基于科学史的论证式教学设计
摘要以科学史为依托，以“CER模型”为论证体系对“DNA分子的结构”进行探索；融入“模型建构”的方法，为学生提供思维载体，促进科学思维的发展，进一步明确遗传信息的本质，促进学生结构与功能观、信息观等生命观念的形成和发展。
关键词论证式教学科学史模型建构
中图分类号Ｇ633.91文献标志码B
1教学分析和设计思路
本节教学内容选自人教版生物学《必修2·遗传与进化》第三章第二节，《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出其对应的次位概念为：概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构。结合上位的重要概念和大概念（图1），进一步确定如下教学目标：学生通过掌握DNA分子的结构进而理解遗传信息的本质。教材提供的科学史和模型制作活动为学生全面理解DNA分子结构探索历程，以及发展科学思维提供了良好的教学资源和思路，为明晰DNA分子结构、理解DNA复制和基因的表达等奠定了基础。从知识和能力角度分析学生的学习难点主要包括：①DNA分子结构属于抽象的微观结构，学生难以理解其内涵。②高一学生缺乏有机化学基础知识，难以理解有机大分子的结构。③DNA分子结构涉及多学科内容的融合，难度较大，对学生的思维要求较高。
针对学生的认知和思维障碍，结合发展学生学科核心素养的教学要求，本节课使用“论证式教学”方法主导教学过程的推进，以包含证据（Evidence）、推理（Reasoning）和主张（Claim）三个核心要素，同时融入“补充或修正”模块形成的“CER”复合模型（图2）作为本节课的科学论证模型。教师在合理拓展科学史资料的基础上，以问题串形式构建主脉络，引导学生通过科学论证层层深入，逐步解决DNA分子结构探索过程中的诸多问题：①DNA分子的基本单位是什么？②DNA中的脱氧核苷酸如何相连？③如何确定DNA中脱氧核苷酸链的数量？④如何确定脱氧核苷酸链之间的连接方式？其中主要的论证过程集中于“DNA中的脱氧核苷酸如何相连”和“如何确定脱氧核苷酸链之间的连接方式”这两个问题，其论证过程分别如图3和图4所示。以“模型建构”为手段，通过建构“DNA的基本单位-脱氧核苷酸长链-DNA的平面结构-DNA的双螺旋结构”等一系列自下而上的物理模型，将抽象的DNA分子具象化，促进学生准确理解DNA分子的结构特点以及遗传信息的本质。
2教学目标
①通过分析科学史资料，能够运用科学论证的方法，全面认识DNA分子的双螺旋结构，进一步形成结构与功能观等生命观念，发展质疑、实证等科学思维能力。
②运用“模型建构”的方法构建DNA分子的物理模型，深入认识DNA分子的双螺旋结构，发展“模型与建模”的科学思维。
③通过分析DNA双螺旋结构模型准确掌握DNA分子的结构特点，理解遗传信息的本质，奠定信息观基础。
3教学过程
3.1温故启新，奠定科学论证的基础
教师以“‘打拐DNA信息库的建立”为情境，指向对遗传信息本质的思考和探索，再以结构与功能相适应的观点引出对DNA分子结构的探究。
教师通过列举“有丝分裂中亲子代细胞形态、结构基本相同”和“自然界生物形态结构多种多样”等事实，引导学生认识遗传物质的稳定性和多样性，为开展科学论证奠定思维基础。再回顾脱氧核苷酸的结构，为学生探究DNA分子的结构奠定知识基础。学生利用軟磁片、双面胶等材料分小组完成脱氧核苷酸模型的制作，为后续探究搭建思维载体。
设计意图：教师通过真实情境的创设，激发学生的学习兴趣；同时通过引导学生认识遗传物质的稳定性和多样性，以及回顾脱氧核苷酸的结构并制作模型等活动奠定科学论证和探究活动的知识和思维基础。
3.2以“史”论证，探究DNA分子的结构
3.2.1论证脱氧核苷酸连接方式
教师提问：①DNA中含有多少脱氧核苷酸？②DNA中的脱氧核苷酸又如何相连？经提问激发学生思考兴趣后，教师提供资料1：20世纪20年代，化学家列文提出“四核苷酸”假说（图5）。引导学生评价模型，并得出结论：“四核苷酸”结构不满足遗传物质多样性的特点。
接着，教师提供资料2：1938年，化学家列文测得DNA的分子量可达200000-1000000D，确定DNA为大分子化合物。基于实验数据，引发学生思考并提出质疑：“四核苷酸”结构无法形成大分子化合物。借此，教师展示了由列文构建的DNA结构修正模型：DNA分子是由相同的“四核苷酸”单元聚合而成的高分子化合物（图6）。但经学生分析，发现该聚合结构仍存有不足，即“修正模型不能满足遗传物质具有多样性的要求”。
为解决学生疑惑并进一步明确DNA的结构，教师提供资料3：1951年，化学家托德认为核苷酸之间通过磷酸二酯键进行连接。学生分析资料，分小组进行脱氧核苷酸链状结