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论证式教学在“DNA是主要的遗传物质”一节中的简单尝试

  中图分类号 G633.91 文献标志码 B
  文件编号: 1003 - 7586(2016)06 - 0022 - 03
  一直以来,课堂教学以讲授式为主向学生传递知识,《普通高中课程标准(实验)》虽然大大增加了学生的动手实验内容和科学探究活动的比例,但也仅限于学生动手操作和观察机会的增加。许多学校在现有的高考模式下,对于科学活动都不重视。专家认为理科教学不仅要强调学生的解题能力,还要重视培养学生的科学思维方式,将所学内容运用到生活实际以及做出正确决策的能力。
  所谓论证式教学是将论证活动引入课堂,让学生经历类似科学家的评价资料、提出主张、为主张进行辩驳等过程,从而培养学生科学思维方式的教学模式。在课堂进行论证式教学,是为了让学生体会知识形成的历程。如同科学家一样,每个人都可以提出自己的想法,所提的想法必须经由不同的质疑和评价,其理论以及论据必须合理和可信。在课堂上让学生经历这样的过程,学生可以体会、认识知识产生的过程及科学知识的本质,逼近科学的核心。
  论证式教学策略是20世纪90年代提出来的。论证式教学实质上是将科学研究领域的论证引入课堂,使学生经历类似科学家的论证过程,理解科学概念和科学本质并促进思维发展的教学模式。从当前的研究来看,图尔敏论证模式(简称TAP模式)符合人类的“理性过程”,在科学教育中的应用较广泛。这个模式包含6个功能要素结构:主张,言谈者的断言或断定,寻求确立的东西;数据,言谈者为自己提出的主张的根据或基础所寻求的信息;凭证,提供能赋予该“资料”的事实,具有导出“主张结论”的资格;支持,对凭证的权威性支援,如科学规律等;限定词,有些情形则必附加一定的条件或限制;反驳,承认某些反对论证的异议的存在,称为例外情况。
  “DNA是主要的遗传物质”主要讲述了DNA是遗传物质的直接证据,以这一节为例阐述论证式教学的一些简单运用,说明从“数据”得出“主张”,再使“主张”得到“支持”的教学过程,示范论证式教学策略在生物教学中的应用。
  “DNA是主要的遗传物质”这节课中,教材以“遗传物质的探索历程”为视角,从分子水平上进一步阐明了遗传的物质基础和作用原理,通过一些实验证据,最终证明DNA是遗传物质。由于DNA的转化等实验是在特定实验室条件下进行的,学生无法亲自操作,缺乏具体认识。因此,在教学过程中,需要教师形象直观地介绍实验操作步骤、实验的具体背景。教师可利用插图、挂图、课件等演示实验,让学生体验参与实验的过程。教学过程要结合教材内容,对旁侧栏的问题加以利用,渗透结论是在大量实验数据的基础上得到的观点。本节实验内容较为抽象,上课时使用多媒体辅助教学,化静为动,化抽象为具体,帮助完成教学任务。
  1 对遗传物质的早期推测
  1.1 教师提供一些关于遗传物质的早期的研究成果
  20世纪20年代:人们认识到蛋白质是由多种氨基酸连接而成的大分子,氨基酸多种多样的排列顺序,可能蕴含着遗传信息。20世纪30年代:人们认识到DNA是由许多脱氧核苷酸聚合而成的生物大分子,组成DNA分子的脱氧核苷酸有四种,每一种有一个特定的碱基。孟德尔提出了遗传因子,摩尔根证明了基因在染色体上,有科学家发现染色体主要组成成分是蛋白质和DNA。
  1.2 设置问题,得到主张
  教师提出问题:遗传物质是染色体、蛋白质还是DNA?
  学生分组讨论、分析与回答。
  教师分析:由于对DNA分子的结构没有清晰的了解,认为蛋白质是遗传物质的观点仍占主导;但随着科学技术的发展,对DNA的结构认识也越来越多,也有人认为DNA是遗传物质。
  师生得出主张:DNA是遗传物质。
  1.3 鼓励反驳,提供更多的支持来证明主张
  学生反驳:以前的科学家大多认为蛋白质是遗传物质,现在说DNA是遗传物质,我们不怎么能接受。
  1.4 引导分析
  教师:我们再来看一下20年代末期一些科学家的实验,从他们的实验中,能找到什么证据呢?
  2 肺炎双球菌的转化实验
  2.1 展示肺炎双球菌的转化实验
  教师:S型细菌使小鼠死亡,R型不能使小鼠死亡,但是第四组小鼠也死亡了。第四组中加热杀死的S型和R型也能使小鼠死亡。
  2.2 学生反驳,解释
  教师学生质疑:第四组小鼠为什么会死亡呢?
  分析解释:由于体内活S型细菌的作用。
  2.3 设置问题,提出主张
  教师提出问题:第四组中的活S型细菌是怎么来的呢?
  学生讨论、分析与回答。
  教师分析:活的R型细菌变成了活的S型细菌,S型菌内存在某种促成这一转化的活性物质―“转化因子”。
  2.4 得到主张:转化因子是DNA
  学生反驳:S型菌内有转化因子,但不一定是DNA,还有蛋白质呢?
  2.5 论据支持
  教师再提供艾弗里的实验:分别用R型细菌和S型细菌的蛋白质、多糖、DNA和DNA及DNA酶混合,最后发现只有DNA那一组长出了S型细菌。此实验的关键是:设法将DNA和蛋白质等物质分开,以便单独、直接地去观察它们各自的作用。
  3 噬菌体侵染细菌的实验
  (1) 教师展示一段文字:据报道,艾弗里的实验引起了人们的注意,但是,艾弗里试验中提取的DNA,纯度最高时还有0.02%的蛋白质。   (2) 学生反驳,解释。
  学生质疑:艾弗里的实验结果准确吗,我还是觉得蛋白质是遗传物质。
  教师解释:由于提纯的DNA中蛋白质含量已经很少了,可以忽略,而且,刚刚艾费里的实验已经用DNA酶做了对照,基本上可以确定DNA是遗传物质了。
  (3) 教师再提供更加有力的实验。
  材料背景:1952年赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记法,利用大肠杆菌为宿主细胞,完成了一个更具说服力的实验。
  ① 问题设置,提出主张。
  教师提出问题:同位素标记为什么用S跟P,而不用其他元素?
  教师分析:在T2噬菌体的化学组成中,60%是蛋白质,40%是DNA。对这两种物质分析表明,仅蛋白质分子中含有硫,磷几乎都存在于DNA分子中。用它们分别标记可以将DNA和蛋白质等物质区分开,以便单独、直接地去观察它们各自的作用。
  ② 得到主张:DNA是遗传物质。
  ③ 论据支持:
  赫尔希和蔡斯的实验表明,噬菌体侵染细菌时,DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。因此,子代噬菌体的各种性状,是通过亲代DNA遗传的。DNA才是真正的遗传物质。
  4 DNA是主要的遗传物质
  (1) 由前面的肺炎双球菌、噬菌体的遗传物质是DNA,人、动植物等的遗传物质都是DNA。
  (2) 设置问题,得到主张。
  教师提出问题:生物的遗传物质都是DNA吗?
  学生分组讨论、分析与回答。
  (3) 学生反驳。
  教师提出问题:以前在讲病毒时,提到艾滋病病毒没有DNA,那么它的遗传物质怎么也是DNA呢?
  教师分析:投影并讲述,展示几种常见的RNA病毒,由于这些病毒只由RNA和蛋白质构成,所以这类病毒的遗传物质是RNA而不是DNA。
  (4) 学生得到主张:DNA是主要的遗传物质。
  (5) 教师鼓励学生再反驳。
  学生:DNA是主要的遗传物质还是不怎么让我信服。
  教师再呈现一些资料,让学生看到很多生物的遗传物质是DNA,包括真核生物和原核生物,然后总结:核酸是一切生物的遗传物质;具有细胞结构的生物和大多数病毒的遗传物质是DNA,少数RNA病毒的遗传物质是RNA,即DNA是主要的遗传物质。
  最后,教师总结本节课:这节课选取了20世纪最经典的证明DNA是遗传物质的实验,这些也是在当时最具影响力的实验。在实验过程中不断质疑、论证和反驳,使学生认识到科学探究是一个不断深化和不断完善的过程。从1928年格里菲斯的肺炎双球菌转化实验,到1944年艾弗里的实验,再到1952年赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验,前后经历24年,人们才确信DNA是遗传物质。为什么要经历这么长时间的探索?除了受到当时科学发展水平的限制之外,科学探索过程是一个不断论证的过程,我们要在今后的学习中学会用论证思维去看问题,去解决问题。
  论证式教学要注重“支持”,对凭证的权威性支援是一种充满“理性”的教学方式。在论证式教学中的质疑与反驳,论证双方的较量,凭借的都是确凿的凭证。通过对论据的质疑和反驳,将推理的逻辑性和严密性推向极至。因此,推广论证式教学策略,并进一步在实践中加以运用,在培养学生的科学素养上有着不可取代的作用:培养了学生的批判思维,挖掘了学生的多重潜能,让学生逐渐在科学实验中要保持严谨与客观,使学生对科学的认知进一步提高。在新的课程背景下如何灵活运用论证式教学,给教师提出了新的要求,也带来了新的机遇和挑战。

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