“遺傳信息的傳遞”一節(jié)的科學探究式教學設計

陳旭

摘 要：教師提供資料素材，為學生搭建知識支架，以“問題式導學”方式激發(fā)學生對DNA復制方式與機理的研究學習，提高科學探究素養(yǎng)。

關鍵詞：半保留復制科學探究染色體分配

1.教材分析及設計思路

“遺傳信息的傳遞”是浙科版生物學教材必修2第三章第三節(jié)內(nèi)容，主要包括DNA半保留復制機理、DNA復制方式的科學探究實驗、真核細胞分裂與DNA復制的綜合分析、以及DNA復制的意義等。

其中DNA半保留復制機理、和DNA復制方式的科學探究實驗是這節(jié)內(nèi)容的重點，真核細胞分裂與DNA復制的綜合分析是難點。在新課教學中要注意引導學生觀察對比文字、靜圖、視頻等素材，理解“半保留復制”過程，鼓勵動手繪制細胞分裂中染色體復制和分配模型，并嘗試站在實驗設計者的角度體會探究實驗的目的和過程。

為此，筆者在教學中以“問題導學法”為指引，以教材圖片及文字為基礎，以科學史資料和視頻為輔助，將“遺傳信息傳遞”的核心知識設置成形式多樣的問題與求解過程，實現(xiàn)以學生為主體的揭秘式學習，深化知識理解。

2.教學目標

2.1生命觀念目標：掌握DNA半保留復制方式，為中心法則的理解做好鋪墊。

2.2理性思維目標：構建DNA半保留復制的圖像模型，應用模型分析染色體的復制與分配。

2.3科學探究目標：分析DNA復制方式的探究實驗中不同假設下可能的結果，挖掘問題。

2.4社會責任目標：能科學解釋生物界普遍存在的遺傳現(xiàn)象。

3.教學過程

3.1創(chuàng)設情境，導入課題

抓取每個人都與其父母長相相似的生活情境，引起學生對DNA復制意義的關注，激起對DNA復制方式與機理的興趣，從而去探尋、去思考：DNA是以什么樣的方式實現(xiàn)精確復制的？

3.2探究猜想，揭秘課題

3.2.1提出問題，驗證假設遵循科學史發(fā)展邏輯，筆者先利用圖文資料介紹當時科學界對DNA復制方式的3種假說——半保留復制、全保留復制、彌散復制（圖1），再介紹密度梯度離心技術以及含有不同氮元素的DNA分子在離心管中的位置（圖2），最后交代在15NH4Cl或14NH4Cl溶液中培養(yǎng)大腸桿菌、研究DNA的實驗流程。

在以實驗為依據(jù)推斷復制方式時，設置以下幾個問題：你認為哪種復制方式的猜想最可能符合實際？實驗中將大腸桿菌轉移到14NH4Cl中培養(yǎng)到第1代時，3種猜想下的預測結果分別是怎樣的？需要培養(yǎng)到第幾代，可最終確定復制方式？若改為對DNA解旋后再離心分析，可以確定復制方式嗎？

通過上述一系列問題串的設置、資料呈現(xiàn)的方法，解決了對DNA復制方式的討論。過程中更是鼓勵、引導學生嘗試用實驗邏輯思維解決科學問題，并了解技術是推動科學發(fā)展的基本保障。然后再設置相應習題，加深理解。

3.2.2探明機理，呈現(xiàn)核心筆者預先準備有半保留復制動畫視頻、多起點復制和半不連續(xù)復制（岡崎片段）靜圖，和一些DNA復制有關的數(shù)據(jù)資料。通過系列素材為學生搭建支架，引導學生主動發(fā)現(xiàn)、走近DNA復制的底層機理中。

在解決DNA復制基本過程這一問題時，以視頻資料（圖3）輔助，設置以下幾個問題：DNA半保留復制的模板、原料是什么？主要涉及哪幾種酶？分別催化哪些反應？DNA復制的關鍵環(huán)節(jié)有哪些？DNA復制可能發(fā)生在細胞何處、何時？

在解決DNA復制特點這一問題時，拋出DNA長度（36mm）、子鏈延伸速率（4μm/min）、實際時間（40min）三個數(shù)據(jù)，激發(fā)學生思考快速復制的可能機制，然后借助經(jīng)典的復制模式圖（圖4）進行討論。學生的討論圍繞著以下幾個問題：如何判斷復制起點和模板DNA解旋方向？為什么子鏈會進行半不連續(xù)復制？DNA能精確復制的原因是什么？

上述一系列問題的解決，除了對半不連續(xù)復制這一特點，需要筆者加以適當說明外，其他不需要筆者贅述，學生根據(jù)所給資料和動畫，即較容易理解復制過程和基本條件。上述從直觀到抽象的學習環(huán)節(jié)設置，符合一般的知識學習邏輯，有利于提高學生的學習熱情和課堂參與度，培養(yǎng)其理性思維能力。

3.2.3遷移應用，提升能力針對DNA半保留復制與DNA分子結構、細胞分裂中染色體行為整合為一體的問題解決，是對DNA復制機理的提升應用。前者基于對DNA結構的分析理解，較直觀易懂，后者對細胞分裂的理解提出了較高要求。

在解決這一教學難點時，設立情境如下：某細胞（15N標記其DNA）在僅含14N的培養(yǎng)液中完成2次有絲分裂、或1次減數(shù)分裂的過程中，復制所形成的各條染色單體所含DNA分子含有幾條15N標記的單鏈？一次分裂結束子細胞中有幾條染色體帶標記？有幾個子細胞含有帶標記的染色體？欲解決上述問題，須借助“圖像模型法”來進行分析（圖5）。要求學生自行動筆繪制DNA復制前后情況，而不是被動等待接受教師思路。而教師要充分允許學生在試錯、討論后，主動得出正確的結論。

第三代細胞可能有2種結果，即結果1、結果2。

這部分任務對學生要求較高，教師需要給予必要的且清晰的素材背景，更要“引誘”學生暴露出一些源自定式思維和易混淆概念的分析錯點，才能觸發(fā)學生對問題的思考和辨析。此后，學生便可基于相同思路順利解決“BrdU色差染色體”觀察實驗中的相關問題。

3.3巧用知識網(wǎng)絡，總結課題

知識網(wǎng)絡圖可以將整節(jié)課的眾多核心概念及遞進關系以直觀形式表達出來。在本節(jié)課結束時，要求學生以小組為單位，構建以“遺傳信息傳遞——DNA復制”為核心的知識網(wǎng)絡圖，借此完成對這節(jié)課題內(nèi)容的梳理總結。

參考文獻：

【1】謝兆輝.基因概念的演繹[J]. 遺傳. 2010（05）