科學研究方法在“DNA分子的複制”一節中的應用

摘要 在“DNA分子的複制”一節的教學設計中，通過假說演繹、模型建構等科學研元方法的應用，引導學生進行探究性學習，學生經歷了科學探究的過程，享受了科學探究的樂趣。

關鍵詞 科學研究方法 DNA分子複制 生物學教學

中圖分類號 G633.91

文獻標識碼 B

文件編號：1003－7586(2011)07－0009－02

1 教材分析

“DNA分子的複制”是蘇教版高中生物教材(必修2)《遺傳與變異》第四章第二節“DNA分子的結構和複制”的內容。關于DNA的複制，教材首先通過“積極思維”欄目介紹了證明DNA半保留複制的巧妙實驗，然后從理論角度解釋了DNA半保留複制的過程。通過第四章第一節“探索遺傳物質”和第二節“DNA分子結構”內容的學習，學生在知識內容上已經了解DNA作為遺傳物質的特點和DNA分子的結構特點；在技能和方法上，已經嘗試制作了DNA雙螺旋結構模型，熟悉了放射性同位素標記法和運用離心機離心的原理。

2 教學設計思路

本節內容包括“對DNA分子複制的推測”、“DNA半保留的實驗證據”和“DNA分子複制的過程”，本節內容是科學家運用科學方法揭示出的科學事實。為了讓學生領悟科學過程和方法，引導學生嘗試運用科學方法進行探究性學習，教師將教學內容合并為“探究DNA的複制方式”和“DNA分子的複制過程”兩個模塊。在“探究DNA的複制方式”模塊中利用假說演繹、建立模型的科學方法引導學生進行探究性學習；在“DNA分子的複制過程”模塊通過繪制DNA複制過程圖解建構物理模型來領悟DNA複制過程的特點。

3 教學用具準備

長為30cm紅色、綠色獨股銅芯線(2.5mm²)；長為2cm塑料吸管；剪刀；展示DNA複制過程的課件。

4 教學過程

4.1分析現象，產生問題

教師引導學生回顧肺炎雙球菌轉化實驗和T₂噬菌體侵染細菌的實驗，使學生明確DNA作為遺傳物質必須要保持前后代的連續性。教師提出問題：DNA是如何保持前后代連續性的?學生聯系減數分裂和有絲分裂過程，得出DNA通過複制保持前后代連續性的結論。教師引導學生思維，提出問題：DNA是如何複制的呢?

4.2模型演示，作出假設

教師要求學生利用兩根紅色獨股銅芯線制作成簡易DNA雙螺旋，進一步明確DNA是由兩條脫氧核苷酸鏈構成的。另取兩根綠色獨股銅芯線代表複制后新形成的兩條脫氧核苷酸鏈。教師要求學生利用手中四根獨股銅芯線(兩紅、兩綠)、剪刀、塑料吸管等模擬制作出1個DNA分子複制后形成的兩分子DNA中脫氧核苷酸的組成情況，即紅色和綠色獨股銅芯線通過什么形式進行纏繞。教師在教室中巡視，指導學生制作DNA複制過程的物理模型。制作完畢后，教師要求學生根據制作的DNA複制過程的物理模型，作出DNA分子複制方式的假設。部分學生作出的假設是全保留複制，部分學生作出的假設是半保留複制，少數學生作出的假設是彌散複制。

4.3經歷科學實驗過程，驗證假設

教師說明當假設經過實踐檢驗并被證明是正確的才能成為科學理論。教師通過課件展示美國兩位科學家證明DNA複制方式的實驗過程，同時介紹放射性同位素標記法、離心技術以及實驗設計的巧妙之處，引導學生體會科學家實驗設計的原理、方法、步驟，分析實驗結論。

4.4利用模型，修正假設，得出結論

學生在經歷了科學家的實驗過程，分析了實驗結論后，教師要求學生運用紅色和綠色獨股銅芯線重新制作DNA複制過程的物理模型，即親代DNA由兩條紅色獨股銅芯線纏繞在一起，形成的子代DNA由紅色和綠色獨股銅芯線分別纏繞在一起，模擬DNA分子半保留複制過程。學生達成共識：DNA分子的複制方式是半保留複制。

4.5根據結論，演繹推理

米希爾森和斯塔爾的實驗中親代DNA是¹⁵N標記的細菌DNA，將細菌放置在¹⁴N培養基中連續培養，分別在0、20、40min取樣(細菌每20min分裂一次)，然后破碎細胞，離心處理。在學生理解DNA複制方式的基礎上，教師進一步啟發學生思考：如何通過實驗過程的分析，排除DNA複制方式不是全保留複制?為什么要對子二代進行離心處理?學生演繹推理：如果是全保留複制，子一代離心結果應該同時出現重帶和輕帶，事實上出現的是中帶；僅對子一代進行離心處理并不能排除彌散複制的方式，對子二代進行離心，如果結果接近中帶可以確定是彌散複制，事實上分為輕帶和中帶，排除彌散複制。

4.6課件展示，探究DNA分子半保留複制的過程

教師在學生經歷探究DNA複制方式的過程后，進一步啟發學生回顧“探究DNA複制方式”過程中物理模型的制作過程，演繹推理DNA半保留複制的過程，如需要的條件、精確複制的原因、複制的特點等。(學生討論認為：DNA複制過程需要解旋；需要的原料是四種脫氧核苷酸；DNA分子中堿基對很多，為保證複制的速度，應該是多起點解旋和複制；複制過程中需要消耗能量；堿基互補配對是DNA精確複制的原因。)在學生討論的基礎上，播放生動形象的DNA半保留複制過程動畫，直觀展示DNA複制的過程，要求學生在看完DNA複制過程的動態演示的基礎上嘗試繪制DNA半保留複制過程圖解。在此基礎上，教師引導學生交流和修正圖解。

4.7總結交流，演繹推廣

在學生繪制的DNA複制過程的物理模型的基礎上，教師引導學生總結DNA複制過程的特點、DNA複制的意義等，填寫在相應的表格內。在此基礎上，演繹推廣，完成相關習題。

5 教學反思

本節內容對應的“課程標準”要求是“概述DNA分子的複制”。“DNA複制的方式”并不是本節重點內容。通過將這部分教學內容設計成“探究DNA的複制方式”引導學生運用假說演繹、模型建構的科學方法進行探究性學習，沒有直接將知識內容呈現給學生。學生教師通過經歷科學探究的過程，享受了科學探究的樂趣。學生通過模型制作模擬了DNA半保留複制的過程，對DNA複制過程的特點有了直觀的認識，使基礎知識與經典實驗有機結合在了一起。