指向科學思維發展的論證式教學實踐
——以“DNA 是主要的遺傳物質”教學為例

莊蓉

（福州延安中學，福建 福州 350001）

《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（下文簡稱課程標準）明確要求通過高中生物學課程學習，引導學生形成應用科學思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力，發展科學思維素養。［1］［2］傳統的講授式課堂教學多是讓學生“死記硬背”科學探究過程、方法及結論，無法有效外顯科學思維過程。筆者嘗試應用高中生物學課程豐富的生物科學史資源，以論證式教學策略展現生物科學論證過程，引導學生開展批判性論證，深化師生之間、生生之間的思維交互，促進學生體驗邏輯思維過程，學習科學論證方法，提高論證能力。

一、論證式教學概述

2011 年，美國頒布《K-12 科學教育框架》，將培養學生“論證能力”作為科學教育的新目標，認為論證是重要的科學語言，有助于學生建構科學知識。［3］2020年修訂的高中生物學課程標準也明確要求學生能夠正確應用科學思維方法審視或論證生物學社會議題。［1］

論證式教學是引導學生模擬科學家科學論證過程，批判性地分析與選擇觀點，支持與辯駁、補充與完善論據，歸納總結科學結論或主張，體驗與學習科學論證的批判性思維過程與方法。論證式教學的關鍵是解釋論據與論點之間的聯系及其支撐點。通過論證式教學，促進學生建立、理解與應用生物學知識，深刻理解科學本質，提高科學思維能力與科學探究能力。同時，彰顯高中生物學課程的理科屬性，促進科學思維培養的外顯化與有效化。

二、例析論證式教學策略

本文以新課程人教版高中教科書《生物學·必修2·遺傳與進化》第3 章“基因的本質”第1 節“DNA 是主要的遺傳物質”教學為例，探討高中生物學論證式教學策略。

（一）設計思路與教學目標

1.教學設計思路。根據課程標準有關“DNA 是主要的遺傳物質”教學要求及學業要求，促進學生能基于科學事實與證據，合理應用批判性思維，科學論證為什么早期科學家們更傾向蛋白質是遺傳物質、為什么蛋白質不能作為遺傳物質等原因性問題，以及為什么DNA 是主要的遺傳物質、遺傳物質的本質屬性是什么、社會、科學與技術關系等本質性問題。

本節教學擬設計以復習基因、染色體等相關背景知識，導出本節中心論題。同時，充分應用有關遺傳物質研究史資料作為論證式教學的論據，引導學生討論、分析三個遺傳物質研究經典實驗過程與方法，幫助學生嘗試應用批判性思維選擇主張或論題，應用辯證思維、設計實驗、演繹推理等多元化論證方式，進行質疑與辯駁，體驗DNA 是主要的遺傳物質的科學論證過程，建立對遺傳物質本質的科學判斷，逐步建立結構與功能相適應及信息觀等生命觀念，并遷移應用解決實際問題，深化對DNA 分子所具有的遺傳物質特征的認識，發展批判性思維能力、科學論證能力及問題解決能力。

2.教學目標。根據課程標準有關內容要求、教學提示及學業要求，結合具體教學內容、學情與教學條件等，制定“DNA 是主要的遺傳物質”教學目標：（1）通過體驗科學家探索遺傳物質的論證過程，學會評價資料、辯證分析論據與論點關系；建立與理解有關遺傳物質的本質等重要生物學概念。（2）通過批判性的論證演繹過程，認同DNA 作為遺傳物質的特點及原因，形成結構與功能觀和信息觀等生命觀念。（3）學會“假說—演繹”等科學思維方法，能基于論據論證支持自我觀點，發展邏輯思維及批判性思維，提高論證能力。（4）認同生物進化的思想，肯定技術更新對科學發展、社會進步的價值。

（二）論證式教學過程

1.創設學習情境，提出中心論題。引導學生復習遺傳因子的發現、染色體的本質、基因與染色體關系等的科學史。如指導學生復習孟德爾豌豆雜交實驗、摩爾根果蠅雜交實驗、布里吉斯（Bridges）實驗及福爾根（Feulgen）實驗等實驗結論，并提出中心論題：DNA與蛋白質，誰才是遺傳物質？

2.論證“蛋白質是遺傳物質”。引導學生辯證地分析正、反兩方面方論據。正方論據是：氨基酸的特點與多樣性原因；肽鏈的空間結構也有極大的多樣性。于生命體而言，蛋白質是必不可少，遺傳物質也很重要，二者具有相似點。反方論據是：科學家當時不知道蛋白質是如何自我復制的。蛋白質結構等易受溫度、PH 等外界條件影響，與遺傳物質穩定的特性相悖。得出階段性結論：“20 世紀初，科學家的觀點聚焦于蛋白質是遺傳物質。”學生進一步提出新問題：為何當時有關DNA 研究成果無法讓科學家質疑“蛋白質是遺傳物質”的觀點？教師提供有關DNA 研究史料（表1），［4］啟發學生思考與討論，構建批判性論證框架。

表1 有關DNA 研究資料

學生論證分析其中原因是早期科學研究認為DNA 是“小分子物質”，且四種核苷酸等量、排列組合固定，不可能儲存大量遺傳信息。學生相互質疑，得出結論：由于錯誤的DNA 研究結論，使得當時大部分科學家傾向“蛋白質是遺傳物質”的觀點。

3.論證DNA 是遺傳物質。（1）以格里菲斯實驗為證據，論證“蛋白質不是遺傳物質”。首先，補充有關肺炎雙球菌多種血清類型資料，如S 型細菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ……等多種血清類型。S 型細菌既能突變成相應的R 型細菌，又能發生回復突變生成對應的SⅠ、SⅡ、SⅢ……等細菌。［5］并應用格里菲斯體內轉化實驗示意圖詳細介紹實驗過程（圖1）。

圖1

接著，創設問題情境：第四組的小鼠為什么會死亡？從小鼠尸體中分離的SⅢ型活菌從哪來的？引導學生各抒己見。例如，學生提出“SⅢ型細菌在高溫下沒有完全死亡”“R 型細菌回復突變成相應的S 型活菌”“SⅢ型死菌中某種物質使RⅡ型細菌轉化成S 型細菌”等觀點。啟發學生嘗試對不同觀點進行質疑與辯駁，得出從小鼠尸體中分離得到SⅢ型活菌，說明RⅡ型細菌轉化為SⅢ型細菌的過程是可遺傳的。進一步完善結論：無毒的RⅡ型活菌最終轉化成了有毒的SⅢ型活菌，轉化因子是來自高溫殺死的SⅢ型死菌。由此否定“蛋白質是遺傳物質”的觀點。

（2）以艾弗里實驗為證據，論證DNA 是轉化因子。創設問題情境：如何證明轉化因子的本質。提供艾弗里對轉化因子的實驗論證資料（表2），指導學生體驗科學論證過程，學習科學論證方法。

表2 艾弗里對轉化因子的實驗論證

進一步指導學生設計實驗方案質疑艾弗里實驗結論，論證DNA 不僅具有控制細菌莢膜的形成效應，而且DNA 是遺傳物質（圖2）。

圖2

（3）以赫爾希與蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗為證據，論證DNA 是主要的遺傳物質。指導學生比較分析赫爾希、蔡斯的噬菌體侵染細菌實驗與艾弗里實驗，“在證明DNA 是遺傳物質的問題上，哪一個實驗更具有說服力呢？原因是什么？”并強調赫爾希與蔡斯使用的放射性同位素標記技術的重要作用，能有效分離蛋白質與DNA，有助于深入研究其各自功能。通過比較分析與論證，學生得出結論：噬菌體侵染細菌實驗證明噬菌體的DNA 進入大腸桿菌體內指導自身增殖，DNA 是噬菌體的遺傳物質。并指導學生分析有關實例，完善結論：DNA 是主要的遺傳物質。促進學生學習收集論據、分析論據與論點之間的邏輯關系、質疑與辯護等科學論證方法，明確科學技術對科學發展的重要貢獻，養成科學論證探究的習慣。

（三）論證式教學反思

“DNA 是主要的遺傳物質”教學以生物科學史為線索，以生物的遺傳物質是什么為核心問題，引導學生體驗收集論據——批判性地分析、解釋、質疑與辯駁——歸納完善科學結論等科學論證過程與方法，促進學生正確把握論據和論點之間的邏輯關系，在習得生物學重要概念“親代傳遞給子代的遺傳物質主要編碼在DNA 分子上”的同時，提高批判性思維能力與科學論證能力。

三、結論

論證式教學使得內隱的思維外顯，不僅能有效提高學生的課堂參與度，還能充分開發學生的深度學習潛能，提高學生對“原因性問題”及“本質性問題”的邏輯推理能力及語言表達能力。［6］為了更好地體現論證式教學的教育價值，教師應認真學習、領悟有關課程改革政策精神與課程文件要求，根據具體教學內容與學情，設計與實施論證式教學，促進學生發展生物學學科核心素養。