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摘 要:本文主要概述论证式教学策略的运用,以课题“促胰液素的发现”为例,说明“从资料到主张得出乃至认可”需要充足的论据,体现论证式教学是一种科学的探究模式。
关键词:论证式教;生物教学;科学探究
新课标改革的核心理念是开展探究式教学,理科教学更是要注重培养学生在具体的生活情境中运用科学思维方式,做出正确选择的能力。论证式教学策略的运用,不仅有助于学生理性思维品质的发展,而且能加强学生对科学知识的建构。论证式教学策略运用于高中生物学课堂的程序如下:(1) 确定教学内容,并梳理各知识点之间的关系;(2) 教材中现有资料作为基础的资料,通过多种渠道收集论证所需要的其他资料;(3) 对实验设计、探究过程等内容提出疑问,得出最初的“主张”;(4) 教师引导学生质疑、反驳,寻求附加条件使“主张”成立。
促胰液素的发现过程是曲折的、复杂的,如果忽略了或不够重视胰液分泌过程又或者是对实验过程不注重分析,那么学生在遇到有关实验题时往往会不知所措。“促胰液素的发现”这一节,教材呈现了沃泰默、斯他林和贝利斯等科学家的探究过程。
一上课让学生联系日常的进食和消化现象,提出问题:进餐后,食物从口腔进入,最终残渣由肛门排出,需要哪些器官参与?
学生回答:食物在人体中需要口腔——咽——食道——胃——小肠——大肠等消化器官的参与。
教师总结:消化系统除由上述器官组成的消化道,还包括什么?胃负责将食物送往小肠,与此同时,位于腹部上区的胰腺产生胰液,其中含各种消化酶,能中和胃酸,帮助消化糖类、蛋白质和脂肪等营养物质。这样通过对消化过程的分析,引出位于消化道之外的腺体——胰腺。
那么食物到达小肠的讯号,胰腺是如何得到的呢?一种观点认为,胰液的分泌是神经系统参与调节的,代表学者沃泰默。
学生阅读资料分析:对照组中稀盐酸注入狗的血液,小狗不分泌胰液,说明盐酸本身不会直接刺激胰腺分泌胰液。沃泰默关键的实验是切断通向该段小肠的神经,仅保留血管,然后将稀盐酸注入小肠内,仍促进胰液分泌。
质疑:为什么沃泰默坚信胰腺分泌胰液是一个顽固的“局部分泌反射”?
分析推理:他认为小肠上微小的神经是难以剔除干净的,还有少数保留了完整的反射弧,在小肠和胰腺之间存在着局部反射,且是一个十分顽固的神经反射。需要继续做实验确认,但是沃泰默囿于定论。
若按照神经调节的观点,那么该实验的刺激物、感受器、效应器分别是什么?学生根据反射作用,认为刺激是稀盐酸、感受器是小肠、效应器是胰腺。
进一步质疑:那是不是可以得出“胰液分泌受神经系统调节”的结论?
分析推理:不能,根据沃泰默的实验,既然通向小肠的神经已经被切断,胰腺仍然分泌胰液,应该是排除神经系统发挥作用。这有可能是小肠黏膜受到盐酸的刺激,产生了一种化学物质,该物质随着血液运输至胰腺,从而引起胰液分泌,并不是通過神经调节的方式完成的。
得出主张:胰液的分泌并不是通过神经调节的方式来完成的,应该是某种化学物质在起作用。
沃泰默竟然都想到剪去神经,为什么功亏一篑?这不免联想到艾弗里的体外转化实验的结论:遗传物质是DNA。不少科学家怀疑DNA纯度,质疑艾弗里,后来赫尔希和蔡斯选择噬菌体作为实验材料侵染细菌,通过检测放射性的分布情况,最终证实DNA才是真正的遗传物质。受19世纪的学术界权威观点的束缚,沃泰默墨守陈规,没有大胆去质疑、探索、创新,不能从客观事实出发下结论,与真相失之交臂。
另一种观点:胰液的分泌不是神经调节,而是有其他调节方式。斯他林和贝利斯认为沃泰默切除神经是完全的。在研究胰腺的胰液分泌调节的实验中,斯他林和贝利斯把实验狗的一段小肠剪下,刮取黏膜与稀盐酸混合,并加砂子帮助研磨,制成提取液,取适量注入狗的静脉中,引起了胰液的大量分泌。
分析推理:该实验与沃泰默所做将稀盐酸注入狗的血液中,未引起胰液分泌的实验形成了鲜明对照。盐酸刺激小肠黏膜后,引起胰腺分泌胰液是因为稀盐酸使小肠黏膜产生了某种物质,该物质随血液循环到达胰腺,并刺激其分泌胰液。
设想:这可能是一个新现象——化学“反射”。
证实设想:(1)设计实验:小肠黏膜在稀盐酸作用下是否产生促使胰液分泌的物质。(2)实验材料:生长发育状况相似的健康小狗8只,新鲜狗的小肠若干,稀HCl,生理盐水,研磨工具,注射器等。(3)实验步骤:①将生长发育一致的小狗分成甲、乙两组,取一段新鲜狗的小肠,刮下黏膜,分成等量的两份;②一份与4 mL的稀盐酸混合、研磨、过滤制成提取液A;另一份与等量的生理盐混合制成提取液B;③未注射前先测定甲、乙两组正常小狗的胰液分泌量,作为比照;④将等量提取液A、B分别注入甲、乙两组小狗的静脉中;⑤在相同适宜的条件下,饲养一段时间后,测定两组小狗胰液分泌量。(4)实验结果预测:若乙组胰液分泌量明显多于甲组,则说明小肠黏膜在稀盐酸作用下产生促进胰液分泌的物质;若甲乙两组胰液分泌量没有明显差异,则说明小肠黏膜在稀盐酸作用下没有产生促进胰液分泌的物质。
质疑:那么在斯他林和贝里斯实验中,胰液的分泌能不能排除盐酸的作用?
设计实验:取4只生长发育状况一致的小狗,分成甲、乙两组,每组2只;切除小肠通往胰腺的神经,向甲组小狗的静脉中注射2 mL稀盐酸,向乙组注射等量生理盐水;观察并检测胰液的分泌量。
实验结果预测:若两组的小狗胰液分泌量相等,则盐酸不影响胰液的分泌;若甲组小狗的胰液分泌量比乙组多,说明盐酸能促进胰液的分泌;反之,盐酸起抑制作用。
完善主张:在盐酸刺激作用下,小肠黏膜产生的化学物质,经血液运输到胰腺,促进胰腺分泌胰液;盐酸并没有直接刺激胰腺分泌胰液。该物质被命名为促胰液素。
斯他林和贝利斯的科学发现主要涵盖了两个方面:其一是揭开了该化学物质的神秘面纱——促胰液素;其二是发现了一种机体调节机能的新领域——激素调节。也就是说,除了神经调节外,机体内还存在着一种通过化学物质的传递以调节器官活动的方式。
论证式教学策略恰如其分地运用于教学,旨在让学生经历类似科学家的评价资料、提出主张、辩驳主张,最终完善自己的主张等过程,促进了学生探究能力的发展及生物科学素养的提高,在理科教学中具有重要的价值。
作者简介:王海琴,江苏省苏州市,苏州大学医学部基础医学与生命科学学院。
关键词:论证式教;生物教学;科学探究
新课标改革的核心理念是开展探究式教学,理科教学更是要注重培养学生在具体的生活情境中运用科学思维方式,做出正确选择的能力。论证式教学策略的运用,不仅有助于学生理性思维品质的发展,而且能加强学生对科学知识的建构。论证式教学策略运用于高中生物学课堂的程序如下:(1) 确定教学内容,并梳理各知识点之间的关系;(2) 教材中现有资料作为基础的资料,通过多种渠道收集论证所需要的其他资料;(3) 对实验设计、探究过程等内容提出疑问,得出最初的“主张”;(4) 教师引导学生质疑、反驳,寻求附加条件使“主张”成立。
促胰液素的发现过程是曲折的、复杂的,如果忽略了或不够重视胰液分泌过程又或者是对实验过程不注重分析,那么学生在遇到有关实验题时往往会不知所措。“促胰液素的发现”这一节,教材呈现了沃泰默、斯他林和贝利斯等科学家的探究过程。
一上课让学生联系日常的进食和消化现象,提出问题:进餐后,食物从口腔进入,最终残渣由肛门排出,需要哪些器官参与?
学生回答:食物在人体中需要口腔——咽——食道——胃——小肠——大肠等消化器官的参与。
教师总结:消化系统除由上述器官组成的消化道,还包括什么?胃负责将食物送往小肠,与此同时,位于腹部上区的胰腺产生胰液,其中含各种消化酶,能中和胃酸,帮助消化糖类、蛋白质和脂肪等营养物质。这样通过对消化过程的分析,引出位于消化道之外的腺体——胰腺。
那么食物到达小肠的讯号,胰腺是如何得到的呢?一种观点认为,胰液的分泌是神经系统参与调节的,代表学者沃泰默。
学生阅读资料分析:对照组中稀盐酸注入狗的血液,小狗不分泌胰液,说明盐酸本身不会直接刺激胰腺分泌胰液。沃泰默关键的实验是切断通向该段小肠的神经,仅保留血管,然后将稀盐酸注入小肠内,仍促进胰液分泌。
质疑:为什么沃泰默坚信胰腺分泌胰液是一个顽固的“局部分泌反射”?
分析推理:他认为小肠上微小的神经是难以剔除干净的,还有少数保留了完整的反射弧,在小肠和胰腺之间存在着局部反射,且是一个十分顽固的神经反射。需要继续做实验确认,但是沃泰默囿于定论。
若按照神经调节的观点,那么该实验的刺激物、感受器、效应器分别是什么?学生根据反射作用,认为刺激是稀盐酸、感受器是小肠、效应器是胰腺。
进一步质疑:那是不是可以得出“胰液分泌受神经系统调节”的结论?
分析推理:不能,根据沃泰默的实验,既然通向小肠的神经已经被切断,胰腺仍然分泌胰液,应该是排除神经系统发挥作用。这有可能是小肠黏膜受到盐酸的刺激,产生了一种化学物质,该物质随着血液运输至胰腺,从而引起胰液分泌,并不是通過神经调节的方式完成的。
得出主张:胰液的分泌并不是通过神经调节的方式来完成的,应该是某种化学物质在起作用。
沃泰默竟然都想到剪去神经,为什么功亏一篑?这不免联想到艾弗里的体外转化实验的结论:遗传物质是DNA。不少科学家怀疑DNA纯度,质疑艾弗里,后来赫尔希和蔡斯选择噬菌体作为实验材料侵染细菌,通过检测放射性的分布情况,最终证实DNA才是真正的遗传物质。受19世纪的学术界权威观点的束缚,沃泰默墨守陈规,没有大胆去质疑、探索、创新,不能从客观事实出发下结论,与真相失之交臂。
另一种观点:胰液的分泌不是神经调节,而是有其他调节方式。斯他林和贝利斯认为沃泰默切除神经是完全的。在研究胰腺的胰液分泌调节的实验中,斯他林和贝利斯把实验狗的一段小肠剪下,刮取黏膜与稀盐酸混合,并加砂子帮助研磨,制成提取液,取适量注入狗的静脉中,引起了胰液的大量分泌。
分析推理:该实验与沃泰默所做将稀盐酸注入狗的血液中,未引起胰液分泌的实验形成了鲜明对照。盐酸刺激小肠黏膜后,引起胰腺分泌胰液是因为稀盐酸使小肠黏膜产生了某种物质,该物质随血液循环到达胰腺,并刺激其分泌胰液。
设想:这可能是一个新现象——化学“反射”。
证实设想:(1)设计实验:小肠黏膜在稀盐酸作用下是否产生促使胰液分泌的物质。(2)实验材料:生长发育状况相似的健康小狗8只,新鲜狗的小肠若干,稀HCl,生理盐水,研磨工具,注射器等。(3)实验步骤:①将生长发育一致的小狗分成甲、乙两组,取一段新鲜狗的小肠,刮下黏膜,分成等量的两份;②一份与4 mL的稀盐酸混合、研磨、过滤制成提取液A;另一份与等量的生理盐混合制成提取液B;③未注射前先测定甲、乙两组正常小狗的胰液分泌量,作为比照;④将等量提取液A、B分别注入甲、乙两组小狗的静脉中;⑤在相同适宜的条件下,饲养一段时间后,测定两组小狗胰液分泌量。(4)实验结果预测:若乙组胰液分泌量明显多于甲组,则说明小肠黏膜在稀盐酸作用下产生促进胰液分泌的物质;若甲乙两组胰液分泌量没有明显差异,则说明小肠黏膜在稀盐酸作用下没有产生促进胰液分泌的物质。
质疑:那么在斯他林和贝里斯实验中,胰液的分泌能不能排除盐酸的作用?
设计实验:取4只生长发育状况一致的小狗,分成甲、乙两组,每组2只;切除小肠通往胰腺的神经,向甲组小狗的静脉中注射2 mL稀盐酸,向乙组注射等量生理盐水;观察并检测胰液的分泌量。
实验结果预测:若两组的小狗胰液分泌量相等,则盐酸不影响胰液的分泌;若甲组小狗的胰液分泌量比乙组多,说明盐酸能促进胰液的分泌;反之,盐酸起抑制作用。
完善主张:在盐酸刺激作用下,小肠黏膜产生的化学物质,经血液运输到胰腺,促进胰腺分泌胰液;盐酸并没有直接刺激胰腺分泌胰液。该物质被命名为促胰液素。
斯他林和贝利斯的科学发现主要涵盖了两个方面:其一是揭开了该化学物质的神秘面纱——促胰液素;其二是发现了一种机体调节机能的新领域——激素调节。也就是说,除了神经调节外,机体内还存在着一种通过化学物质的传递以调节器官活动的方式。
论证式教学策略恰如其分地运用于教学,旨在让学生经历类似科学家的评价资料、提出主张、辩驳主张,最终完善自己的主张等过程,促进了学生探究能力的发展及生物科学素养的提高,在理科教学中具有重要的价值。
作者简介:王海琴,江苏省苏州市,苏州大学医学部基础医学与生命科学学院。