測(cè)染色體必然發(fā)生了相互配對(duì)。如果配對(duì)發(fā)生在父方或母方染色體內(nèi)部，不僅配對(duì)的染色體大小不合適，且配對(duì)完成后剩下一條不能成對(duì)，與觀察的結(jié)果不符。因此配對(duì)的染色體中，必然一條來自父方，一條來自母方。這種同源染色體兩兩配對(duì)的現(xiàn)象叫做聯(lián)會(huì)。

（2）1903年，Sutton提出，在減數(shù)分裂后期同源染色體會(huì)隨機(jī)分離。如果分離是按照特定規(guī)律進(jìn)行，即父方染色體分向一極而母本的染色體在另一極，則會(huì)大大減少后代的種類數(shù)。后來科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)雄蝗蟲（2n=23，XO型）減數(shù)第一次分裂結(jié)束后，產(chǎn)生2類細(xì)胞，一類細(xì)胞含有X染色體，一類細(xì)胞不含性染色體。1913年，Eleanor Carothers發(fā)現(xiàn)雄蝗蟲（2n=23，XO型）常染色體中有一對(duì)特殊的同源染色體，其大小不等，她統(tǒng)計(jì)了300多個(gè)細(xì)胞，X染色體與那對(duì)大小相異的同源染色體的組合，接近1∶1。因此，得出同源染色體的隨機(jī)分離導(dǎo)致非同源染色體的自由組合。

3.2.6 主張

教師引導(dǎo)學(xué)生分析科學(xué)史資料，使學(xué)生明確了同源染色體的分離過程，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)特殊分裂方式的理解。最終，學(xué)生自主建構(gòu)減數(shù)分裂的概念：有性生殖過程中染色體數(shù)目減半的特殊分裂方式，染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂2次。

3.3 教學(xué)反思

教師引導(dǎo)學(xué)生以事實(shí)和證據(jù)作為思維的起點(diǎn)，摒棄主觀臆斷，是科學(xué)思維培養(yǎng)的重要內(nèi)容。圖爾敏的論證模型在多個(gè)環(huán)節(jié)都需要充分使用證據(jù)，再通過科學(xué)的思維方法得出合理結(jié)論，因此在科學(xué)思維培養(yǎng)過程中有著重要的實(shí)踐價(jià)值。