基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的推理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略初探

董玉娟

摘 要 探討在新課程理念指導(dǎo)下，運(yùn)用假說(shuō)—演繹法教學(xué)“DNA分子的復(fù)制”。 通過(guò)提出問(wèn)題、作出 假設(shè)、演繹推理、驗(yàn)證推理和得出結(jié)論等環(huán)節(jié)，以推理實(shí)驗(yàn)的形式使學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，感悟生命觀念;

利用思維導(dǎo)圖，將零散知識(shí)系統(tǒng)化，有效培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維，提升其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) ?推理實(shí)驗(yàn) ?教學(xué)策略 ?思維導(dǎo)圖

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 ???????????????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 ?教材分析及設(shè)計(jì)思路

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：生物學(xué)課程要求學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)以及實(shí)踐能力。

“DNA分子的復(fù)制”是高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》部分的一節(jié)內(nèi)容。通過(guò)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在分子水平上理解細(xì)胞的分裂過(guò)程及遺傳和變異的本質(zhì)，為理解生物的可遺傳變異和生物進(jìn)化打下基礎(chǔ);在了解DNA分子特定的雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解 DNA 分子通過(guò)復(fù)制傳遞遺傳信息的功能。科學(xué)家通過(guò)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究出DNA分子的復(fù)制方式，高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法再現(xiàn)科學(xué)家的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。講述式教學(xué)會(huì)使學(xué)生無(wú)法深層次體驗(yàn)和理解科學(xué)家的思維過(guò)程、實(shí)驗(yàn)方法與研究結(jié)論，因此，下面以推理實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)科學(xué)家的探究歷程，在創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情景中培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新精神。

教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)假說(shuō)—演繹法探討、推測(cè)DNA分子的復(fù)制方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。教師首先呈現(xiàn)關(guān)于DNA 復(fù)制的生物學(xué)實(shí)驗(yàn);再引導(dǎo)學(xué)生演繹、推理出不同復(fù)制方式，促進(jìn)學(xué)生思考如何驗(yàn)證推理過(guò)程的正確性。在此過(guò)程中，教師用問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯思考，探究解決問(wèn)題的科學(xué)方法，在科學(xué)的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中尋找證據(jù)，檢驗(yàn)推理過(guò)程的合理性，以此培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、科學(xué)實(shí)驗(yàn)思維;以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多種預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)比、分析概括，得出科學(xué)結(jié)論的能力。最后，教師利用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)概念體系。

2 ?教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)探討、推測(cè)DNA 分子的復(fù)制方式，逐步形成批判性思維和科學(xué)探究能力。

（2）通過(guò)分析、比較、概括等高階思維，自主構(gòu)建出DNA分子復(fù)制的條件、過(guò)程和特點(diǎn)等知識(shí)體系，構(gòu)建思維導(dǎo)圖。

（3）通過(guò)探討DNA分子復(fù)制的生物學(xué)意義，樹(shù)立結(jié)構(gòu)與功能觀;從分子水平理解生命的本質(zhì)，形成科學(xué)的自然觀和世界觀。

3 ?教學(xué)過(guò)程

3.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，導(dǎo)入新課

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶細(xì)胞分裂時(shí)DNA分子以親代 DNA分子為模板合成子代DNA分子的過(guò)程。并提出問(wèn)題：生物親子代之間是通過(guò)遺傳物質(zhì)傳遞遺傳信息的。那么，親代的一份遺傳物質(zhì)如何傳遞給子代？新 產(chǎn)生的DNA分子是一個(gè)全新的DNA分子？ DNA 的復(fù)制是否像洗相片似的，用一張底片就可以洗出許多相片來(lái)？教師通過(guò)組織小組討論，引導(dǎo)學(xué)生提出DNA分子的三種復(fù)制方式（圖1）。

設(shè)計(jì)意圖：教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，以學(xué)生的前概念為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生思考：1 個(gè) DNA 分子復(fù)制生成2 個(gè) DNA分子的過(guò)程，究竟以什么樣的方式進(jìn)行？教師利用問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，鼓勵(lì)學(xué)生大膽假設(shè)與嚴(yán)謹(jǐn)推測(cè)，鍛煉學(xué)生的邏輯推理能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，進(jìn)而引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

3.2 假說(shuō)—演繹法探究DNA 分子復(fù)制方式

教師提出問(wèn)題：如何判斷已提出的3種DNA分子的復(fù)制方式中哪一種是正確的？然后，引導(dǎo)學(xué)生利用假說(shuō)—演繹法探究DNA分子的復(fù)制方式。教師要求學(xué)生在三種復(fù)制方式中選擇一種最可能的復(fù)制方式，并提出假說(shuō)，演繹推理出復(fù)制后的子一代和子二代 DNA分子的組成（圖2）。

教師追問(wèn)：如何直觀地區(qū)分 DNA 分子中的母鏈和子鏈？學(xué)生思考、討論后，得出：在放射性同位素標(biāo)記法中，依據(jù) DNA 分子的組成元素，假設(shè)將親代 DNA 分子用15N 作標(biāo)記的，放在14N 的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，則親代、子一代、子二代 DNA 分子分別含有哪種氮元素？

之后，教師追問(wèn)：如何驗(yàn)證演繹推理是正確的？并 引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)探索遺傳物質(zhì)的過(guò)程，進(jìn)一步思考：實(shí)驗(yàn)中，復(fù)制后的DNA分子通常是隨機(jī)混合在一起的。如何區(qū)分出分親代、子代DNA分子？學(xué)生經(jīng)過(guò)小組討論、交流，提出用密度梯度離心法進(jìn)行區(qū)分，理由是：同位素標(biāo)記后，含15N 的DNA分子質(zhì)量大于含14N 的DNA分子。學(xué)生對(duì)離心后的DNA分子在試管中的條帶分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，并思考：隨著復(fù)制次數(shù)的遞增試管中條帶的寬窄如何變化？教師要求學(xué)生有理有據(jù)地提出假說(shuō)，即通過(guò)實(shí)證來(lái)證明假說(shuō)是否正確。在這樣的推理實(shí)驗(yàn)假設(shè)情景中，學(xué)生反復(fù)進(jìn)行演繹推理，并討論推理過(guò)程是否嚴(yán)謹(jǐn)、合理。演繹推理過(guò)程以半保留復(fù)制為例。

設(shè)計(jì)意圖：教師以問(wèn)題和任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，嘗試解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí);通過(guò)讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、深度思維，提高學(xué)生科學(xué)探究能力。教師將知識(shí)轉(zhuǎn)換為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用假說(shuō)—演繹的科學(xué)方法進(jìn)行自主探究。這樣，教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性能夠融為一體，有效培養(yǎng)了學(xué)生的自主探究能力和科學(xué)思維能力。

3.3 DNA 分子復(fù)制方式的推理實(shí)驗(yàn)證據(jù)

教師要求學(xué)生閱讀教材中米西爾森和斯塔爾的實(shí)驗(yàn)示意圖，探究DNA分子復(fù)制方式，回答以下問(wèn)題：①?實(shí)驗(yàn)組中大腸桿菌首先放在什么培養(yǎng)基中培養(yǎng)？②?再將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到什么培養(yǎng)基中培養(yǎng)？③?如果是半保留復(fù)制，離心后應(yīng)該出現(xiàn)幾種條帶？④?離心后，三種條帶在試管中如何分布？⑤?實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？

設(shè)計(jì)意圖：高中生物學(xué)教材中呈現(xiàn)的米西爾森和斯塔爾的實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)科學(xué)探究、形成科學(xué)思維的良好素材。教師通過(guò)資料呈現(xiàn)創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置任務(wù)、以問(wèn)題串驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)展開(kāi)思維探究，幫助學(xué)生逐步發(fā)展科學(xué)思維。

3.4 構(gòu)建DNA 分子復(fù)制的相關(guān)知識(shí)體系

教師展示 DNA 分子的復(fù)制過(guò)程（圖3），并引導(dǎo)學(xué)生討論以下問(wèn)題：①?解旋酶、DNA 聚合酶的作用？②?子鏈的合成需要提供哪些條件？合成過(guò)程遵循什么原則？③?子代DNA分子的堿基序列與親代DNA分子的是否完全相同？④?如何理解半保留復(fù)制的生物學(xué)意義？

最后，教師以多媒體動(dòng)畫(huà)展示DNA分子的復(fù)制過(guò)程，幫助學(xué)生理解DNA 復(fù)制過(guò)程，形成動(dòng)態(tài)的連續(xù)的系統(tǒng)，建構(gòu)DNA分子復(fù)制的知識(shí)體系，自主建構(gòu)思維導(dǎo)圖（圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：從分子水平探討生命的本質(zhì)涉及微觀的抽象知識(shí)，而多媒體動(dòng)畫(huà)資源能夠化抽象為具體，將微觀知識(shí)轉(zhuǎn)為宏觀知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，幫助教師引導(dǎo)學(xué)生自主歸納 DNA 分子復(fù)制的條件、原則和特點(diǎn)等知識(shí)，形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系。教師利用思維導(dǎo)圖這一工具直觀地呈現(xiàn)出層次不同的概念體系，使學(xué)生學(xué)會(huì)分析、推理、概括、歸納等深度學(xué)習(xí)方法，更有利于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)及批判性思考。

4 ?教學(xué)反思

本節(jié)課教學(xué)立足于新課標(biāo)，教師通過(guò)挖掘教材內(nèi)容背后的科學(xué)研究史，以推理實(shí)驗(yàn)的形式，重點(diǎn)運(yùn)用假說(shuō)—演繹法教授“DNA分子的復(fù)制”。教學(xué)通過(guò)探究歷程的再現(xiàn)、任務(wù)設(shè)置、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)等形式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)，著重培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維，幫助學(xué)生養(yǎng)成勇于質(zhì)疑的精神，樹(shù)立“大膽假設(shè)、小心求證”的科學(xué)態(tài)度，提高科學(xué)探究能力。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生探討DNA分子復(fù)制的生物學(xué)意義，幫助學(xué)生感悟結(jié)構(gòu)和功能觀、遺傳與進(jìn)化觀;應(yīng)用思維導(dǎo)圖構(gòu)建生物學(xué)概念體系，從不同視角加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合歸納能力和系統(tǒng)性思維能力，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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