崔連新

（四川省成都市石室中學(xué) 四川成都 610041）

科學(xué)家通過(guò)科學(xué)論證的研究方法，不斷尋找科學(xué)事實(shí)和依據(jù)，應(yīng)用多種思維方法不斷論證，嘗試闡釋生命現(xiàn)象和生命規(guī)律，構(gòu)建了科學(xué)的知識(shí)體系?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）倡導(dǎo)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)議題。因此，在生物學(xué)概念教學(xué)中使用科學(xué)論證符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，有助于提升學(xué)生科學(xué)思維和生物學(xué)素養(yǎng)。

1 科學(xué)論證模型

1.1 圖爾敏的論證模型（TAP）

科學(xué)論證在科學(xué)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。教師必須將科學(xué)論證融入到學(xué)科教育中，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參與到科學(xué)論證中。為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)論證的教育價(jià)值，教育工作者設(shè)計(jì)了諸多的教學(xué)模式。目前在中學(xué)教育中，以圖爾敏論證模式（TAP）應(yīng)用最為廣泛，該模式包括6個(gè)要素：主張或聲明、資料和數(shù)據(jù)、理由或依據(jù)、支持、反駁和反例。該模式可簡(jiǎn)化為：首先分析資料得出主張，然后提供論據(jù)支持主張，再根據(jù)新的論據(jù)進(jìn)行質(zhì)疑和反駁，最后完善或認(rèn)可主張。

1.2 基于TAP的“染色體變異”論證模型

“染色體變異”是人教版高中生物學(xué)《必修2·遺傳與進(jìn)化》第五章第二節(jié)的內(nèi)容。學(xué)生學(xué)習(xí)了“基因突變”和“基因重組”，已經(jīng)從分子水平上認(rèn)識(shí)了可遺傳變異的原理。并且，學(xué)生掌握了有絲分裂與減數(shù)分裂有關(guān)染色體行為的知識(shí)，為理解染色體變異奠定了細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。但本節(jié)內(nèi)容涉及的生物學(xué)概念多且抽象，如“染色體組”是建構(gòu)“單倍體”“二倍體”“多倍體”的支點(diǎn)。為了突破“染色體組”這個(gè)教學(xué)重點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)果蠅減數(shù)分裂形成配子過(guò)程的模型，總結(jié)配子中的染色體組成，并結(jié)合蜜蜂孤雌生殖的資料，建構(gòu)“染色體組”的概念。為了使學(xué)生區(qū)別“交叉互換”與“易位”這兩個(gè)容易混淆的概念，教師利用模型模擬“交叉互換”的活動(dòng)，使學(xué)生猜測(cè)并利用模型演繹斷裂后的染色體片段還可能存在多種異常拼接的類型。在學(xué)生活動(dòng)完成后，教師提供發(fā)展史資料給予驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了概念的深度學(xué)習(xí)。這樣有助于提升學(xué)生的思維品質(zhì)。“猜想-論證”的概念學(xué)習(xí)模式有助于實(shí)現(xiàn)概念的深度建構(gòu)?；赥AP理論，設(shè)計(jì)了“染色體變異”的論證模型如圖1所示。

圖1 基于TAP的“染色體變異”的論證模型

2 基于科學(xué)論證模型的概念教學(xué)策略

2.1 設(shè)置情境提問(wèn)題，分析討論引主題

對(duì)于“染色體數(shù)目變異”的論證主題的引出，教師提供無(wú)子西瓜和正常西瓜的圖片并設(shè)置問(wèn)題：①正常西瓜與無(wú)子西瓜有什么區(qū)別？②正常西瓜有子的原理是什么？③無(wú)子西瓜無(wú)子的原因是什么？教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合減數(shù)分裂過(guò)程中染色體行為的變化，從精子或卵細(xì)胞的形成的角度進(jìn)行分析。學(xué)生分析討論找出原因后，提出了“在形成配子的過(guò)程中染色體的數(shù)目會(huì)發(fā)生改變”的論證主題。在減數(shù)分裂形成配子的過(guò)程中，基于四分體中的非姐妹染色體之間經(jīng)常發(fā)生“交叉互換”的生物學(xué)事實(shí)，教師提供科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)資料：在外因或者是內(nèi)因的作用下，染色體可能發(fā)生斷裂，斷裂后的染色體具有重新拼接的能力?；谑聦?shí)，結(jié)合資料，學(xué)生可以得出“斷裂后的染色體片段可出現(xiàn)異常拼接，造成染色體結(jié)構(gòu)的改變”的論證主題。

2.2 模型演繹推猜測(cè)，驗(yàn)證猜測(cè)得主張

教師提供果蠅的染色體模型，組織學(xué)生在KT版上模擬減數(shù)分裂形成配子的過(guò)程，結(jié)果如圖2所示。學(xué)生分析后可以歸納出染色體復(fù)制后的平均分配是染色體數(shù)目保證穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

圖2 果蠅“減數(shù)分裂”形成配子的模型

如果在分裂過(guò)程中，染色體異常分配，就可能導(dǎo)致子細(xì)胞中染色體數(shù)目異常。對(duì)于可能的異常情況，教師組織學(xué)生繼續(xù)利用模型，演繹染色體異常的配子的形成過(guò)程，學(xué)生建構(gòu)得到部分模型如圖3所示。模型建構(gòu)后，教師提供果蠅性染色異常的資料和蜂王減數(shù)分裂形成卵細(xì)胞的資料。基于模型和資料，學(xué)生可以形成主張：染色體的數(shù)目變異包括“染色體的非整倍性變異”和“染色體的整倍性變異”。“染色體的非整倍性變異”即“細(xì)胞內(nèi)個(gè)別染色體的增加或減少”，如染色體出現(xiàn)“三體”和“缺體”的現(xiàn)象。學(xué)生模型建構(gòu)配子中染色體的組成，并結(jié)合蜜蜂的孤雌生殖資料，可以建構(gòu)出染色體組的概念，“以染色體組為基礎(chǔ)成倍的增加或減少”，即為“染色體的整倍性變異”。

圖3 果蠅“減數(shù)分裂”染色體異常分配的模型

在減數(shù)分裂形成配子的過(guò)程中，染色體會(huì)出現(xiàn)斷裂，斷裂后的染色體片段會(huì)重新拼接，學(xué)生基于模型可演繹出染色體異常拼接的多種類型，如圖4所示。教師提供染色體變異中“缺失”“重復(fù)”“倒位”和“易位”的發(fā)現(xiàn)史料來(lái)供學(xué)生驗(yàn)證自己的猜測(cè)。學(xué)生基于證據(jù)可得出主張：染色體結(jié)構(gòu)改變引起的變異稱為染色體的結(jié)構(gòu)變異，染色體包括“缺失”“重復(fù)”“倒位”“易位”4種類型。

圖4 斷裂后的染色體片段可能的拼接類型

2.3 基于主張去質(zhì)疑，批判主張?jiān)偻晟?/h3>

基于主張，教師設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生批判性思考：①舉例說(shuō)明染色體變異對(duì)生物性狀造成的影響有哪些。②染色體變異影響生物性狀的機(jī)理是什么？③染色體變異對(duì)生物性狀的影響都是不利的嗎？④能否舉出染色體變異對(duì)生物具有積極影響的例子？學(xué)生結(jié)合教材，可以得出：染色體變異可以通過(guò)影響基因的數(shù)目或排列順序?qū)ι锏男誀钤斐捎绊?。并通過(guò)分析案例，發(fā)現(xiàn)染色體變異對(duì)生物的影響都是不利的，甚至?xí)斐缮矬w的死亡。對(duì)于③的質(zhì)疑，學(xué)生無(wú)法證明，此時(shí)教師提供性染色體（X染色體和Y染色體）的資料：X染色體和Y染色體的非同源區(qū)的形成與染色體的結(jié)構(gòu)變異有關(guān)。學(xué)生分析論證后，得出：性染色體的出現(xiàn)是性別分化的基礎(chǔ)，性別的出現(xiàn)在進(jìn)化上具有重要意義。對(duì)于“染色體數(shù)目變異”，教師提供三倍體無(wú)子西瓜的培育過(guò)程和六倍體小麥的形成過(guò)程的資料。學(xué)生論證得出：染色體數(shù)目變異在物種形成和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也具有積極的影響。并在質(zhì)疑論證的基礎(chǔ)上，完善主張：大多數(shù)染色體變異對(duì)生物體是不利的，有的甚至?xí)?dǎo)致生物體的死亡。但是，染色體變異也具有積極的影響，在生物的進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用。

2.4 認(rèn)可主張得結(jié)論，基于論證構(gòu)體系

學(xué)生基于論證主題的論證過(guò)程，也是對(duì)生物概念的深度建構(gòu)的過(guò)程，本節(jié)內(nèi)容學(xué)生基于“染色體變異”為主題的論證過(guò)程所建構(gòu)的生物學(xué)概念體系如圖5所示。學(xué)生演繹果蠅減數(shù)分裂形成配子的正常過(guò)程與異常過(guò)程，建構(gòu)了“染色體數(shù)目變異”的類型和“染色體組”“單倍體”“二倍體”“多倍體”等生物學(xué)概念；在“染色體結(jié)構(gòu)變異”的論證中，學(xué)生演繹了多種異常拼接的可能，包括“缺失”“重復(fù)”“倒位”“易位”等4種主要的類型。通過(guò)生物學(xué)事實(shí)、資料等論據(jù)，學(xué)生形成了“染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異都可能導(dǎo)致生物性狀的改變甚至是死亡”的結(jié)論。

圖5 “染色體變異”的概念體系

3 總結(jié)和反思

高中生物學(xué)具有事實(shí)性知識(shí)多、概念性知識(shí)較抽象、知識(shí)之間的邏輯性不緊密等特點(diǎn)。因此，在概念建構(gòu)中教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)論證，引導(dǎo)學(xué)生基于問(wèn)題提出猜想，提供資料供學(xué)生驗(yàn)證主張，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)主張進(jìn)一步的反駁和批判來(lái)完善主張，得出結(jié)論。學(xué)生在論證的過(guò)程中厘清了概念之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)概念的深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了科學(xué)思維，提升了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。