周芳 榮瑩

（無錫市第一女子中學(xué) 江蘇無錫 214000）

1 科學(xué)論證與科學(xué)思維

2013年，美國新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）強(qiáng)調(diào)科學(xué)論證在科學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)課堂之間建立起了一個橋梁，通過參與基于證據(jù)的科學(xué)論證構(gòu)建某種解釋，能夠幫助學(xué)生理解證據(jù)和明確推理過程?？茖W(xué)論證充分體現(xiàn)了科學(xué)思維的特征。如果學(xué)生要理解科學(xué)，發(fā)展科學(xué)思維的能力，教師必須將要論證的實(shí)踐活動引入課堂。如何在課堂上有效的實(shí)施論證式教學(xué)策略，成為了目前科學(xué)教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

“細(xì)胞核是細(xì)胞的‘控制中心’”，這一重要概念的得出，正是經(jīng)歷了“共同體圍繞某一論題，利用科學(xué)的方法收集證據(jù)，運(yùn)用一定的論證方式解釋、評價(jià)自己及他人證據(jù)與觀點(diǎn)之間的相關(guān)性，促進(jìn)思維的共享與交鋒，最終達(dá)成較為可接受結(jié)論”。因此，下面基于圖爾敏論證模式展開教學(xué)，學(xué)生根據(jù)資料，結(jié)合已有知識，深入剖析事實(shí)，提出相應(yīng)的觀點(diǎn)或主張；依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或知識，提出質(zhì)疑；再根據(jù)教師提供的證據(jù)、資料或?qū)W生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析辯駁，從而完善或認(rèn)可主張（圖1）。

圖1 論證式教學(xué)流程

2 問題解決

問題解決是由一定情境引起的，按照一定的目標(biāo)，應(yīng)用各種認(rèn)知活動、技能等，經(jīng)過一系列思維操作，使問題得以解決的過程。在教學(xué)上，問題解決就是師生基于真實(shí)問題解決方案、共同理解任務(wù)、交流觀念和思想，實(shí)現(xiàn)由當(dāng)前目標(biāo)狀態(tài)到預(yù)期目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的探究活動。在“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”教學(xué)中，教師要圍繞“結(jié)構(gòu)”和“功能”兩大主題——結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，功能是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，有效地引出細(xì)胞核功能及結(jié)構(gòu)，并且讓學(xué)生深刻理解之間的邏輯關(guān)系也是本堂課的重點(diǎn)。因此，筆者以“細(xì)胞的控制中心是什么？→細(xì)胞核可能是細(xì)胞的控制中心→細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心→細(xì)胞核為什么是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”為順序，架構(gòu)課堂脈絡(luò)，不僅解決“是什么”，更進(jìn)一步地讓學(xué)生知道“為什么”，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引出問題

教師創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考：生物鐘是生物體生命活動的內(nèi)在節(jié)律，與人體健康息息相關(guān)，美國遺傳學(xué)家杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴殊，以及邁克爾·楊深入鉆研生物鐘機(jī)理，并獲得2017年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。他們發(fā)現(xiàn)在夜晚周期蛋白（Per蛋白）在果蠅體內(nèi)積累，到了白天又會被分解，以24 h為周期增加和減少，與晝夜節(jié)律驚人地一致。那么細(xì)胞內(nèi)是什么結(jié)構(gòu)在調(diào)控蛋白質(zhì)周期性的變化？細(xì)胞的控制中心是什么？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對于細(xì)胞核并不陌生，在初高中課堂上已多次接觸，缺乏新鮮感。因此，教師設(shè)計(jì)導(dǎo)入情境，既有高科技元素，又與生活、健康密切相關(guān)，舊酒裝新瓶，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的生活觀念。

3.2 基于證據(jù)，解決問題

3.2.1 細(xì)胞核可能是細(xì)胞的控制中心

教師展示肌細(xì)胞、變形蟲、受精卵等不同真核細(xì)胞圖片。學(xué)生分析資料，得出：真核細(xì)胞具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核。并根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)，提出假說：細(xì)胞核可能是細(xì)胞的控制中心。學(xué)生提出質(zhì)疑：哺乳動物成熟的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核。另有學(xué)生辯駁：人體紅細(xì)胞壽命較短，大約只有120 d。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：“真核細(xì)胞中絕大部分細(xì)胞存在細(xì)胞核，少數(shù)沒有細(xì)胞核的細(xì)胞壽命短，不能長時(shí)間存活，說明了什么？”學(xué)生通過辨析，得出主張：細(xì)胞的控制中心可能是細(xì)胞核。該過程如圖2所示。

圖2 “細(xì)胞核可能是細(xì)胞的控制中心”論證式教學(xué)流程

設(shè)計(jì)意圖：課堂教學(xué)要遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，始于學(xué)情，高于學(xué)情。在此之前，學(xué)生已有用光學(xué)顯微鏡觀察各種各樣細(xì)胞的經(jīng)驗(yàn)，對細(xì)胞結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，分析推理細(xì)胞的控制中心，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力，使學(xué)生初步感悟結(jié)構(gòu)與功能觀；并且也讓學(xué)生初步接觸論證式教學(xué)，為接下來的學(xué)習(xí)作鋪墊。

3.2.2 細(xì)胞核是細(xì)胞遺傳和代謝的控制中心

3.2.2.1 變形蟲實(shí)驗(yàn)

教師提供資料：科學(xué)家將變形蟲切成兩半，一半有核，一半無核。無核的一半雖然仍能消化已經(jīng)吞噬的食物，但不能攝取食物，對外界刺激不再發(fā)生反應(yīng)。有核的一半情況則大不相同，照樣攝食，對刺激仍有反應(yīng)，失去的伸縮泡可以再生，還能生長和分裂。學(xué)生分析資料，得出主張：主張變形蟲的生命活動與細(xì)胞核有關(guān)。并提出質(zhì)疑：變形蟲切割過程中容易造成機(jī)械損傷，也會導(dǎo)致變形蟲的死亡？學(xué)生分小組討論，得出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行辯駁思路：①降低實(shí)驗(yàn)中機(jī)械損傷的強(qiáng)度；②將變形蟲無核部分重新植入細(xì)胞核，觀察變形蟲生命狀態(tài)。教師展示資料：科學(xué)家在上述無核的一半變形蟲內(nèi)及時(shí)植入另一個同種變形蟲的細(xì)胞核，各種生命活動又會恢復(fù)。學(xué)生完善主張：變形蟲的生命活動離不開細(xì)胞核。該過程如圖3所示。

圖3 “變形蟲的生命活動離不開細(xì)胞核”論證式教學(xué)流程

設(shè)計(jì)意圖：教師從結(jié)構(gòu)到功能，以單細(xì)胞生物變形蟲的切割實(shí)驗(yàn)為例，引導(dǎo)學(xué)生論證細(xì)胞的控制中心可能與細(xì)胞核有關(guān)。資料中的實(shí)驗(yàn)對象簡單，實(shí)驗(yàn)步驟操作方便，學(xué)生易于理解，因此教師調(diào)整教材給定的資料順序，符合學(xué)生的認(rèn)知水平，也符合課堂從易到難的教學(xué)策略。

3.2.2.2 蠑螈受精卵縊裂實(shí)驗(yàn)

教師提供資料：科學(xué)家用頭發(fā)將蠑螈的受精卵橫縊為有核和無核的兩半，中間只有很少的細(xì)胞質(zhì)相連。結(jié)果，有核的一半能分裂，無核的一半停止分裂。當(dāng)有核的一半分裂到16～32個細(xì)胞時(shí)，將一個細(xì)胞核擠到無核的一半，這一半也會開始分裂。最后，兩半都能發(fā)育成正常的胚胎，只是原來無核的一半發(fā)育的慢一些。并提出問題：該實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？該實(shí)驗(yàn)?zāi)男┑胤襟w現(xiàn)了對照原則？學(xué)生討論，得出主張：細(xì)胞的分裂、分化與細(xì)胞核有關(guān)，有核才能分裂、分化成正常胚胎。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過文字的閱讀分析、比較總結(jié)，提高了信息轉(zhuǎn)化能力和語言表達(dá)能力；并且以多細(xì)胞生物為例，進(jìn)一步論證細(xì)胞核的功能。

3.2.2.3 傘藻實(shí)驗(yàn)

教師介紹傘藻（一種單細(xì)胞生物）相關(guān)資料，強(qiáng)調(diào)傘藻的結(jié)構(gòu)（由假根、柄、頂帽）、再生能力強(qiáng)（如果把頂帽除去，就又會很快長出新的頂帽）等特征。德國科學(xué)家哈姆林利用傘藻進(jìn)行了嫁接實(shí)驗(yàn)，把一種傘藻（傘形帽）的頂帽和足部都去除，并與另一種傘藻（菊花帽）的假根相連，會長出新的頂帽，這個頂帽的結(jié)構(gòu)會同時(shí)帶有兩種傘藻的特征。在此基礎(chǔ)上將新頂帽去除，重新長出來的頂帽為菊花帽。學(xué)生閱讀并思考：①傘藻嫁接長出中間形態(tài)頂帽，可能的原因是什么？②切掉頂帽后重新長出的頂帽不是中間形態(tài)頂帽，而是與提供什么部位的相同？③這說明了什么問題？

學(xué)生分小組討論分析，在教師引導(dǎo)后回答：①傘藻嫁接后長出中間形態(tài)頂帽，說明傘藻頂帽的形態(tài)建成是傘藻柄和假根共同作用的結(jié)果，柄和假根對傘藻頂帽的生成都有影響。②第二次長出的頂帽形態(tài)與提供假根的傘藻相同。③柄中有細(xì)胞質(zhì)，假根中有細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，剛開始柄和假根中都有決定傘帽形態(tài)的物質(zhì)，由各自原來傘藻的細(xì)胞核合成，所以頂帽呈中間形態(tài)；再次生長頂帽的時(shí)候，儲存在細(xì)胞質(zhì)中的上述物質(zhì)消耗完了，新的影響頂帽形成的物質(zhì)是在重組傘藻的細(xì)胞核指導(dǎo)下合成的，所以傘帽的形態(tài)與假根相同。因此，學(xué)生得出主張：傘帽的形態(tài)建成與細(xì)胞核有關(guān)。并提出質(zhì)疑：第二次傘帽的形態(tài)跟提供假根的傘藻一樣，假根中不僅有細(xì)胞核還有部分細(xì)胞質(zhì)，雖柄也是由細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成的，但是不能完全排除假根中細(xì)胞質(zhì)對于傘帽形態(tài)的影響。

教師提供資料：哈姆林還發(fā)現(xiàn)，若在藻體未長出帽狀體前，先將細(xì)胞核取出。然后觀察，發(fā)現(xiàn)去核的藻體不再形成傘狀的帽狀體。若晚些時(shí)候去除細(xì)胞核，則只有一部分藻體長出完整的、非常細(xì)小的帽狀體，而大部分藻體不能長出，或長得很不完全。去核的時(shí)間越晚，形成的帽狀體越完全。如果把取出的細(xì)胞核，經(jīng)過一段時(shí)間再放回去，藻體的發(fā)育能力又完全恢復(fù)，長出完整的帽狀體。

學(xué)生完善主張：傘藻頂帽形態(tài)確實(shí)由細(xì)胞核控制。

該論證過程如圖4所示。

圖4 “傘藻頂帽形態(tài)由細(xì)胞核控制”論證式教學(xué)流程

設(shè)計(jì)意圖：教師通過查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)教科書上傘藻嫁接與核移植實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)史料有區(qū)別。所以，以真實(shí)的科學(xué)史為資料，讓學(xué)生向科學(xué)家一樣，經(jīng)歷科學(xué)探究的論證過程，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維，將知識獲取與科學(xué)思維品質(zhì)發(fā)展有機(jī)整合。

3.2.2.4 核移植實(shí)驗(yàn)

教師梳理核移植部分發(fā)展史，從有記載的第一例體細(xì)胞核移植動物非洲爪蟾，到非人靈長類動物食蟹猴“中中”“華華”的誕生。這些事實(shí)不斷地在證明“細(xì)胞核控制著生物的大多數(shù)性狀”。

設(shè)計(jì)意圖：教師簡要梳理克隆的科學(xué)發(fā)展史，強(qiáng)調(diào)中國科學(xué)家作出的貢獻(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生愛國熱情，增強(qiáng)社會責(zé)任意識。

3.3 闡明機(jī)理，解釋問題

要深刻地理解細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心，就要理解細(xì)胞核為什么擁有這樣的功能。教師根據(jù)生命觀念的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞的結(jié)構(gòu)中尋找答案，展示細(xì)胞核亞顯微結(jié)構(gòu)圖，并結(jié)合教科書上文字，促使學(xué)生初步認(rèn)識細(xì)胞核結(jié)構(gòu)。學(xué)生觀看細(xì)胞核結(jié)構(gòu)及功能視頻，尋找細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與其功能相適應(yīng)的證據(jù)，并總結(jié)細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（表1）。

表1 細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

教師提出問題并展示諾貝爾獎獲得者的部分研究成果：生物體為何能精準(zhǔn)地調(diào)控per蛋白的濃度呢？per蛋白的濃度變化是受細(xì)胞核中DNA的調(diào)控的，夜晚per基因被激活，per蛋白合成，濃度升高；白天per基因活性被抑制，蛋白的合成受阻。遺傳信息像細(xì)胞生命活動的“藍(lán)圖”，指導(dǎo)物質(zhì)合成、能量轉(zhuǎn)換和信息交流，完成生長、發(fā)育、衰老和凋亡，所以細(xì)胞核是遺傳信息庫，是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用文字、圖片、視頻之間的信息轉(zhuǎn)換，提升學(xué)生信息搜索和整理能力，并且使學(xué)生能夠運(yùn)用獲取的知識，解決實(shí)際問題，解釋細(xì)胞核功能，深化細(xì)胞核功能概念；其次，呼應(yīng)開頭，讓生命教育、健康教育融入課堂，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。

4 教學(xué)反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出：要在生物學(xué)課堂應(yīng)用論證教學(xué)的策略培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。相比傳統(tǒng)的“細(xì)胞核”課堂教學(xué)，論證式課堂教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生的求知欲、批判力和探索力，課堂氛圍更為活躍。以與學(xué)生密切聯(lián)系的、與健康息息相關(guān)的生物鐘出發(fā)，提出相應(yīng)的問題，層層遞進(jìn)，以觀察和實(shí)驗(yàn)為手段，從不同角度尋找證據(jù)，聯(lián)系已有的知識經(jīng)驗(yàn)，提出可能的、合理的推理，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步質(zhì)疑、探究，從而完善主張，解決問題。論證過程也有助于學(xué)生理解細(xì)胞核如何控制細(xì)胞的代謝和遺傳，既呼應(yīng)開頭，解釋問題，又可以為后續(xù)學(xué)習(xí)做鋪墊。當(dāng)然，教師在進(jìn)行論證式教學(xué)的時(shí)候，要充分考慮學(xué)生的學(xué)情，面對不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，在資料的給予、呈現(xiàn)方式、問題設(shè)置上都要有所區(qū)別，確保學(xué)生能夠夠得著、想得到、說得出，從而產(chǎn)生思維碰撞，提升科學(xué)思維和科學(xué)品質(zhì)。

波普爾認(rèn)為，所有的生活都是問題的解決，生活中充滿了學(xué)習(xí)機(jī)會，終身學(xué)習(xí)是十分重要的。而問題解決是終身學(xué)習(xí)能力的關(guān)鍵因素。以問題推進(jìn)課堂和學(xué)習(xí)，學(xué)生在問題引領(lǐng)下，利用已有的或者教師提供的資料，獲取信息，通過論證等方式進(jìn)行整合，并表達(dá)觀點(diǎn)。與此同時(shí)，學(xué)生在問題的基礎(chǔ)上延伸和生成新的問題，以達(dá)到對上述解析更深層次的認(rèn)識和理解，更有利于解決生活實(shí)踐或者學(xué)習(xí)探索情境中的各種問題。