陳旭

摘 要：教師提供資料素材，為學(xué)生搭建知識(shí)支架，以“問題式導(dǎo)學(xué)”方式激發(fā)學(xué)生對(duì)DNA復(fù)制方式與機(jī)理的研究學(xué)習(xí)，提高科學(xué)探究素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：半保留復(fù)制科學(xué)探究染色體分配

1.教材分析及設(shè)計(jì)思路

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

其中DNA半保留復(fù)制機(jī)理、和DNA復(fù)制方式的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)是這節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)，真核細(xì)胞分裂與DNA復(fù)制的綜合分析是難點(diǎn)。在新課教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生觀察對(duì)比文字、靜圖、視頻等素材，理解“半保留復(fù)制”過程，鼓勵(lì)動(dòng)手繪制細(xì)胞分裂中染色體復(fù)制和分配模型，并嘗試站在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者的角度體會(huì)探究實(shí)驗(yàn)的目的和過程。

為此，筆者在教學(xué)中以“問題導(dǎo)學(xué)法”為指引，以教材圖片及文字為基礎(chǔ)，以科學(xué)史資料和視頻為輔助，將“遺傳信息傳遞”的核心知識(shí)設(shè)置成形式多樣的問題與求解過程，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的揭秘式學(xué)習(xí)，深化知識(shí)理解。

2.教學(xué)目標(biāo)

2.1生命觀念目標(biāo)：掌握DNA半保留復(fù)制方式，為中心法則的理解做好鋪墊。

2.2理性思維目標(biāo)：構(gòu)建DNA半保留復(fù)制的圖像模型，應(yīng)用模型分析染色體的復(fù)制與分配。

2.3科學(xué)探究目標(biāo)：分析DNA復(fù)制方式的探究實(shí)驗(yàn)中不同假設(shè)下可能的結(jié)果，挖掘問題。

2.4社會(huì)責(zé)任目標(biāo)：能科學(xué)解釋生物界普遍存在的遺傳現(xiàn)象。

3.教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課題

抓取每個(gè)人都與其父母長相相似的生活情境，引起學(xué)生對(duì)DNA復(fù)制意義的關(guān)注，激起對(duì)DNA復(fù)制方式與機(jī)理的興趣，從而去探尋、去思考：DNA是以什么樣的方式實(shí)現(xiàn)精確復(fù)制的？

3.2探究猜想，揭秘課題

3.2.1提出問題，驗(yàn)證假設(shè)遵循科學(xué)史發(fā)展邏輯，筆者先利用圖文資料介紹當(dāng)時(shí)科學(xué)界對(duì)DNA復(fù)制方式的3種假說——半保留復(fù)制、全保留復(fù)制、彌散復(fù)制（圖1），再介紹密度梯度離心技術(shù)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(shí)驗(yàn)流程。

在以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)推斷復(fù)制方式時(shí)，設(shè)置以下幾個(gè)問題：你認(rèn)為哪種復(fù)制方式的猜想最可能符合實(shí)際？實(shí)驗(yàn)中將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14NH4Cl中培養(yǎng)到第1代時(shí)，3種猜想下的預(yù)測結(jié)果分別是怎樣的？需要培養(yǎng)到第幾代，可最終確定復(fù)制方式？若改為對(duì)DNA解旋后再離心分析，可以確定復(fù)制方式嗎？

通過上述一系列問題串的設(shè)置、資料呈現(xiàn)的方法，解決了對(duì)DNA復(fù)制方式的討論。過程中更是鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生嘗試用實(shí)驗(yàn)邏輯思維解決科學(xué)問題，并了解技術(shù)是推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的基本保障。然后再設(shè)置相應(yīng)習(xí)題，加深理解。

3.2.2探明機(jī)理，呈現(xiàn)核心筆者預(yù)先準(zhǔn)備有半保留復(fù)制動(dòng)畫視頻、多起點(diǎn)復(fù)制和半不連續(xù)復(fù)制（岡崎片段）靜圖，和一些DNA復(fù)制有關(guān)的數(shù)據(jù)資料。通過系列素材為學(xué)生搭建支架，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、走近DNA復(fù)制的底層機(jī)理中。

在解決DNA復(fù)制基本過程這一問題時(shí)，以視頻資料（圖3）輔助，設(shè)置以下幾個(gè)問題：DNA半保留復(fù)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(yīng)？DNA復(fù)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有哪些？DNA復(fù)制可能發(fā)生在細(xì)胞何處、何時(shí)？

在解決DNA復(fù)制特點(diǎn)這一問題時(shí)，拋出DNA長度（36mm）、子鏈延伸速率（4μm/min）、實(shí)際時(shí)間（40min）三個(gè)數(shù)據(jù)，激發(fā)學(xué)生思考快速復(fù)制的可能機(jī)制，然后借助經(jīng)典的復(fù)制模式圖（圖4）進(jìn)行討論。學(xué)生的討論圍繞著以下幾個(gè)問題：如何判斷復(fù)制起點(diǎn)和模板DNA解旋方向？為什么子鏈會(huì)進(jìn)行半不連續(xù)復(fù)制？DNA能精確復(fù)制的原因是什么？

上述一系列問題的解決，除了對(duì)半不連續(xù)復(fù)制這一特點(diǎn)，需要筆者加以適當(dāng)說明外，其他不需要筆者贅述，學(xué)生根據(jù)所給資料和動(dòng)畫，即較容易理解復(fù)制過程和基本條件。上述從直觀到抽象的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)置，符合一般的知識(shí)學(xué)習(xí)邏輯，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂參與度，培養(yǎng)其理性思維能力。

3.2.3遷移應(yīng)用，提升能力針對(duì)DNA半保留復(fù)制與DNA分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分裂中染色體行為整合為一體的問題解決，是對(duì)DNA復(fù)制機(jī)理的提升應(yīng)用。前者基于對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的分析理解，較直觀易懂，后者對(duì)細(xì)胞分裂的理解提出了較高要求。

在解決這一教學(xué)難點(diǎn)時(shí)，設(shè)立情境如下：某細(xì)胞（15N標(biāo)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(fù)制所形成的各條染色單體所含DNA分子含有幾條15N標(biāo)記的單鏈？一次分裂結(jié)束子細(xì)胞中有幾條染色體帶標(biāo)記？有幾個(gè)子細(xì)胞含有帶標(biāo)記的染色體？欲解決上述問題，須借助“圖像模型法”來進(jìn)行分析（圖5）。要求學(xué)生自行動(dòng)筆繪制DNA復(fù)制前后情況，而不是被動(dòng)等待接受教師思路。而教師要充分允許學(xué)生在試錯(cuò)、討論后，主動(dòng)得出正確的結(jié)論。

第三代細(xì)胞可能有2種結(jié)果，即結(jié)果1、結(jié)果2。

這部分任務(wù)對(duì)學(xué)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(xué)生暴露出一些源自定式思維和易混淆概念的分析錯(cuò)點(diǎn)，才能觸發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考和辨析。此后，學(xué)生便可基于相同思路順利解決“BrdU色差染色體”觀察實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題。

3.3巧用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，總結(jié)課題

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖可以將整節(jié)課的眾多核心概念及遞進(jìn)關(guān)系以直觀形式表達(dá)出來。在本節(jié)課結(jié)束時(shí)，要求學(xué)生以小組為單位，構(gòu)建以“遺傳信息傳遞——DNA復(fù)制”為核心的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，借此完成對(duì)這節(jié)課題內(nèi)容的梳理總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

【1】謝兆輝.基因概念的演繹[J]. 遺傳. 2010（05）