讓智慧在指尖流淌

羅明

本輪課程改革從啟動(dòng)至今已經(jīng)近15年了，課程改革所倡導(dǎo)的以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力，已經(jīng)為廣大生物教師所熟知。然而，審視高中生物課堂，從PPT到板書，從教材到教輔，從講解到習(xí)題，從測(cè)驗(yàn)到考試，似乎除了為數(shù)極少的實(shí)驗(yàn)以及用電腦投影能增加直觀印象、加大信息量外，傳統(tǒng)的教師講解為主、輔以學(xué)生的習(xí)題練習(xí)的教學(xué)模式仍然牢固地占領(lǐng)著課堂陣地。

今天，當(dāng)分子生物學(xué)、基因工程等現(xiàn)代生命科學(xué)新理論、新知識(shí)、新成果不斷進(jìn)入高中生物課程，成為當(dāng)今學(xué)生必須了解和掌握的內(nèi)容時(shí)，課堂教學(xué)模式如果不作出新的調(diào)整和改變，將離培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)意識(shí)和較為開闊國際視野、具有很強(qiáng)動(dòng)手能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力新時(shí)代人才的目標(biāo)會(huì)越來越遠(yuǎn)。

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》關(guān)于“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”中指出：“遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面?！⒅貙W(xué)思結(jié)合。倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛好，營造獨(dú)立思考、自由探索的良好環(huán)境?！币虼?，當(dāng)前課堂教學(xué)改革必須扭轉(zhuǎn)單純地依賴PPT、書本、講授、習(xí)題的不利于學(xué)生發(fā)展的模式，已經(jīng)成為專家和基層教師的共識(shí);但從哪里進(jìn)行突破？如何突破？經(jīng)過分析和思考，2014年以來，自主研發(fā)適合高中生物課堂教學(xué)的學(xué)具（目前研制的學(xué)具主要是永久模型組件學(xué)具）。學(xué)具是供學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，由學(xué)生操作使用的模型、實(shí)物、圖表等的統(tǒng)稱;讓學(xué)生能在課堂學(xué)習(xí)中，通過動(dòng)手、動(dòng)腦、探索，理解、思考、實(shí)踐，互助、思辨，運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和原理，探究生命科學(xué)的真諦，真正實(shí)踐本輪課程改革倡導(dǎo)和要求的“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神”。

課題：中心法則中關(guān)于DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等相關(guān)問題。

分組：每小組4人;組內(nèi)每2人為一小小組。

材料：每組發(fā)2套學(xué)具（五碳糖、磷酸各20個(gè)，同位素標(biāo)記磷酸2個(gè)，A、T、C、G各5個(gè)，另發(fā)U6個(gè)）。

課前教師先讓幾名學(xué)生準(zhǔn)備對(duì)“中心法則”的理解和存在的疑問。課堂上，首先讓學(xué)生代表利用PPT闡述自己的認(rèn)識(shí)，并提出疑問。然后，教師讓學(xué)生帶著問題開展活動(dòng)。

活動(dòng)1：建構(gòu)DNA分子模型（每2名學(xué)生為組）。

學(xué)生思考與動(dòng)手：

（1） 建構(gòu)DNA的基本單位，比較它們的共同之處及區(qū)別。

（2） 建構(gòu)DNA單鏈片段。

（3） 根據(jù) ? 原則，形成 ? DNA片段，形成平面結(jié)構(gòu)。

（4） 和周圍的同學(xué)比較一下，各自的DNA分子是否相同？如果不同，不同之處在于哪里？這體現(xiàn)了DNA分子的什么特點(diǎn)？

（5） 比較構(gòu)建的DNA片段中嘧啶和嘌呤數(shù)量上關(guān)系。

（6） DNA中堿基對(duì)的排列順序代表了其中蘊(yùn)含了什么？

（7） 觀察DNA的兩條單鏈，其方向上呈現(xiàn)怎樣的關(guān)系？

（8） 嘗試建構(gòu)DNA的空間結(jié)構(gòu)。

圍繞學(xué)案上的問題串，學(xué)生思考，組內(nèi)討論，動(dòng)手建構(gòu)模型，觀察模型，相互糾錯(cuò)。教師在該過程中觀察學(xué)生小組，發(fā)現(xiàn)問題，和學(xué)生一起討論。在發(fā)現(xiàn)有小組構(gòu)建的脫氧核苷酸有誤時(shí)，通過投影讓各組討論分析，并讓小組派代表指出問題，糾錯(cuò)。這個(gè)過程中，教師也可針對(duì)學(xué)生的操作，提出問題，讓學(xué)生回答。有不同意見小組可以爭(zhēng)論。當(dāng)學(xué)生將自己建構(gòu)的DNA雙螺旋分子片段展現(xiàn)時(shí)，露出了發(fā)自心底自信的微笑。在此基礎(chǔ)上，教師投影討論例題，以對(duì)照實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)DNA分子模型結(jié)構(gòu)的理解，反思自己建構(gòu)時(shí)存在的問題。

【例1】 圖1是某小組建構(gòu)的含兩對(duì)核苷酸的DNA分子片段，有關(guān)評(píng)價(jià)正確的是（ ?）

A. 結(jié)構(gòu)上沒有錯(cuò)誤，物質(zhì)組成有錯(cuò)

B. 有一處錯(cuò)誤，應(yīng)將U換成T

C. 如果畫的是雙鏈RNA應(yīng)該是對(duì)的

D. 至少有三類（種）錯(cuò)誤

選用這一例題的目的是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注DNA分子建構(gòu)中的一些關(guān)鍵問題以及易犯的錯(cuò)誤，以期達(dá)到反思鞏固的效果。在建構(gòu)DNA分子模型的基礎(chǔ)上，教師提出：DNA分子攜帶的遺傳信息又是如何傳遞的？以此引出活動(dòng)2。

活動(dòng)2：模擬DNA復(fù)制過程（以4人小組為單位）。

學(xué)生思考與動(dòng)手：

（1） 小組內(nèi)保留一個(gè)已經(jīng)建構(gòu)的DNA片段，并將母鏈標(biāo)記;另一個(gè)分解成脫氧核苷酸。

（2） 教師提示學(xué)生重溫DNA復(fù)制的程序。

（3） 提問：DNA分子復(fù)制的特點(diǎn)是什么？

（4） 由小組為單位，完成復(fù)制，觀察新形成的兩個(gè)子代DNA分子片段相同嗎？與親代DNA相同嗎？為什么？

（5） 若母鏈被32P標(biāo)記，復(fù)制發(fā)生在31P環(huán)境，子代DNA的放射性如何？如果復(fù)制2代呢？N代呢？

各組按要求在討論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用學(xué)具模擬DNA分子復(fù)制的過程，解旋打開雙螺旋，以游離的脫氧核苷酸根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則連接到母鏈，構(gòu)成堿基對(duì)，而后在縱鏈上形成磷酸二酯鍵，完成單鏈的建構(gòu)，最后形成兩個(gè)新的子代DNA分子（片段）。整個(gè)模型建構(gòu)的過程，既做中學(xué)，深化對(duì)DNA復(fù)制知識(shí)的理解，又學(xué)中做，培養(yǎng)增強(qiáng)了實(shí)踐動(dòng)手能力。這一教學(xué)過程使學(xué)生從單純知曉、記憶書本理論知識(shí)，提升到學(xué)會(huì)運(yùn)用書本知識(shí)，指導(dǎo)自己模型建構(gòu)的實(shí)踐。這一過程培養(yǎng)了學(xué)生的心智，提升了學(xué)生對(duì)理論的理解，實(shí)現(xiàn)了原理的內(nèi)化，對(duì)學(xué)生建立自己的知識(shí)體系提供了更豐富的客觀情境。在學(xué)生完成DNA分子復(fù)制模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上，期望學(xué)生能進(jìn)一步深化、拓展對(duì)這一過程的理解與應(yīng)用，因此提供了例題2。

【例2】 如圖2為真核細(xì)胞DNA復(fù)制示意圖，下列說法中錯(cuò)誤的是（ ?）

A. 圖中體現(xiàn)了邊解旋邊復(fù)制和半保留復(fù)制的特點(diǎn)

B. 酶1可以使堿基對(duì)之間的氫鍵打開

C. 若母鏈中原有100個(gè)堿基對(duì)，T為30個(gè)，則本次復(fù)制需要C為20個(gè)

D. 甲與乙的分開應(yīng)在有絲分裂后期或減數(shù)第二次分裂后期

例題中的D項(xiàng)將DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂聯(lián)系起來，拓展了知識(shí)之間的聯(lián)系，啟發(fā)學(xué)生將孤立的知識(shí)聯(lián)系起來，有利于內(nèi)化形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，這一做法得到專家的充分肯定。

在此基礎(chǔ)上，教師提出：根據(jù)中心法則，當(dāng)DNA分子通過復(fù)制，遺傳信息傳遞給子代DNA后，如何才能表達(dá)？以此引出模擬轉(zhuǎn)錄過程模型建構(gòu)。

活動(dòng)3：模擬轉(zhuǎn)錄過程（以4人小組為單位）。

學(xué)生思考與動(dòng)手：

（1） 轉(zhuǎn)錄的模板是 ? ? ? ;原料是

;轉(zhuǎn)錄時(shí)堿基之間配對(duì)遵循的原則是 ? ? ? ? ? 。

（2） 轉(zhuǎn)錄的意義是什么？

。

（3） 模擬轉(zhuǎn)錄過程：

① 打開 ? ? ?;②根據(jù) ? ? 形成脫氧核苷酸——核糖核苷酸對(duì);

③ 建構(gòu) ? ?片段;

④ ? ? 與模板鏈脫離。

（4） 轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的區(qū)別主要在于

。

（5） 什么是密碼子？ ? ? ? 。密碼子和遺傳信息有什么區(qū)別與關(guān)系？ ? ? ? ? 。

從檢索的結(jié)果看，目前國內(nèi)已開發(fā)的相關(guān)學(xué)具的功能僅能實(shí)現(xiàn)DNA分子的建構(gòu)，至多實(shí)現(xiàn)DAN分子復(fù)制，但從遺傳學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的完整性以及學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解掌握方面非常不夠。所以，經(jīng)過研究，開發(fā)并不斷完善的這套學(xué)具模型，增添了能實(shí)現(xiàn)DNA轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制，乃至逆轉(zhuǎn)錄等相關(guān)功能;力圖通過模擬真實(shí)情境，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生應(yīng)用知識(shí)原理，實(shí)現(xiàn)模型建構(gòu)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐融通的比較理想的效果。在以上三個(gè)學(xué)生模型建構(gòu)活動(dòng)的基礎(chǔ)上，提供例3，以期使學(xué)生對(duì)上述知識(shí)原理有一個(gè)綜合應(yīng)用、提煉的機(jī)會(huì)。

【例3】 圖3中的甲和乙為中心法則中兩個(gè)過程的示意圖。圖丙為上述兩圖中某一片段的放大示意。以下說法正確的是（ ?）

A. 酶1酶2酶3分別是解旋酶，DNA聚合酶RNA聚合酶

B. 丙圖是甲圖的局部放大

C. 丙圖中有2種五碳糖，5種堿基，5種核苷酸

D. 真核細(xì)胞中甲圖和乙圖所示過程主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)

通過本題的思考討論，促使學(xué)生對(duì)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄過程、產(chǎn)物、模板、酶的種類、兩類核苷酸的基本組成，以及復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的發(fā)生過程等容易混淆的多角度、多知識(shí)點(diǎn)問題梳理和總結(jié)歸納，實(shí)現(xiàn)了思維層次的轉(zhuǎn)換和提升。

最后，教師提供一組綜合性較強(qiáng)的訓(xùn)練題，對(duì)本課涉及的相關(guān)知識(shí)原理進(jìn)行了梳理和歸納和發(fā)散，以鞏固本課通過理論指導(dǎo)下開展自主學(xué)習(xí)，嘗試模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)成果。這組訓(xùn)練題從學(xué)生實(shí)際水平出發(fā)，其難度稍低于或基本接近高考試題的要求，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生認(rèn)知和能力的進(jìn)一訓(xùn)練和提升。因?yàn)檎n時(shí)容量的限制，本課未安排“翻譯”這一內(nèi)容的教學(xué);輔以已經(jīng)開發(fā)的氨基酸及多肽學(xué)具模型，這一內(nèi)容可基于學(xué)具應(yīng)用加以解決。

在整堂課教學(xué)過程中，學(xué)生始終是帶著問題，邊思考討論，邊模擬建構(gòu)，有不同意見還會(huì)進(jìn)行爭(zhēng)論，發(fā)現(xiàn)問題和錯(cuò)誤后，展開探討，在學(xué)生之間或師生之間進(jìn)行交流。教師在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，并不過多地給學(xué)生展示、提示或是暗示，而是讓學(xué)生自主地探究，在錯(cuò)誤中發(fā)現(xiàn)問題，在思考中討論問題，得出自己的結(jié)論;在探索中深化對(duì)知識(shí)和原理的理解，在交流中懂得合作;在動(dòng)腦動(dòng)手中學(xué)會(huì)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，在觀察和體驗(yàn)中增添智慧，獲得發(fā)展;在動(dòng)手中體驗(yàn)了理論聯(lián)系實(shí)際，感受到了成功的快樂。