“遗传信息的传递”一节的科学探究式教学设计

陈旭

摘 要：教师提供资料素材，为学生搭建知识支架，以“问题式导学”方式激发学生对DNA复制方式与机理的研究学习，提高科学探究素养。

关键词：半保留复制科学探究染色体分配

1.教材分析及设计思路

“遗传信息的传递”是浙科版生物学教材必修2第三章第三节内容，主要包括DNA半保留复制机理、DNA复制方式的科学探究实验、真核细胞分裂与DNA复制的综合分析、以及DNA复制的意义等。

其中DNA半保留复制机理、和DNA复制方式的科学探究实验是这节内容的重点，真核细胞分裂与DNA复制的综合分析是难点。在新课教学中要注意引导学生观察对比文字、静图、视频等素材，理解“半保留复制”过程，鼓励动手绘制细胞分裂中染色体复制和分配模型，并尝试站在实验设计者的角度体会探究实验的目的和过程。

为此，笔者在教学中以“问题导学法”为指引，以教材图片及文字为基础，以科学史资料和视频为辅助，将“遗传信息传递”的核心知识设置成形式多样的问题与求解过程，实现以学生为主体的揭秘式学习，深化知识理解。

2.教学目标

2.1生命观念目标：掌握DNA半保留复制方式，为中心法则的理解做好铺垫。

2.2理性思维目标：构建DNA半保留复制的图像模型，应用模型分析染色体的复制与分配。

2.3科学探究目标：分析DNA复制方式的探究实验中不同假设下可能的结果，挖掘问题。

2.4社会责任目标：能科学解释生物界普遍存在的遗传现象。

3.教学过程

3.1创设情境，导入课题

抓取每个人都与其父母长相相似的生活情境，引起学生对DNA复制意义的关注，激起对DNA复制方式与机理的兴趣，从而去探寻、去思考：DNA是以什么样的方式实现精确复制的？

3.2探究猜想，揭秘课题

3.2.1提出问题，验证假设遵循科学史发展逻辑，笔者先利用图文资料介绍当时科学界对DNA复制方式的3种假说——半保留复制、全保留复制、弥散复制（图1），再介绍密度梯度离心技术以及含有不同氮元素的DNA分子在离心管中的位置（图2），最后交代在15NH4Cl或14NH4Cl溶液中培养大肠杆菌、研究DNA的实验流程。

在以实验为依据推断复制方式时，设置以下几个问题：你认为哪种复制方式的猜想最可能符合实际？实验中将大肠杆菌转移到14NH4Cl中培养到第1代时，3种猜想下的预测结果分别是怎样的？需要培养到第几代，可最终确定复制方式？若改为对DNA解旋后再离心分析，可以确定复制方式吗？

通过上述一系列问题串的设置、资料呈现的方法，解决了对DNA复制方式的讨论。过程中更是鼓励、引导学生尝试用实验逻辑思维解决科学问题，并了解技术是推动科学发展的基本保障。然后再设置相应习题，加深理解。

3.2.2探明机理，呈现核心笔者预先准备有半保留复制动画视频、多起点复制和半不连续复制（冈崎片段）静图，和一些DNA复制有关的数据资料。通过系列素材为学生搭建支架，引导学生主动发现、走近DNA复制的底层机理中。

在解决DNA复制基本过程这一问题时，以视频资料（图3）辅助，设置以下几个问题：DNA半保留复制的模板、原料是什么？主要涉及哪几种酶？分别催化哪些反应？DNA复制的关键环节有哪些？DNA复制可能发生在细胞何处、何时？

在解决DNA复制特点这一问题时，抛出DNA长度（36mm）、子链延伸速率（4μm/min）、实际时间（40min）三个数据，激发学生思考快速复制的可能机制，然后借助经典的复制模式图（图4）进行讨论。学生的讨论围绕着以下几个问题：如何判断复制起点和模板DNA解旋方向？为什么子链会进行半不连续复制？DNA能精确复制的原因是什么？

上述一系列问题的解决，除了对半不连续复制这一特点，需要笔者加以适当说明外，其他不需要笔者赘述，学生根据所给资料和动画，即较容易理解复制过程和基本条件。上述从直观到抽象的学习环节设置，符合一般的知识学习逻辑，有利于提高学生的学习热情和课堂参与度，培养其理性思维能力。

3.2.3迁移应用，提升能力针对DNA半保留复制与DNA分子结构、细胞分裂中染色体行为整合为一体的问题解决，是对DNA复制机理的提升应用。前者基于对DNA结构的分析理解，较直观易懂，后者对细胞分裂的理解提出了较高要求。

在解决这一教学难点时，设立情境如下：某细胞（15N标记其DNA）在仅含14N的培养液中完成2次有丝分裂、或1次减数分裂的过程中，复制所形成的各条染色单体所含DNA分子含有幾条15N标记的单链？一次分裂结束子细胞中有几条染色体带标记？有几个子细胞含有带标记的染色体？欲解决上述问题，须借助“图像模型法”来进行分析（图5）。要求学生自行动笔绘制DNA复制前后情况，而不是被动等待接受教师思路。而教师要充分允许学生在试错、讨论后，主动得出正确的结论。

第三代细胞可能有2种结果，即结果1、结果2。

这部分任务对学生要求较高，教师需要给予必要的且清晰的素材背景，更要“引诱”学生暴露出一些源自定式思维和易混淆概念的分析错点，才能触发学生对问题的思考和辨析。此后，学生便可基于相同思路顺利解决“BrdU色差染色体”观察实验中的相关问题。

3.3巧用知识网络，总结课题

知识网络图可以将整节课的众多核心概念及递进关系以直观形式表达出来。在本节课结束时，要求学生以小组为单位，构建以“遗传信息传递——DNA复制”为核心的知识网络图，借此完成对这节课题内容的梳理总结。

参考文献：

【1】谢兆辉.基因概念的演绎[J]. 遗传. 2010（05）