基于“5E”教学模式下“DNA是主要的遗传物质”一节的教学过程设计

李华义 陈世军

摘要：采用“5E”教学模式对“DNA是主要的遗传物质”这一节内容进行教学过程设计，灵活运用“引入”“探究”“解释”“迁移”“评价”五个环节，设计“肺炎双球菌的转化实验”和“噬菌体侵染细菌的实验”两个实验探究，提出问题、小组讨论、小组展示，得出实验结论，最后让学生设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

关键词：“5E”教学模式；DNA；遗传物质；教学过程

中图分类号：G633.91文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）04-0099

“DNA是主要的遗传物质”一节是人教版必修二第三章基因本质中的第一节内容，该节主要包括肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌实验，这两个实验是本节重难点。通过对这两个实验的教学，可以培养学生的探究能力。如汪英[1]用“自主、探究、合作”的方法，引导学生模拟科学发现过程。朱建玲[2]在该节教学中，提高了学生设计实验的能力。尽管如此，以上两类教学设计在学生实验探究能力的培养方面还不够完善。“5E”教学是基于建构主义教学理论的教学模式。该模式注重以学生为中心，即以学生活动为中心。有研究者表明，该模式能够很好地培养学生科学探究的各方面能力[3]。因此，本文采用“5E”教学模式来设计“DNA是主要的遗传物质”这一节。

一、“5E”教学模式的简介

“5E”教学模式中的“5E”是指引入（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation），五个英文单词的首字母。该模式将探究作为一条主线，贯穿于整个教学模式。其“引入”环节主要是教师创造情境或活动吸引学生的注意力。“探究”环节是教师提供活动，并且引导学生开展探究活动，让学生在探究活动中获得知识或技能。“解释”环节是给学生提供一个阐明观点和想法的机会，让学生可以解释对知识的理解或对探究过程和结果的展示。“迁移”环节是扩展学生对知识的理解和技巧。“评价”环节是给学生提供相互点评的机会，这里的点评既可以是对自己的点评也可以是学生间的点评。

从该模式的内涵可以看出，遵循建构主义理论，即整个教学过程虽是教师为引导，但却以学生为主体，教师设置情景、抛出问题、选取活动、进行评价，而学生在进行交流、探究、构建知识等[4]。除此之外，在课堂的交流中语言表达能力得到良好的提高。

二、教学目标

学生通过本节的学习，应达到以下目标。

1.通过探究“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”，一步一步地知道并确定DNA是遗传物质。学会设计实验，证明“烟草花叶病毒”的遗传物质是RNA。最终通过对比归纳得出DNA是主要的遗传物质。

2.通过学习“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染细菌实验”，清楚科学研究的一般方法和步骤。

三、教学流程

1.引入

设计意图：通过这种提问导入新课并制造悬念，使学生注意力集中。

教师行为：利用“种瓜得瓜，种豆得豆”和“龙生龙，凤生凤，老鼠生的儿子会打洞”，这两句话体现了生物的基本特征之一——遗传。那么什么是遗传物质呢？怎么来证明DNA就是遗传物质呢？

2.探究

（1）第一次探究（肺炎双球菌的体内转化实验）

设计意图：以解决问题的方法，使学生寻求答案过程中整理思路，学生的逻辑思维得以训练。寻找问题答案采用小组相互讨论的形式，让学生在讨论中获得更多信息，同时也学会尊重别人。除此之外，教师还可以培养学生相互合作的精神。在解决问题的过程中培养学生的分析能力和形成结论能力。

教师行为：先对肺炎双球菌进行充分了解。再带着问题阅读教材，展示问题进行交流讨论：①实验先进行第一、二组的目的是什么？可否直接进行第四组实验？②用“条件—结果”分析法分析（不一样的条件导致的结果不同），分别阐明第一组和第二组、第二组和第三组、第三组和第四组实验各说明了什么？③该实验有无证明DNA是遗传物质？该实验结论是什么？

（2）第二次探究（肺炎双球菌的体外转化实验）

设计意图：通过问学生设计DNA和DNA水解酶这组实验有没有必要性，培养学生的反思能力。除此之外，肺炎双球菌的体外转化实验对学生的分析能力也有进一步培养，同时也为了让学生通过对该实验的学习，初步学会怎样设计实验思路。

教师行为：利用“这种转化因子究竟是什么呢？”引出艾弗里做的肺炎双球菌的体外转化实验，利用幻灯片展示该实验的做法及现象（如3.1图）。让其观察实验的演示过程，结合课本，讨论以下四个问题：①实验过程中①②③④步說明了什么？⑤⑥⑦步说明了什么？②艾弗里等人在做第①-⑦步实验时发现，该实验的步骤不是很严密，还不能说明DNA就是转化因子，所以艾弗里等人设计了第⑧步实验，用酶来处理DNA，使DNA水解，结果发现在培养基中没有出现S型细菌。请问艾弗里等人做第⑧步实验有必要性吗？必要性是什么呢？③这个实验的关键设计思路是什么？④通过上述实验，能证明DNA是主要的遗传物质而蛋白质不是遗传物质吗？

设计意图：通过相互讨论，学生对实验有更好的理解，除此之外，对学生分析能力、形成结论能力，以及学会实验设计的思路及过程等方面进行训练。

教师行为：首先引导学生了解T2噬菌体这种病毒的结构模式图，之后让学生思考带着问题（进入细菌体内的是什么？什么结构留在外面？出来的是什么？）观看噬菌体侵染细菌的视频。再向学生介绍放射性同位素标记法及标记噬菌体方法以及赫尔希和蔡斯的实验。让学生结合课本，分析、讨论相关问题：①实验为什么选择噬菌体作为实验材料？②为什么要选择35S和32P这两种同位素对噬菌体的蛋白质和DNA进行分别标记？用14C和18O同位素标记可行吗？③实验中有搅拌和离心步骤，这两个步骤的目的分别是什么？④35S标记的噬菌体实验中，在沉淀物中为什么会有放射性？⑤噬菌体被32P标记的实验中，为什么在上清液中有少量的放射性？⑥该实验的设计思路是什么？⑦这个实验说明可以作为遗传物质应具有哪些特性？该实验得到什么结论？

3.解释

（1）第一次解释（肺炎双球菌的体内转化实验）

设计意图：让小组展示讨论结果，同时阐述本小组的看法，该环节可以了解学生的想法，更加充分地发挥学生主体地位，有利于知识的吸收，培养学生的归纳总结能力。

教师行为：组织学生展示小组讨论的结果，然后再进行纠正：①第一组和第二组实验主要为了说明R型细菌和S型细菌各自的作用，同时这两组实验也起对照的作用，还可以排除其他原因使小鼠死亡。所以不可以直接跳到第四组实验。②第一组实验和第二组实验说明了R型活细菌中没含有使小鼠致死的物质，S型活细菌中含有使小鼠致死的物质；第二组实验和第三组实验说明了死亡的S型细菌中没含有使小鼠致死的物质；第三组实验和第四组实验说明了在加热杀死的S型细菌体内含有使R型活细菌转化为S型活细菌的物质。③没有。该实验结论是在已加热杀死的S型细菌中含有某种物质，使R型细菌转化为S型细菌，这种物质称为“转化因子”。

（2）第二次解释（肺炎双球菌的体外转化实验）

设计意图：通过相关讨论，让小组的讨论结果得到展示，是为了培养学生的归纳能力与语言表达能力。

教师行为：组织学生展示小组讨论的结果，然后再进行纠正：①实验过程中①②③④步说明了转化因子不是S型细菌中的多糖、脂质、蛋白质和RNA，因为①②③④步实验的结果都是只产生R型活细菌；⑤⑥⑦步则说明了转化因子可能是S型细菌中的DNA。②有必要性，做第⑧步实验的必要性在于是DNA本身，并不是DNA的化学组成单位使细菌发生了转化。③设计思路是单独观察DNA、蛋白质等物质的作用。④该实验证明DNA是遗传物质，不能证明DNA是主要的遗传物质。最后【总结】所以这个实验的巧妙之处是控制变量原则，将多个变量分解为单个变量进行研究，以确认实验结果究竟与何因素有关。这个实验的结论是DNA是遗传物质，而蛋白质不是遗传物质。

（3）第三次解释（噬菌体侵染细菌的实验）

设计意图：通过相关问题的讨论，让学生归纳自己小组的想法，向同学们展示自己小组的讨论结果同时阐述自己小组的看法，在过程中使学生能更好地理解实验。

教师行为：组织学生展示小组讨论的结果，然后再进行纠正：①因为探究的是遗传物质是DNA还是蛋白质，而噬菌体是病毒，只含有DNA和蛋白质，排除了其他物质的干扰。②原因是P元素是DNA的组成元素中的特有元素；S元素是在蛋白质中特有元素。不可行，主要原因是在DNA和蛋白质中组成元素都有。③搅拌的目的是使噬菌体与细菌分离；离心的目的是为了发生分层。④搅拌不充分，个别35S标记的蛋白质外壳没有和大肠杆菌分离而随其到了沉淀物中。⑤与保温时间长短有关。⑥该实验的设计思路是分别单独观察DNA与蛋白质各自的作用。⑦该实验说明能够作为遗传物质应具有的特性有能够进行自我复制、具有连续性、能够指导蛋白质的合成。这个实验的结论是DNA是遗传物质。

（4）迁移

设计意图：通过实验的学习，设计实验，使学生学以致用。

教师行为：利用“DNA是唯一的遗传物质吗？”这个问题引出遗传物质是RNA的烟草花叶病毒，介绍这种病毒的结构及成分，之后抛出问题：怎样设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质到底是RNA还是蛋白质呢？组织学生小组代表展示设计的实验。之后再例举动物和人的遗传物质是DNA、植物的遗传物质是DNA、细菌的遗传物质是DNA、病毒的遗传物质是DNA或RNA，通过对比得出结论：“DNA是主要的遗传物质”。

（5）评价

设计意图：在学生设计好实验后，应给予回应，鼓励会使学生的学习更有兴趣和动力。

教师行为：组织学生进行点评，每个小组的实验优点和不足，并筛选出最好的小组实验设计，给予一定的奖励和鼓励。

4.教学反思

“DNA是主要的遗传物质”这一节内容采用“5E”教学模式设计教学过程，既可以引导学生了解科学研究的一般方法，还可以让学生初步学会实验设计，同时还能培养学生的探究能力。除了在“DNA是主要的遗传物质”这一节可以采用“5E”教学模式设计外，还可以在其他教学内容采用。例如在“基因頻率改变与生物进化”这一节[5]，在该节中，“5E”教学模式可以在数理探究教学中提供可操作的有力的支持，在质疑中主动探究，在探究中解决疑问，在获得新知的基础上提升新知应用的能力，从而使得数理探究的过程更加条理化、直观化、科学化。除此之外，在“制作DNA双螺旋结构模型”这一节[6]，采用“5E”教学模式教学中可以培养学生的动手、动脑能力等。

参考文献：

[1]汪英.“DNA是主要的遗传物质”一节的教学设计[J].教育现代化，2017，4（50）：200-202.

[2]朱建玲.“DNA是主要的遗传物质”一课的教学设计[J].学知报·教学论坛，2010（12）.

[3]王健，李秀菊.5E教学模式的内涵及其对我国理科教育的启示[J].生物学通报，2012，47（3）：39-42.

[4]袁维新.概念转变理论及其对当代科学教育的启示[J].外国教育研究，2009，233（11）：11-16.

[5]郑世辉.基于5E模式的“基因频率改变与生物进化”教学设计[J].生物学教学，2018，43（9）：41-42.

[6]陈坤.“5E”教学模式在“制作DNA双螺旋结构模型”中的应用[J].中学生物教学，2017（4）：37-39.

（作者单位：贵州省铜仁市第八中学554300）