張 飛

(重慶市渝中區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院 重慶 400015)

1 科學(xué)思維與論證式教學(xué)策略

論證式教學(xué)實(shí)質(zhì)上是將科學(xué)領(lǐng)域論證工作方式引入課堂，使學(xué)生經(jīng)歷類似科學(xué)家的論證過(guò)程，以促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)，并發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)模式。本文主要參考自Toulmin的論證模式(圖略)，該模式包含5個(gè)環(huán)節(jié)： 從“資料1”分析得出“主張1”；提供“論據(jù)1”解釋支持主張1；提供“論據(jù)2”經(jīng)“質(zhì)疑和辯駁”后，修正或認(rèn)可主張1[1]。

“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一重要概念的得出，正是經(jīng)歷了“特定階段得出科學(xué)結(jié)論，后又受到質(zhì)疑，再次論證修改結(jié)論的循環(huán)論證過(guò)程”，與Toulmin論證模式非常契合。因此，本文圍繞以下“主張”采用論證式教學(xué)策略展開(kāi)教學(xué)： 蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)→DNA可能為遺傳物質(zhì)→DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)→DNA是主要遺傳物質(zhì)。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 導(dǎo)入新課，提出質(zhì)疑 具體如下：

資料1： 1926年，摩爾根在《基因論》中提出遺傳物質(zhì)“基因”位于染色體上。雖然當(dāng)時(shí)人們已知染色體是由DNA和蛋白質(zhì)組成，但人們普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)。資料1提出主張，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找支持該主張的論據(jù)。(論據(jù)： 蛋白質(zhì)是多種多樣的大分子物質(zhì)，可由不同的氨基酸組成，各種不同的氨基酸就是遺傳信息的貯存單位。)

資料2： 1929年，美國(guó)華裔化學(xué)家列文在生物體中發(fā)現(xiàn)了DNA，并推測(cè)DNA是由內(nèi)部順序固定的4種脫氧核苷酸縮合成的“四核苷酸”構(gòu)成的生物大分子[2]。通過(guò)資料2提供的新論據(jù)，學(xué)生用類比推理的科學(xué)思維歸納總結(jié)遺傳物質(zhì)的共性。同時(shí)，對(duì)“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”的主張?zhí)岢鲑|(zhì)疑，進(jìn)行辯駁，提出新的主張“DNA也可能為遺傳物質(zhì)”，該部分論證式教學(xué)流程歸納為圖1。

圖1 DNA是否是遺傳物質(zhì)論證式教學(xué)流程

過(guò)渡： 通過(guò)確鑿證據(jù)向遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)的觀點(diǎn)發(fā)起挑戰(zhàn)的人是美國(guó)科學(xué)家艾弗里。而艾弗里的實(shí)驗(yàn)又是在格里菲斯的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

2.2 DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索 具體探索過(guò)程如下：

2.2.1 肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 論證式教學(xué)過(guò)程如下：

論據(jù)： 自然界中，有兩種類型的肺炎雙球菌，一種為無(wú)莢膜的R型細(xì)菌，菌落小而粗糙；另一種為有莢膜的S型細(xì)菌，菌落大而光滑。1928年，格里菲斯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很奇怪的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，通過(guò)PPT展示高中生物學(xué)教材(必修2)中圖3-2。

科學(xué)分析： 圖3-2所展示的實(shí)驗(yàn)是否為對(duì)照實(shí)驗(yàn)？(是。)你能從中分析得出的結(jié)論是什么？(根據(jù)一、二對(duì)照可以得出S型細(xì)菌有毒性，R型細(xì)菌無(wú)毒性；一、三分組分析可以得出，加熱殺死的S型細(xì)菌中有一種特殊的物質(zhì)，能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為活的S型細(xì)菌，且轉(zhuǎn)化后可以遺傳。)

設(shè)計(jì)意圖： 使學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括，用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物。

提出主張： 加熱殺死的S型細(xì)菌中有一種“轉(zhuǎn)化因子”，能促使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌，而且轉(zhuǎn)化后可以遺傳。

學(xué)生提出質(zhì)疑：“轉(zhuǎn)化因子”的化學(xué)本質(zhì)是什么？

論據(jù)： 隨著分離提純技術(shù)的發(fā)展，1944年，美國(guó)細(xì)菌學(xué)家艾弗里和同事對(duì)S型細(xì)菌中DNA、蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)行提純和鑒定。然后，進(jìn)行肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有DNA能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率就越高。如果用DNA酶分解從S型細(xì)菌中提取的DNA，就不能使R型細(xì)菌發(fā)生轉(zhuǎn)化。

結(jié)論： DNA是肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化因子。

科學(xué)分析： 該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是什么？(把DNA與其他物質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)研究各自遺傳功能。)為什么上述實(shí)驗(yàn)中還要設(shè)置用DNA酶處理DNA？(驗(yàn)證某種物質(zhì)的功能思路是： 有因有果即加入該物質(zhì)產(chǎn)生效果；無(wú)因無(wú)果即不加該物質(zhì)沒(méi)有產(chǎn)生效果，才能說(shuō)明該物質(zhì)的功能。需要“一加”和“一減”驗(yàn)證，建立驗(yàn)證物質(zhì)功能的模型。)如何使支持“DNA是遺傳物質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)更加嚴(yán)謹(jǐn)？學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)(圖2)。

圖2 學(xué)生增加DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)意圖： 使學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用批判性思維、創(chuàng)造性思維，通過(guò)建模來(lái)探討生命現(xiàn)象。

提出主張：“轉(zhuǎn)化因子”的化學(xué)本質(zhì)是DNA， DNA是遺傳物質(zhì)，蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)。

學(xué)生提出質(zhì)疑：“轉(zhuǎn)化因子”可能不是DNA，而是由吸附在DNA上或與DNA密切結(jié)合在一起微量的其他物質(zhì)所造成的，檢測(cè)不出來(lái)。

2.2.2 噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn) 論證式教學(xué)過(guò)程如下：

論據(jù)： 1953年，赫爾希和蔡斯用32P或35S標(biāo)記的T2噬菌體分別感染未被同位素標(biāo)記的大腸桿菌后，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的溫育再用攪拌器攪拌(使吸附在細(xì)菌上的噬菌體與細(xì)菌分離)、離心(讓上清液中析出重量較輕的T2噬菌體顆粒，沉淀物中留下被感染的大腸桿菌)。離心后，檢查上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)： 用35S標(biāo)記的一組感染實(shí)驗(yàn)，放射性同位素主要分布在上清液中，用32P標(biāo)記的一組實(shí)驗(yàn)，放射性的同位素主要分布在試管的沉淀物中[2]。

科學(xué)分析： 選用噬菌體作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)是什么？(T2噬菌體只有蛋白質(zhì)外殼和內(nèi)部的DNA組成，方便研究DNA和蛋白質(zhì)的功能。同時(shí)，噬菌體的增殖速度較快，容易研究親代和子代之間的關(guān)系。)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是什么？(S是蛋白質(zhì)的特有元素，DNA分子中含有P而蛋白質(zhì)中幾乎不含有，用放射性同位素32P和35S分別標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)，單獨(dú)去觀察它們的作用。)為什么不用放射性同位素32P和35S同時(shí)標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)？(因?yàn)榉派湫詮?qiáng)度的檢測(cè)是通過(guò)蓋勒計(jì)數(shù)器檢測(cè)，它可以檢測(cè)和測(cè)量射線的強(qiáng)度，不能檢測(cè)是哪種元素發(fā)出的射線，要追蹤不同元素的路徑，必須分別標(biāo)記。)實(shí)驗(yàn)誤差是什么？試分析其原因？(誤差是離心后放射性同位素的分布情況，原因可能是溫育時(shí)間、攪拌和離心等因素造成的。)

設(shè)計(jì)意圖： 使學(xué)生能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、創(chuàng)造性思維、演繹與推理和批判性思維，探討、闡述生命現(xiàn)象。

提出主張： 噬菌體在細(xì)菌內(nèi)的增殖是在噬菌體DNA的作用下完成的。

學(xué)生提出質(zhì)疑： DNA是遺傳物質(zhì)嗎？如何才能充分證明DNA是遺傳物質(zhì)？

論據(jù)： 用35S標(biāo)記的一組感染實(shí)驗(yàn)，子代噬菌體幾乎都不含35S；用32P標(biāo)記的一組感染實(shí)驗(yàn)，約有30%的32P出現(xiàn)在子代噬菌體中。

科學(xué)分析： 在噬菌體中，親代和子代間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA，子代噬菌體的各種性狀是通過(guò)親代DNA傳給后代的。

提出主張： DNA是遺傳物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖： 學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)，有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，并運(yùn)用批判性思維解決問(wèn)題。

學(xué)生提出質(zhì)疑： 所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？

2.2.3 煙草花葉病毒感染煙草實(shí)驗(yàn) 論證式教學(xué)過(guò)程如下：

論據(jù)： 煙草花葉病毒(TMV)是由RNA和蛋白質(zhì)組成，科學(xué)家分別用TMV的RNA和蛋白質(zhì)去感染煙草，發(fā)現(xiàn)RNA感染可使煙草出現(xiàn)病斑，而蛋白質(zhì)感染不能使煙草葉片出現(xiàn)病斑。

科學(xué)分析： 用艾弗里的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，證明RNA是遺傳物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖： 使學(xué)生能運(yùn)用演繹推理、創(chuàng)造性思維等思維方法，認(rèn)識(shí)新事物、解決新問(wèn)題。

提出主張： RNA是某些生物的遺傳物質(zhì)。

主張修正為： 對(duì)于大多數(shù)生物來(lái)說(shuō)，遺傳物質(zhì)是DNA，而在只含有RNA和蛋白質(zhì)的病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。因此，DNA是主要遺傳物質(zhì)，該部分的論證式教學(xué)流程歸納為圖3。

圖3 DNA是主要遺傳物質(zhì)論證式教學(xué)流程