朱滿員

摘 ? ?要：《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確提出“在生物學課堂應用論證教學的策略培養(yǎng)學生科學思維”。所謂論證，就是運用論據證明觀點的邏輯過程和方式，其精髓是用證據支持觀點。在“細胞通過分裂增殖”一節(jié)的教學中，通過浸入式論證將論證整合到學生探尋科學規(guī)律的過程中，貫穿于提出問題、實驗探究、解釋現象、解讀資料等環(huán)節(jié)中，更能落實新課標提出的“生命觀念的教學需要落實在每一節(jié)課堂教學之中”這一理念，尤其是生物學科獨有的、最有價值的生命觀念“進化與適應觀”，從而培養(yǎng)學生的論證意識和科學思維的習慣。

關鍵詞：浸入式論證;“細胞通過分裂增殖”教學;教學設計

所謂論證，就是運用論據證明觀點的邏輯過程和方式。圖爾敏首次將論證引入科學教育領域，并提出著名的圖爾敏論證模型。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“《課標》”）中明確提出“在生物學課堂應用論證教學的策略培養(yǎng)學生科學思維”，但圖爾敏的論證模式對于高中的初學者來說過于復雜，故修改為圖爾敏的精簡模式（見表1），以凸顯論證的精髓——用證據支持觀點。

由表1可見，科學與非科學的論證，其區(qū)別不在于有無證據，而在于證據的合理性、相關性、可靠性，以及推理過程是否客觀并合乎邏輯，是否有條件與范圍的限定等。

基于論證的教學方式就是將科學論證方式引入課堂中，使學生有機會理解科學基礎元素和科學本質，它是培養(yǎng)學生科學思維的有效策略。下面以普通高中教科書《生物學》必修一《分子與細胞》最后一節(jié)中的“細胞通過分裂增殖”（第一課時）為例，探討如何將科學的論

證方式融入課堂教學活動中。

一、教材分析

《課標》將“內容聚焦大概念”列入生物學課程的基本理念。大概念是在若干重要概念的基礎上形成的，重要概念又是在次位概念的基礎上形成的，次位概念則由若干生物學事實性知識組成。必修一模塊包括兩個大概念：一是細胞是生物體結構與生命活動的基本單位;二是細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質，并通過分裂實現增殖。本節(jié)內容就屬于第二個大概念下的重要概念“細胞會經歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程”中的三個次位概念之一“描述細胞通過不同的方式進行分裂，其中有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性”[1]。對于構建生命觀來說，它是不可或缺的重要部分，也是讓學生理解生命層次性的重要切入點。

本節(jié)的教學內容有：

①活動：模擬探究細胞的大小與擴散作用的關系。②細胞的分裂經歷細胞周期?；顒樱褐谱骱陀^察根尖細胞有絲分裂臨時裝片，或觀察其永久裝片。③染色體在有絲分裂過程中呈規(guī)律性變化。④有絲分裂可保證細胞親子代間遺傳物質的穩(wěn)定性。⑤癌細胞可以無限制地分裂。

第一課時的教學涉及①②④部分的內容。

二、教學目標

通過本章的學習，讓學生認識到生物新個體的繁殖、生長、發(fā)育、衰老直至死亡等生命進程，是以細胞的生命歷程為基礎的;能解釋細胞的增殖、分化、衰老和死亡對生物個體生長、發(fā)育的意義;能運用實驗發(fā)展觀察能力和探究能力，運用推理與圖文模型發(fā)展高質量的思維范式和習慣，運用所學知識辨別與其相悖的錯誤思維和虛假宣傳，增強社會責任感，進而達成進化與適應的生命觀。具體如下：

1.簡述細胞的生長與增殖，發(fā)展科學思維。

2.通過分析細胞的有絲分裂并概述其過程，落實生命觀念、科學探究和科學思維。

3.通過舉例，分析概括細胞分化與細胞全能性的關系。

4.通比較細胞分化與癌變的區(qū)別，說明癌細胞的主要特征，討論惡性腫瘤的防治措施以及簡述細胞衰老、凋亡和人類健康的關系，形成生命觀念、社會責任感 。

三、教學過程

（一）引入

教師展示單細胞界的“巨無霸”——變形蟲吞噬草履蟲的動圖，請學生說說細胞大的好處。

【設計意圖】①從“大”的好處入手，反襯出細胞之所以小，必然有一個意想不到的巨大優(yōu)勢。②通過“大的好處多多，但細胞都很小”所造成的“認知沖突”，讓學生主動去探尋細胞小的緣由——激發(fā)學生的學習興趣與好奇心是課堂“引入”環(huán)節(jié)的應有之義。

（二）探究細胞小的優(yōu)勢

教師展示科學家的猜測：細胞小有利于細胞與外界的物質交換。

理由是：①細胞是個開放的系統，必定需要與外界進行物質交換，而物質交換必定是通過細胞的邊界——細胞膜進行的;②細胞越小，其相對表面積（即膜面積）就越大，物質交換的效率就越大。

證據一（數理推理）：若細胞近似于一個半徑為R的球體，則球的表面積S=4[πR2]，球的體積V=4[πR3/3]，球的相對表面積S/V=3/R。可見，R越小，球的相對表面積就越大。

證據二（學生實驗）：分別用邊長為1cm、2cm、3cm的加了酚酞的瓊脂塊模擬小、中、大細胞，并將瓊脂塊浸泡在0.1%的NaOH溶液中3分鐘。NaOH滲入瓊脂塊中遇酚酞呈紅色，由此可反映出物質交換的效率。最后在修正過的實驗數據記錄表中處理相關數據，得出結論。

【設計意圖】①基于論證式的教學理念，一個觀點的提出需要有理由、有證據。理由與證據的展示旨在讓學生初步體驗“論證過程”。②在教材中的實驗數據記錄表中增加一列即擴散效率（NaOH擴散體積/瓊脂塊體積），來反映物質的交換效率。因為NaOH溶液在大小不同的瓊脂塊中滲入的深度都是相同的，若只測量此深度，則無法體現出擴散效率與細胞大小的關系。③記錄表再增加一欄，假設瓊脂塊的邊長為a，NaOH擴散的深度為b，NaOH的擴散效率就等于1-（1-2b/a）3。如此改進，給學生提供了兩種推導路徑，既可以通過具體數據找到規(guī)律，也可以通過數學公式推出規(guī)律，而且后者得出的結論更具“普適性”。

教師展示論證的簡化模式圖（圖略）后提出問題：證明“細胞小有利于細胞與外界的物質交換”的論證過程嚴謹嗎？比照論證的簡化模式圖，在該論證活動中，哪個是觀點？哪些是支持理由的依據？哪些是支持觀點的證據？

學生比照模式圖進行復盤，歸類。

【設計意圖】①教師通過展示論證的簡化模式圖，讓學生明確“細胞小有利于細胞與外界的物質交換”是觀點，理由有兩個，依據和證據各一，并能區(qū)分說明理由的依據與支持觀點的證據。②通過上述的比對，培養(yǎng)學生科學論證的意識，或者在采納某觀點前要有質疑其理由是否合理、證據是否可靠的習慣。③可為后續(xù)學習薩頓的遺傳染色體學說，區(qū)分理由、證據與解釋作鋪墊。

教師再補充證據三（事實證據）：用繁殖周期作為反映物質交換與代謝效率的指標，來比較三種單細胞生物的大小與其物質交換代謝效率的相關性（如表2）。

【設計意圖】①通過補充事實證據來表明支持觀點的證據既可來自實驗（符合生物學科認同的研究方法），也可來自客觀的可驗證的科學事實。②希望學生能體悟到細胞既不能無限變大（因為繁殖、代謝會變慢），也不能太?。ó吘挂菁{那么多的細胞器），明確真核細胞的大小一般為10～30微米是進化中的最優(yōu)方案，落實進化的生命觀。

教師追問：都說魚與熊掌不能兼得，有沒有一種解決方案既能享受大細胞的好處，又能保留小細胞的優(yōu)勢？

【設計意圖】①再次制造認知沖突，提升學生的學習探究興趣。②自然而然地揭示出多細胞生物獨特的生存優(yōu)勢，而使之成為進化的“必然結果”。③滲透“進化與適應觀”，呈現生物的核心概念，有效落實生命觀念的教學。生命觀念中的“進化與適應觀”是生物學課程所特有的，學會用進化的觀點來解釋生命現象，是深度學習的重要標志。

（三）初識有絲分裂

由多細胞生物體內細胞的分類，引出體細胞的分裂方式是有絲分裂，而生殖細胞的分裂方式是減數分裂。教師再從“雞蛋中只能孵出小雞，人的細胞有絲分裂后產生的還是人的細胞”等科學事實中，讓學生思考并體悟有絲分裂的意義是保持親子代細胞遺傳物質的穩(wěn)定性，即親子代細胞中染色體的數目是恒定的。

設計任務：①認識染色體。教師先借助圖1中的甲圖，幫助學生厘清染色質、染色體、DNA三者的關系，為有絲分裂的學習作鋪墊。②再引導學生將具象的染色質抽象出簡化的染色體示意圖。

【設計意圖】圖1中的甲圖是具象的染色體構成示意圖，展現了從DNA到染色體的眾多細節(jié)。但新課程的教學理念是要淡化細枝末節(jié)的內容，強調對重要概念的理解。所以，甲圖雖具體，但不會出現在作業(yè)或考試中，而丙圖才是最常見的表示染色體的方法，并要求學生掌握該染色體中只含一個DNA分子?？墒菍W生不易將丙圖與甲圖聯系起來，現通過乙圖作為“中介”：先將甲圖抹去許多細節(jié)只留下要掌握的內容，抽象成乙圖，再由乙圖抽象成丙圖。這樣，學生對染色體與DNA以及DNA數量就會有更深刻的理解。

（四）認識細胞周期

當學生理解了簡化的染色體后，教師再畫一個有4條染色體的體細胞。讓學生思考，如果此細胞有絲分裂后產生了兩個子細胞，由有絲分裂的存在意義可知，每個子細胞也必然含有4條染色體。請推測，在黑框處（如圖2）必然發(fā)生了什么？并說明推理的理由。

【設計意圖】①引導學生比較黑框輸入信息與輸出信息的區(qū)別，通過逆向思維推測出不管具體過程如何，細胞必定做了兩件事：染色體的復制與染色體的平均分配，這即為觀點。②學會從進化的視角去尋找解釋觀點的理由：這是保證親子代細胞染色體數目、形態(tài)一致的唯一機制，也是億萬年 “優(yōu)勝劣汰”進化長河中勝出的最優(yōu)機制。只有如此，不僅能保證分裂前后親子代細胞遺傳信息的一致性，還能使兩個子細胞可以周而復始地繼續(xù)分裂。由此進入細胞周期的教學，更符合教材的編排序列，也能減少學生的混亂感。

教師追問：支持理由的依據可以基于常識，但還缺乏支持上述觀點的證據，證據在哪里呢？

接著，教師展示一張熒光標記的動物細胞有絲分裂動圖以及洋蔥根尖分生區(qū)細胞有絲分裂的顯微照片，作為最直觀的實驗證據展現有絲分裂過程中染色體的周期性變化。然后，再根據染色體的周期性引出細胞周期示意圖（圖略）及相關概念。

【設計意圖】①再次利用“觀點、理由、證據”的論證模式來組織教學，讓學生始終浸潤在“觀點需要證據支持”的論證氛圍中。②人的理解過程并非一蹴而就的，將染色體的周期性變化與教材中的周期圖有機地結合起來，有助于學生理解細胞周期的概念和本質。

（五）小結

教師可以自行小結，也可請學生回顧本節(jié)課的學習收獲。

四、教學反思

反思整節(jié)課的教學過程，有以下兩個亮點。

（一）浸入式論證的整合

論證式教學將科學的論證引入課堂，是一種促進學生思維發(fā)展的有效教學模式。根據將論證融入課堂的形式，可以將論證教學分為浸入式論證教學、結構式論證教學和社會科學式論證教學[2]。結構式論證教學強調論證結構的規(guī)范與完整，并要求學生能應用到各種解釋性的實踐活動中。社會科學式論證教學不要求學生理解科學規(guī)律，強調的是社會背景在科學教學中的影響與相互作用。而浸入式論證教學是將論證整合到學生探尋科學規(guī)律的過程中，貫穿于提出問題、實驗探究、解釋現象、解讀資料等環(huán)節(jié)中，它更注重論據的合理性、相關性和可靠性。浸入式論證更能完整地展現生物學科的科學本質，更符合《課標》的要求。本課時的論證策略就采用了浸入式論證教學的方式，在“探究細胞小的優(yōu)勢”和“認識細胞周期”等教學環(huán)節(jié)中都有論證推理的應用。尤其是“探究細胞小的優(yōu)勢”這一環(huán)節(jié)，完整地展示了科學論證的四要素——觀點、理由、證據與推理。而且教材中只為“細胞越小，物質交換效率越高”的觀點提供了一個模擬實驗的證據，教師則補充了支持理由的依據和支持觀點的事實證據，讓論證的證據鏈更合理、可靠、完備。同時，教師也完善了實驗中的數據記錄表，提升了實驗證據的相關性。

（二）進化生命觀的滲透

新課程提出“生命觀念的教學需要落實在每一節(jié)課堂教學之中”。有的教師認為只要涉及細胞，就是落實生命觀了，但這樣的落實“門檻”太低。生物學科獨有的、最有價值的生命觀念，便是“進化與適應觀”。著名的生物學家杜布贊斯基說：“若無進化之光，生物學毫無道理?！北竟?jié)課從“細胞小的優(yōu)勢”到“多細胞生物的產生”再到“細胞周期”，都有進化觀點的滲透，讓學生學會運用進化論的觀點解釋生命現象，這不僅是科學思維、深度學習的重要體現，也是一種思維方式的重大轉變。

參考文獻：

[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：41-63.

[2] 何嘉媛，劉恩山.論證式教學策略的發(fā)展及其在理科教學中的作用[J].生物學通報，2012（5）：33.