唐 荷|四川省成都市石室中學

劉 靜|四川師范大學生命科學學院

《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》明確提出“高中生物學課程以提高學生生物學學科核心素養(yǎng)為宗旨”，生物學核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。其中，“科學思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。學生具備這些思維習慣和能力的主要表現(xiàn)是：能夠基于生物學事實和證據(jù)，運用多種思維方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，能夠審視或論證生物學社會議題。要使學生達成上述表現(xiàn)，高中生物學教師應秉持“以生為本”的教學理念，適切采取多種有效策略，幫助學生形成科學思維核心素養(yǎng)。論證式教學是一種有效的方法，下面以高中生物學“遺傳與進化”模塊教學為例具體闡釋。

一、論證式教學應用于高中生物學教學的理論分析

論證式教學是一種讓學生在課堂活動中親歷科學論證各個環(huán)節(jié)的教學方法，它以訓練學生論證能力為核心，以問題引導思維，激發(fā)學生聯(lián)系已有知識經(jīng)驗，進行縝密分析，提出可能的、合理的猜想，再通過證據(jù)去支持猜想，進而得出結論［1］。論證教學模型是在論證式教學理念基礎上發(fā)展出的具體操作框架或教學設計模式，多位學者對論證式教學進行過研究并提出相應模型，本文采用的是McNeill 于2006 年提出的CER 論證教學模型［2］。CER 論證教學模型主要包括三個要素：聲明觀點（Claim）、列出證據(jù)（Evidence）、進行推理（Reasoning），其邏輯結構如圖1所示。CER論證教學模型形式清晰，操作簡易，不僅有利于在新授課上培養(yǎng)學生的科學思維、建構科學解釋，還可以在復習課上提高學生的分析能力和解題能力。

圖1 CER論證教學模型的邏輯結構

以“遺傳與進化”模塊為例。一方面，該模塊涉及許多概念，例如遺傳規(guī)律、減數(shù)分裂、同源染色體、基因等，這些概念之間存在一定的聯(lián)系和交叉，具有很強的邏輯性，在建構概念時對學生科學思維的要求很高，難度較大。另一方面，由于遺傳學相關知識與學生現(xiàn)實生活之間的聯(lián)系不夠緊密，學生難以將所學知識與實際問題聯(lián)系起來，這在一定程度上降低了學生的學習興趣和動力。而論證式教學鼓勵學生主動思考和提出假設，通過實驗驗證和數(shù)據(jù)分析來深入理解遺傳學的概念和原理，這樣可以使學生在主動思考和探索遺傳學知識的過程中，提升邏輯思維和批判性思維。同時，論證式教學注重學生的參與和互動，使學生在課堂上不再是知識的被動接受者，而是基于探究和發(fā)現(xiàn)的活動參與者和知識建構者，有助于激發(fā)學生的學習興趣和動力，提高學習效果。

二、論證式教學應用于高中生物學教學實踐的策略

（一）應用問題驅動策略開展論證式教學

以“遺傳與進化”模塊中的“減數(shù)分裂”教學為例，減數(shù)分裂過程抽象且復雜，通過圖片或者動畫雖然可以展示減數(shù)分裂的過程，但這種方式使得學生缺乏深層次思考，容易被動接受概念，對減數(shù)分裂的理解并不透徹。因此，筆者在該課教學中通過設置問題串，并結合論證式教學的方法，引導學生逐步深入理解減數(shù)分裂的概念和過程，促進學生由被動接受概念轉變?yōu)橹鲃咏嫺拍?。其教學過程如圖2 至圖4所示。

圖2 教學過程一：論證精子和卵細胞中的染色體條數(shù)

圖3 教學過程二：論證染色體如何減半

圖4 教學過程三：論證配子中是否有同源染色體

圖2 至圖4 中三個關于減數(shù)分裂的問題，從分析染色體的數(shù)目變化到分析染色體的行為變化，難度逐層遞進，對學生的邏輯思維要求也逐步提高。對“問題三”進行論證之后，筆者又進一步引導學生思考“如何保證配子中沒有同源染色體”，從而引出同源染色體“聯(lián)會”，進而建構出“同源染色體”的概念：能夠在減數(shù)分裂過程中聯(lián)會的兩條染色體，往往形態(tài)大小相同，一條來自父方，一條來自母方。學生尋找證據(jù)以支撐或否定猜測或主張，在此過程中思維相互碰撞，科學論證能力得到提升，最終建構出減數(shù)分裂的概念并理解其真正含義：染色體數(shù)目減半并不是隨意減半，而是一個配子只會得到成對染色體（同源染色體）中的一條。

（二）應用模型建構策略開展論證式教學

模型與建模是“科學思維”中的重要組成部分，模型建構策略可讓學生通過建?；顒由钊肜斫夂蛻弥R，是促進科學思維能力提升的重要教學策略之一［3］。在建構DNA 雙螺旋結構模型的過程中，學生對所出現(xiàn)的問題，通過分析證據(jù)為主張辯駁，在建構出模型的同時提升了科學分析、質疑及評價能力。

在學習“DNA 的結構”內容時，由于DNA微小，學生無法直接通過觀察DNA 獲知其結構組成，只能通過資料和實驗證據(jù)分析DNA的結構，這對學生的空間想象能力要求很高，為教學帶來了一定難度。筆者通過建構DNA結構模型，使微小的DNA結構可視化，同時結合論證式教學的方法，促使學生通過辯駁深入理解DNA 的結構特點，體會生物體結構與功能相適應的觀點。部分教學過程如下。

問題1：在已經(jīng)建構出DNA 雙鏈骨架（由磷酸和脫氧核糖交替排列而成）之后，堿基是在雙鏈內部還是外部？不同學生提出不同的主張。

尋找證據(jù)：（1）脫氧核糖和磷酸基團是親水的，堿基是疏水的；（2）DNA 分子周圍的環(huán)境為液體環(huán)境。

在學習生物膜的流動鑲嵌模型時，學生了解了磷脂雙分子層的結構：磷脂分子頭部親水尾部疏水，磷脂雙分子層由兩層頭部向外尾部向內的磷脂分子構成。結合現(xiàn)有關于脫氧核苷酸各部分結構親水性和疏水性的特點，分析證據(jù)與主張之間的關系，學生可得出結論：在DNA 雙螺旋結構模型中，堿基排布在雙鏈內部。

問題2：在討論DNA兩條鏈上的堿基是如何配對這個問題時，學生提出的主張有如下三種。

（1）相同的堿基配對（即A和A配對，以此類推）。

（2）嘌呤和嘌呤配對，嘧啶和嘧啶配對（即A和G配對、C和T配對）。

（3）嘌呤和嘧啶配對（即A 和T 配對或A和C配對，G和C配對或G和T配對）。

尋找證據(jù)：（1）電鏡下的檢測結果表明DNA的直徑約為2 nm。（2）由組成DNA的四種堿基的分子結構式（如圖5所示）可知，嘌呤分子由兩個環(huán)構成，嘧啶分子由一個環(huán)構成。兩個環(huán)的分子配對時的直徑比一個環(huán)的分子配對時的直徑長。（3）奧地利生物學家查哥夫對DNA 分子中四種堿基的量進行分析，結果表明腺嘌呤的量總是等于胸腺嘧啶的量，鳥嘌呤的量總是等于胞嘧啶的量。

圖5 組成DNA的四種堿基的分子結構式

學生分析證據(jù)進行辯駁（如圖6所示），從而否定主張（1）和主張（2），再對證據(jù)（3）進行分析，可以發(fā)現(xiàn)堿基配對的規(guī)律是A 與T 配對、G與C配對，由此得出堿基互補配對原則。

圖6 學生分析辯駁的過程

（三）應用實驗探究策略開展論證式教學

實驗探究是學生通過自主探究獲得結論的一種方法，不僅能促進學生科學思維的發(fā)展，還能培養(yǎng)學生的學習興趣，對學生科學探究等核心素養(yǎng)的提升都有促進作用［4］。

在學習“DNA 是主要的遺傳物質”內容時，學生對格里菲斯實驗中的第四組實驗“死亡小鼠體內為什么出現(xiàn)S 型活細菌”產(chǎn)生懷疑，并提出不同的主張，具體如下。

（1）死亡小鼠體內的S型菌是由R 型菌自發(fā)突變而來的。

（2）加熱致死的S型菌中存在某種物質導致R型菌轉化為S型菌。

（3）S型菌既有由R型菌突變而來的，也有由R型菌轉化而來的。

從這三種主張可以看出，學生對“S 型菌到底是由R型菌突變而來還是轉化而來”爭論不休，因此，教師可提供資料引導學生通過設計實驗去找尋問題的答案。

提供資料：根據(jù)S 型菌莢膜多糖的差異，將S型菌分為SⅠ、SⅡ、SⅢ等類型。同理，R型菌也可分為RⅠ、RⅡ、RⅢ等類型。（1）R型菌可突變成為S型菌，但不同類型的R型菌只能突變成為相應類型的S 型菌；S 型菌突變成為R型菌亦如此。（2）R 型菌可通過接受外源DNA轉化成為S 型菌，且由哪種類型的S 型菌提供DNA，R型菌就轉化為相應類型的S型菌；S型菌由于其莢膜阻止外源DNA 進入細胞，因此無法通過轉化成為R型菌。

學生設計實驗：將某種類型的S型菌的細胞破碎提取物與另外一種類型的R型菌混合，在培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，觀察培養(yǎng)基上子代細菌的類型。S 型菌來源的實驗設計及可能的實驗結果如圖7所示。

圖7 S型菌來源的實驗設計及可能的實驗結果

經(jīng)過討論辯駁，學生最后得出結論：死亡小鼠體內的S 型菌是由R 型菌轉化而來的。通過實驗探究找尋問題的答案，是訓練學生科學思維，幫助學生建構生物學概念的重要方法。在對“死亡小鼠體內為什么出現(xiàn)S型活細菌”的原因進行論證的過程中，學生雖然沒有動手實際操作，但通過對實驗的設計和分析，他們在思維層面進行了深層次的探究活動。通過實驗探究主動尋求答案，由實驗結果推測原因，這種教學策略能在培養(yǎng)學生科學探究能力的同時，促使學生對結論有更深刻的理解。

三、結語

論證式教學既是一種教學方法也是一種教學策略，其最終目的是讓學生掌握解決問題的思維和方法，培養(yǎng)學生利用資料進行推理和論證的能力，進而促進學生科學思維的發(fā)展。在論證過程中，學生不再是被動地接受知識，而是成為課堂的主體，積極參與尋找證據(jù)、進行討論、質疑和批判，最終建構出概念。論證式教學鼓勵學生質疑和批判，即在接受新知識的同時對已有知識進行審視和反思，這有助于培養(yǎng)學生的批判精神和獨立思考能力。此外，通過論證式教學培養(yǎng)學生的科學思維，不僅能使學生在課堂上學到足夠的知識和技能，也能使其在應對課堂之外的生活時更加游刃有余。