基于“两次倒转”教学机制实现科学论证的教学价值

吴开其 张晋

摘要 以人类认识的终点作为科学论证教学的起点，通过论证教学将科学规范及准则转化为学生自身力量，回答了基于什么内容而开展论证教学以及科学论证如何实现培养生物学科方法、观念和品格的问题。

关键词 两次倒转 科学论证 教学价值

中图分类号C633.91

文献标志码B

具备科学实践性的科学论证可作为一种教育性实践应用于课堂教学中，但实际课堂要么呈现出“忠实地实验论证探究”，要么呈现出“程序性地论证表演”。怎样让科学论证更具教学价值和教学意义，让科学论证成为教学的重要方法。下面结合郭华教授提出的“两次倒转”教学机制，让科学论证在生物学教学中彰显教学价值。

1 以人类认识的终点作为科学论证教学的起点

认识论证教学的起点即回答基于什么内容而开展论证教学，论证教学围绕什么样的论点而展开，教师又应当怎样组织这样的教学内容。

1.1 将科学史事实作为论点重温探究

课堂中基于科学史或者科学研究事实提出基本概念适合作为论证教学的论点。其中，以重温科学史的方式让学生证明一些公认的主张，如生物膜的流动镶嵌模型、细胞核是细胞系统的控制中心、DNA遵循半保留复制原则、基因在染色体上。若需要降低论证难度，教师可将这样的论点分解为几个分论点。例如，将“植物利用光能将二氧化碳和水合成糖和氧气”事实的证明分解为光合作用消耗二氧化碳、光合作用产生氧气、光合作用需要光能和光合作用产生淀粉这四个实验进行证明。若需要使教学目标更明确，教师可呈现带有提示性的论点，如“在小鼠体外S型肺炎双球菌DNA能利用R型细菌转化为S型细菌，而其他物质不能”。学生可根据这样的提示性论点在阅读科学史之前尝试实验设计。

1.2 将逻辑重组的概念作为论证教学的论点

教学中并不是辩证的话题才能供学生论证，更多需要正面证明某些旨在让学生更透彻学习的重组概念。

①对教材己重组好的关键概念进行论证。例如，“基因是有遗传效应的DNA片段”的论证，可先引导学生以事实资料“大肠杆菌DNA数量与基因数量关系、海蜇绿色荧光蛋白基因拼接”等说明“DNA与基因关系”，再通過“脱氧核苷酸序列多样性、特定碱基排列序列在生物体出现频次”等事实证明。

②对因教学需要而重组的论点进行论证。这些概念是为了学生更深入理解生物学概念而准备的，如通过对“绝大多的酶是具有催化作用的蛋白质”这样的重组概念的证明，让学生对大多数酶是蛋白质、极少数酶的RNA以及酶具有催化作用等概念更加清晰，并通过证明催化剂在反应前后不变，催化剂能加快反应速率从而更全面证明“酶具有催化作用”。

1.3 围绕新问题引发的新论点进行论证教学

在以论证为载体的话语实践中培育学生的科学认识论和参与实践的能力，应对这一挑战的途径是让学生像科学家一样经历足够的不确定性。对于课堂提出的不确定性问题大多先可进行理论上的论证。例如，基于生长素分布不均事实，教师引导学生提出问题：生长素分布不均匀的原理是怎样的？再让学生根据问题提出自己的主张并进行论证，采用假设演绎的方式进行理论上的论证。学生就“单侧光背光一侧生长素含量多于向光一侧的”的问题，提出主张，如“向光一侧生长素被光分解得更多”的假设，并以此假设为论点展开论证（图1）。

2 论证教学旨在将科学规范及准则转化为自身力量

科学论证是具有教学意义的，指向核心素养培养的论证教学不仅是满足学生追求真理的欲望，且在论证教学过程中明白科学探究规范和准则，形成关于生物学的基本概念和观念，再创造性地进行实践探究。

2.1 重温科学史中学习科学研究的规范和准则

描述并解释处于当时背景下的研究过程，体会科学思想方法使用，如光合作用探究史中涉及的控制变量法和同位素标记法、遗传定律发现史中的假设演绎法和DNA半保留复制中采用的离心方法、生态学研究中采用的模型构建的方法，培养科学思维和科学探究规范。在论证过程中，教师使学生简约地历经整个科学探究的历程，学习科学探究的方法。例如，“生长素实质”教学中去体会怎样假设，怎样更全面的正反论证和多角度论证，如图2所示。学生通过师生间辩论，体会科学家这样操作的原因，感悟科学家证明方法的巧妙。

2.2 对重组事实进行论证形成主要概念或观念

生物学科思想形成与核心概念生长关系密切。概念的生长需要对历史素材的逻辑重组，体现科学论证的教育性。

①通过论证的方式去解释某些次级概念而强化上位概念。例如，对“植物激素可以通过拮抗、协同等方式共同实现对植物生命活动的调节”“光、重力和温度等因素参与植物生命活动的调节”“植物生长素既能促进生长也能抑制植物生长”等观点进行解释或举例论证，从而说明“植物生命活动受到多种因素的调节”。

②将复杂概念作为论点使得一些下位概念更加清晰。例如，让学生论述“ATP以特定的化学分子作为驱动生命活动的直接能源物质”，从而让学生在课堂中系统高效论述“ArIP有特殊结构、ATP是直接能源物质、ATP怎样由其他能源物质转化而来及ATP怎样驱动生物活动”等一系列下位概念，同时形成物质与能量观。

③对一些本身带有生物学观念的主张进行论证。例如，教师提出主张“氢键作为弱化学键在生命活动中有重要意义”，让学生根据“DNA复制、转录、翻译和蛋白质形成”等相关事实作为证据证明该观点，同时复习关于氢键的知识细节以及在分子层面理解“动态”观念，达到了教学目的。

2.3 论证教学的受益者向创造者转变

①教师要强化指向学习实践的科学论证。论证教学让学生获得学习意义感，主要体现在学生能根据自己掌握科学论证原则提出新主张并反驳和修正。例如，关于“土壤中分解尿素的细菌的分离与计数”一节教学，教师提出“以尿素为唯一氮源的培养基培养菌种，若最后出现菌落则证明该类细菌为分解尿素的细菌”观点。对此，引发学生反驳，即没有排除实验过程杂菌入侵对结果的影响，随后提出修正方案即设置空白对照;再提出反驳，即以尿素为唯一氮源的培养基进行培养只能到达初步筛选目的，最后长出的细菌可能含有硝化细菌，并再进行修正，即用酚红检测氨，若硝化细菌利用氨，则红色变浅;此外，还创造性地提出修正即直接检测脲酶以及相应DNA检测的修正方案。

②教师要寻找时机，将科学论证转向真实探究实践。科学论证作为科学探究的一种实践方式，与其他实践方式一道，共同构成完整科学探究，这样的论证即真实探究教学。例如，在“纤维素分解菌的分离”教学中对教材图片“纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明圈”提出疑问：透明圈圈内为何有大面积红色？教师引导学生就此悬置问题进行争论，从而促使学生去实践操作求证一个大家都不能明确解释的问题，完成属于学生的自主合作探究，体会真实动手、动脑和求真的成就感。