图尔敏论证模型在生物学概念教学中的实践研究

文件编号：l 〇〇3 一 7586(2021)02 - 0025 - 04
第37卷第2期
中学生物学 V 〇1.37 No.2
2021 年
Middle School Biology
2021
图尔敏论证模型在生物学概念教学中的实践研究
钟琪
(安徽省合肥市第一中学安徽合肥230061)
摘要基于图尔敏的论证模型，对生物膜系统和减数分裂两个重要概念进行了尝试性的教学实践研究。

关键词科学思维图尔敏论证模型概念教学
中图分类号G 633.91
文献标志码B
在教学实践中，教师发现很多学生缺乏将证据和 理论联系的能力，常表现忽视证据、不会应用证据、主 观臆断等现象，并将此类现象归因为粗心，其本质是 在于重实证思维习惯的缺乏。

《普通高中生物学课程 标准(2017年版）》将科学思维定义为尊重事实和证 据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方 法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。

科学 思维的形成并非与生俱来，而论证是培养科学思维的 重要途径之一。

论证是指由断定一个或一些判断的 真实性，进而断定另一个判断的真实性。

依靠推理能 得出符合逻辑的判断，但不能保证它符合客观实际。

本文是2019年安徽省教育科学研究项目“基于科学思維培养的高中生而通过论证则要求判断是真实的，因此论证是重实 证、合逻辑的思维形式，在科学思维的培养过程中有 着不可替代的作用。

1图尔敏论证模式
英国逻辑学家图尔敏(Toulmin )提出的论证模型 由6个元素组成（图1):资料、主张和根据3个基本元 素;限定、反驳和支持3个补充元素(可选用元素）。

物概念教学优化研究”(课题编号为JK 19105)的研究成果。

图1图尔敏论证模型
译的过程应该是高效的，而我们模拟的过程感觉太 慢了，是不是还存在其他什么方式让翻译快起来？” 这样的评价过程有趣有效，能激发学生思考和共鸣， 并为接下来的教学提供素材和方向，真正做到了评 价促发展。

3运用“5E ”教学模式的课堂教学反思
教师运用“5E ”教学模式开展“基因指导蛋白质的
合成”一节教学，充分激发了学生学习的热情和潜 能。

例如，在“探宄”环节，学生自己发现问题，提出猜 想，寻找证据论证探究，得出结论并概括出“转录”及 “翻译”的初步概念。

在“解释”环节，学生尝试通过模 型构建进一步解释和完善概念。

在“精致”环节，学生 运用新概念解决新问题，发展了能力。

在“评价”环 节，学生自评互评过程中的思维碰撞将课堂推向高 潮，学生的主体地位得到了充分体现。

学生收获满 满，教师也感受颇丰。

但是，教学过程也暴露了一些
不足，主要体现在教师为了追求“5E ”环节的完整性， 无法让每个环节做到精致。

例如，在“探究”环节，由 于时间问题导致探宄未尽兴便草草结束。

在“解释” 环节，教师虽也鼓励学生用自己的语言解释探究结 果，形成概念，但是只是停留在概念的内涵，概念的外 延并未涉及。

相信通过对“5E ”教学模式的深入研究 和多次尝试，这些问题将会得到解决与完善。

参考文献：
[1] 王健，李秀菊.5E
教学模式的内涵及对我国理科教育的启 示[J ].生物学通报,2012,47(3): 39-41.
[2] 张杏娟，刘恩山.5E
教学模式在发展学生能力和课程建设
中的价值及作用[J ].生物学通报,2015,50(2): 21-23.
[3] 黄艺婷，张锋.基于“5E ”教学模式的初中生物学概念教学
尝试——以“光合作用吸收二氧化碳释放”一课为例[J ]，中学 生物学，2018,34(5): 14-16.
[4]
陶杨娟.5E 教学模式在高中生物学核心概念教学中的实
践[J ].生物学教学，2016,41 (2): 26-28.
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①资料是指可以作为接受论证的起始基础和证 据。

②根据是连接主张和资料之间的桥梁，说明如何 由资料推理得到主张。

③主张是对问题所发表的见 解或看法，也可以表示论证的结论。

④限定表示什么 情境下才能使得主张成立。

⑤反驳是指阻止从资料 得出主张的因素。

⑥支持是指用于证明的权威资源, 可以包括某些法则、条文、原理、理论或定律公式等， 是众人能接受的通则，用以证明提出的理由[2]。

2基于图尔敏论证模型的生物膜系统概念教学
2.1生物膜系统概念教学的论证模型
生物膜系统概念教学的论证模型如图2所示。

图2
生物膜系统概念教学的论证模型
2.2生物膜系统概念的教学实践
2.2.1资料
教师展示分泌蛋白合成和运输动画视频,并分析 其过程。

2.2.2根据
教师引导学生思考：内质网、高尔基体和细胞膜 共同配合完成分泌蛋白的加工和运输,体现了三者在 功能上的紧密联系。

为什么囊泡膜能够与高尔基体 膜、细胞膜融合并成为其中一部分？
教师由此说明膜成分和结构相似，否则无法实现 囊泡和膜的融合，进而促进学生理解内质网、高尔基 体和细胞膜在结构上的间接联系。

对于学习膜结构 上的直接联系，教师通过展示“内质网膜与细胞膜核 膜的联系图”即可完成。

2.2.3主张
学生归纳得出：细胞中的细胞器膜、细胞膜、核膜 等结构共同构成了生物膜系统。

由于归纳推理具有或然性,前提和结论之间不具 备逻辑必然，很多学生在同化概念过程中存在困难。

例如，面对“核膜是否具有流动性的判断”“内质网膜 结构的分析”等问题时，不能正确作答,原因在于没有 真正理解生物膜系统之间的内在联系。

因此,教师需 要进一步促进学生顺应概念，即为主张提供必要支持。

2.2.4支持
教师展示资料，创设情境，提出问题，引导学生思 考：
(1) 细胞内的很多酶通过附着在膜结构上起催化
作用，这种附着有何意义？为何膜上固定是酶而不是 反应物？学生讨论作答：酶能够重复利用，同时使反 应场所相对固定。

教师也可以类比固定化酶技术促 进理解。

因此许多重要的化学反应都在生物膜上 进行，这些化学反应需要酶的参与，广阔的膜面积为 多种酶提供了大量的附着位点”。

(2)
细胞内很多重要的化学反应通常连接成串，
一个反应的产物成为下一个反应的原料，一种酶只能 催化一个特定的化学反应，图3表示一组酶依次发挥 作用，将物质A 转变为F ,形成一条代谢途径。

酶附着 在膜上，除了固定的作用外，对细胞内众多连续进行 的化学反应有何意义？
酶1
酶2
酶3
酶4
物质A ----►物质B
>物质C ----►物质D ----►物质E
图3 某种物质的代谢途径
(3)
展示细胞代谢网络图——
细胞内的化学反应
众多，各种物质在不同反应之间彼此联系形成复杂的 代谢网络。

那么，细胞是怎样避免反应之间的相互干
扰呢？2.2.5主张
学生思考、讨论后，得出：细胞中的细胞器膜、细 胞膜、核膜等结构共同构成了生物膜系统。

这些生物 膜的组成成分和结构很相似，生物膜系统使细胞内各 种结构协调配合，保证了细胞内生命活动高效而有序 地进行。

3基于图尔敏论证模型的减数分裂概念教学
3.1减数分裂概念教学的论证模型
减数分裂概念教学的论证模型如图4所示。

图4
减数分裂概念教学的论证模型
3.2减数分裂概念的教学实践
教师展示唐氏综合征患者的相关材料，明确染色 体的稳定对于维持物种稳定性的重要意义。

并引导 学生思考：生物体是如何维持亲子代染色体的稳定 呢？以草履虫分裂生殖为例，分析有丝分裂在无性生 殖过程中维持亲子代遗传性状稳定的作用。

有性生 殖过程如何实现染色体的稳定？
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3.2.1资料
教师展示资料，引导学生分析：
(1) Weismann的预测---在卵细胞和精子成熟的过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一 半;受精时，精子与卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。

(2) 1883年，科学家用体细胞中只有2对染色体 的马蛔虫作为材料进行研宄，发现马蛔虫精子和卵细 胞中的染色体数目都只有体细胞的一半，而在受精卵 中又恢复成2对。

该实验证实了 Weismann的预测，人 们把这个染色体数目减半的特殊过程称为减数分裂。

3.2.2根据1
教师设置问题情境，激发学生产生认知冲突：要 实现染色体数目减半，细胞分裂几次？分裂前染色体 发生复制么?学生提出假说:①染色体不复制，细胞直 接分裂1次;②染色体复制1次，细胞连续分裂2次。

学生讨论：假说①中，染色体不复制，细胞直接分裂，能够快速产生配子。

假说②中，根据细胞增殖的规 律，细胞分裂之前需要进行物质准备，必然需要进行 染色体复制。

3.2.3支持1
教师展示资料:P〇weel在1887年首次观察到了马 蛔虫减数分裂的过程，发现马蛔虫的一个原始生殖细 胞经过减数分裂后产生4个细胞。

由此可见，细胞一 定是分裂了 2次，即假说②正确。

3.2.4根据2
教师引导学生思考:减数分裂过程中染色体只复 制1次，而细胞却连续分裂2次，两次分裂过程中，如何实现染色体精确的分配呢？姐妹染色单体只能分 一次，还有一次分什么？并展示果蝇体细胞染色体组 成图，将其中的染色体组成编号为AA'BB'CC'DD'(图 5)所示，引导学生探宄同源染色体分离。

图5 果蝇体细胞染色体组成
学生探究后,提出实现染色体数目减半的两种不 同方案:①ABCD+A'B'C'D'(子细胞中染色体形态不 同）；②AA'Bir+CC'DD'(子细胞中有形态相同染色 体）。

学生讨论回答:如果是方案②，产生的生殖细胞 中可能会丢掉一些种类的染色体，不利于遗传性状的 维持。

并展示果蝇配子染色体组成图，支持方案②。

由此，学生归纳：减数分裂过程中发生一次与有丝分裂不同的染色体分离，这种在减数分裂过程中能 够分离的染色体，称为同源染色体。

教师进而引出同 源染色体的概念教学，具体教学策略与本文主题无直 接关联，不再赘述。

3.2.5 支持2
教师展示减数分裂同源染色体特殊行为的科学 史材料：
(1) 1901年，Montgonery在研宄同一植物的有丝 分裂和减数分裂过程时发现，有一个物种，2/V=14,染 色体间大小差异很大，在减数分裂中期只能看到7条 染色体。

减少的一半染色体到哪里去了？因为此时 细胞并没有一分为二，推测染色体必然发生了相互配 对。

如果配对发生在父方或母方染色体内部,不仅配 对的染色体大小不合适,且配对完成后剩下一条不能 成对，与观察的结果不符。

因此配对的染色体中，必 然一条来自父方，一条来自母方。

这种同源染色体两 两配对的现象叫做联会。

(2) 1903年,Sutton提出，在减数分裂后期同源染 色体会随机分离。

如果分离是按照特定规律进行，即父方染色体分向一极而母本的染色体在另一极，则会大大减少后代的种类数。

后来科学家研宄发现 雄蝗虫（2«=23,XO型）减数第一次分裂结束后，产 生2类细胞，一类细胞含有X染色体，一类细胞不 含性染色体。

1913年，Eleanor Carothers发现雄幢虫 (2n=23，XO型）常染色体中有一对特殊的同源染色 体，其大小不等，她统计了 300多个细胞，X染色体 与那对大小相异的同源染色体的组合，接近1:1。

因此，得出同源染色体的随机分离导致非同源染色 体的自由组合。

3.2.6主张
教师引导学生分析科学史资料，使学生明确了同 源染色体的分离过程，进而加深学生对特殊分裂方式 的理解。

最终，学生自主建构减数分裂的概念：有性 生殖过程中染色体数目减半的特殊分裂方式,染色体 复制一次，细胞连续分裂2次。

3.3教学反思
教师引导学生以事实和证据作为思维的起点，摒 弃主观臆断，是科学思维培养的重要内容。

图尔敏的 论证模型在多个环节都需要充分使用证据，再通过科 学的思维方法得出合理结论，因此在科学思维培养过 程中有着重要的实践价值。

参考文献：
[1]赵占良.对生物学学科核心素养的理解(二）科学思维及 其教学[J].中学生物教学,2019,（10):4-7.
[2]任红艳，李广洲.图尔敏论证模型在科学教育中的研究进 展[J].外国中小学教育,2012, (9): 28-35.
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文件编号：l 〇〇3 - 7586(2021)02 - 0028 - 02
第37卷第2期
中学生物学 Vol.37 No.2
2021 年
Middle School Biology
2021
构建物理模型击破单克隆抗体的制备过程教学难点
吴阿敏
(中山市桂山中学广东中山528463)
摘
要叙述了教师引导学生以橡皮泥为材料去模拟单克隆抗体的制备过程，设置问题启发学生思考
并动手实践该过程，使抽象知识具体化，加深了学生对知识的理解，培养了科学思维。

关键词模型制作单克隆抗体学生的科学思维中图分类号G 633.91
文献标志码B
单克隆抗体的应用广泛而重要，特别是医疗行 业，可以用于治疗癌症和免疫防治，对人类社会来说 非常重要。

但在实际教学中，笔者发现学生很难深入 理解第一次筛选得到的杂交瘤细胞不止一种、HAT 培 养基的筛选机理、克隆化培养和抗体检测是怎么操作 的……《普通高中生物学课程标准(2017年版)》（以下 简称《课程标准》)提出“教学过程要重实践”的基本理 念，认为学生是学习的主体，教师要积极创设一些探 究性活动，帮助学生在实践中加深对知识的理解，提 升应用知识的能力……为此，笔者引导学生以橡皮泥 为材料动手制作物理模型，借助模型模拟单克隆抗体 的制备过程，从而将抽象的知识转变为形象的知识， 加深学生的理解，为未来的应用做好准备。

1课前准备
准备红、橙、绿和白四种颜色的橡皮泥，打印出表1、 表2、图1。

表1模拟筛选杂交瘤细胞的活动一
细胞种类
两两任意融合情况
杂交瘤细胞
表2模拟筛选杂交瘤细胞的活动二
杂交瘤细胞
所需要的杂交瘤细胞
抗体检测
图1模拟筛选所需要的杂交瘤细胞模型图 种能产生抗体？该类细胞由谁分裂分化而来？ B 淋 巴细胞会存在于哪里？教师利用问题串，带领学生 回顾免疫学相关知识，引出深层次问题：康复者血清 中的抗体是否是一种？为什么？使用血清抗体会存 在什么问题？如何获得单一、纯净的抗体？借助这 些问题，教师从“单”即一个和“克隆”即复制两个方
向解释单克隆抗体，进一步提出问题：市场对单克隆 抗体需求很大，己接受抗原刺激的B 淋巴细胞能否 担此重任？它的缺陷在哪里？谁能无限增殖？可否 获得一种细胞兼具两者优势？由此，教师引出两位 科学家的突破性思维，得出杂交瘤细胞的特点，为后 续的模拟实践做好理论准备。

设计意图：教师结合社会热点创设情境，以情境 为基础展开层层递进的问题链，调动学生的积极性， 训练学生的科学思维。

2教学活动
2.1追寻单克隆抗体的来源
教师播放新冠肺炎康复者血清用于治疗重症患
者的视频，提出问题串：血清为什么能发挥作用？哪
2.2模拟单克隆抗体的制备
学生每四人为一小组。

教师给每个小组发放一 定量的橡皮泥（以橡皮泥球模拟细胞)、表1、表2、图1。

在学生开展模拟活动时，教师进行适度指导。

在成果
[3] B .艾伯茨.丁晓燕译.细胞生物学精要[M ].北京:科学出版 社，2012:81-82.[4]
杨大祥.减数分裂的研宄历史□].生物学教学，2007,31
(1)： 61-62.
[5]闫霞，安军.基于科学思维和科学探宄的“减数分裂第1课 时”教学设计[J ].生物学通报,2019,54(7): 14-16.
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