基于“5E”教學模式下“DNA是主要的遺傳物質”一節的教學過程設計

李華義 陳世軍

摘要：采用“5E”教學模式對“DNA是主要的遺傳物質”這一節內容進行教學過程設計，靈活運用“引入”“探究”“解釋”“遷移”“評價”五個環節，設計“肺炎雙球菌的轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌的實驗”兩個實驗探究，提出問題、小組討論、小組展示，得出實驗結論，最后讓學生設計實驗證明煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA。

關鍵詞：“5E”教學模式；DNA；遺傳物質；教學過程

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）04-0099

“DNA是主要的遺傳物質”一節是人教版必修二第三章基因本質中的第一節內容，該節主要包括肺炎雙球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗，這兩個實驗是本節重難點。通過對這兩個實驗的教學，可以培養學生的探究能力。如汪英[1]用“自主、探究、合作”的方法，引導學生模擬科學發現過程。朱建玲[2]在該節教學中，提高了學生設計實驗的能力。盡管如此，以上兩類教學設計在學生實驗探究能力的培養方面還不夠完善。“5E”教學是基于建構主義教學理論的教學模式。該模式注重以學生為中心，即以學生活動為中心。有研究者表明，該模式能夠很好地培養學生科學探究的各方面能力[3]。因此，本文采用“5E”教學模式來設計“DNA是主要的遺傳物質”這一節。

一、“5E”教學模式的簡介

“5E”教學模式中的“5E”是指引入（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評價（Evaluation），五個英文單詞的首字母。該模式將探究作為一條主線，貫穿于整個教學模式。其“引入”環節主要是教師創造情境或活動吸引學生的注意力。“探究”環節是教師提供活動，并且引導學生開展探究活動，讓學生在探究活動中獲得知識或技能。“解釋”環節是給學生提供一個闡明觀點和想法的機會，讓學生可以解釋對知識的理解或對探究過程和結果的展示。“遷移”環節是擴展學生對知識的理解和技巧。“評價”環節是給學生提供相互點評的機會，這里的點評既可以是對自己的點評也可以是學生間的點評。

從該模式的內涵可以看出，遵循建構主義理論，即整個教學過程雖是教師為引導，但卻以學生為主體，教師設置情景、拋出問題、選取活動、進行評價，而學生在進行交流、探究、構建知識等[4]。除此之外，在課堂的交流中語言表達能力得到良好的提高。

二、教學目標

學生通過本節的學習，應達到以下目標。

1.通過探究“肺炎雙球菌轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌實驗”，一步一步地知道并確定DNA是遺傳物質。學會設計實驗，證明“煙草花葉病毒”的遺傳物質是RNA。最終通過對比歸納得出DNA是主要的遺傳物質。

2.通過學習“肺炎雙球菌轉化實驗”和“噬菌體侵染細菌實驗”，清楚科學研究的一般方法和步驟。

三、教學流程

1.引入

設計意圖：通過這種提問導入新課并制造懸念，使學生注意力集中。

教師行為：利用“種瓜得瓜，種豆得豆”和“龍生龍，鳳生鳳，老鼠生的兒子會打洞”，這兩句話體現了生物的基本特征之一——遺傳。那么什么是遺傳物質呢？怎么來證明DNA就是遺傳物質呢？

2.探究

（1）第一次探究（肺炎雙球菌的體內轉化實驗）

設計意圖：以解決問題的方法，使學生尋求答案過程中整理思路，學生的邏輯思維得以訓練。尋找問題答案采用小組相互討論的形式，讓學生在討論中獲得更多信息，同時也學會尊重別人。除此之外，教師還可以培養學生相互合作的精神。在解決問題的過程中培養學生的分析能力和形成結論能力。

教師行為：先對肺炎雙球菌進行充分了解。再帶著問題閱讀教材，展示問題進行交流討論：①實驗先進行第一、二組的目的是什么？可否直接進行第四組實驗？②用“條件—結果”分析法分析（不一樣的條件導致的結果不同），分別闡明第一組和第二組、第二組和第三組、第三組和第四組實驗各說明了什么？③該實驗有無證明DNA是遺傳物質？該實驗結論是什么？

（2）第二次探究（肺炎雙球菌的體外轉化實驗）

設計意圖：通過問學生設計DNA和DNA水解酶這組實驗有沒有必要性，培養學生的反思能力。除此之外，肺炎雙球菌的體外轉化實驗對學生的分析能力也有進一步培養，同時也為了讓學生通過對該實驗的學習，初步學會怎樣設計實驗思路。

教師行為：利用“這種轉化因子究竟是什么呢？”引出艾弗里做的肺炎雙球菌的體外轉化實驗，利用幻燈片展示該實驗的做法及現象（如3.1圖）。讓其觀察實驗的演示過程，結合課本，討論以下四個問題：①實驗過程中①②③④步說明了什么？⑤⑥⑦步說明了什么？②艾弗里等人在做第①-⑦步實驗時發現，該實驗的步驟不是很嚴密，還不能說明DNA就是轉化因子，所以艾弗里等人設計了第⑧步實驗，用酶來處理DNA，使DNA水解，結果發現在培養基中沒有出現S型細菌。請問艾弗里等人做第⑧步實驗有必要性嗎？必要性是什么呢？③這個實驗的關鍵設計思路是什么？④通過上述實驗，能證明DNA是主要的遺傳物質而蛋白質不是遺傳物質嗎？

設計意圖：通過相互討論，學生對實驗有更好的理解，除此之外，對學生分析能力、形成結論能力，以及學會實驗設計的思路及過程等方面進行訓練。

教師行為：首先引導學生了解T2噬菌體這種病毒的結構模式圖，之后讓學生思考帶著問題（進入細菌體內的是什么？什么結構留在外面？出來的是什么？）觀看噬菌體侵染細菌的視頻。再向學生介紹放射性同位素標記法及標記噬菌體方法以及赫爾希和蔡斯的實驗。讓學生結合課本，分析、討論相關問題：①實驗為什么選擇噬菌體作為實驗材料？②為什么要選擇35S和32P這兩種同位素對噬菌體的蛋白質和DNA進行分別標記？用14C和18O同位素標記可行嗎？③實驗中有攪拌和離心步驟，這兩個步驟的目的分別是什么？④35S標記的噬菌體實驗中，在沉淀物中為什么會有放射性？⑤噬菌體被32P標記的實驗中，為什么在上清液中有少量的放射性？⑥該實驗的設計思路是什么？⑦這個實驗說明可以作為遺傳物質應具有哪些特性？該實驗得到什么結論？

3.解釋

（1）第一次解釋（肺炎雙球菌的體內轉化實驗）

設計意圖：讓小組展示討論結果，同時闡述本小組的看法，該環節可以了解學生的想法，更加充分地發揮學生主體地位，有利于知識的吸收，培養學生的歸納總結能力。

教師行為：組織學生展示小組討論的結果，然后再進行糾正：①第一組和第二組實驗主要為了說明R型細菌和S型細菌各自的作用，同時這兩組實驗也起對照的作用，還可以排除其他原因使小鼠死亡。所以不可以直接跳到第四組實驗。②第一組實驗和第二組實驗說明了R型活細菌中沒含有使小鼠致死的物質，S型活細菌中含有使小鼠致死的物質；第二組實驗和第三組實驗說明了死亡的S型細菌中沒含有使小鼠致死的物質；第三組實驗和第四組實驗說明了在加熱殺死的S型細菌體內含有使R型活細菌轉化為S型活細菌的物質。③沒有。該實驗結論是在已加熱殺死的S型細菌中含有某種物質，使R型細菌轉化為S型細菌，這種物質稱為“轉化因子”。

（2）第二次解釋（肺炎雙球菌的體外轉化實驗）

設計意圖：通過相關討論，讓小組的討論結果得到展示，是為了培養學生的歸納能力與語言表達能力。

教師行為：組織學生展示小組討論的結果，然后再進行糾正：①實驗過程中①②③④步說明了轉化因子不是S型細菌中的多糖、脂質、蛋白質和RNA，因為①②③④步實驗的結果都是只產生R型活細菌；⑤⑥⑦步則說明了轉化因子可能是S型細菌中的DNA。②有必要性，做第⑧步實驗的必要性在于是DNA本身，并不是DNA的化學組成單位使細菌發生了轉化。③設計思路是單獨觀察DNA、蛋白質等物質的作用。④該實驗證明DNA是遺傳物質，不能證明DNA是主要的遺傳物質。最后【總結】所以這個實驗的巧妙之處是控制變量原則，將多個變量分解為單個變量進行研究，以確認實驗結果究竟與何因素有關。這個實驗的結論是DNA是遺傳物質，而蛋白質不是遺傳物質。

（3）第三次解釋（噬菌體侵染細菌的實驗）

設計意圖：通過相關問題的討論，讓學生歸納自己小組的想法，向同學們展示自己小組的討論結果同時闡述自己小組的看法，在過程中使學生能更好地理解實驗。

教師行為：組織學生展示小組討論的結果，然后再進行糾正：①因為探究的是遺傳物質是DNA還是蛋白質，而噬菌體是病毒，只含有DNA和蛋白質，排除了其他物質的干擾。②原因是P元素是DNA的組成元素中的特有元素；S元素是在蛋白質中特有元素。不可行，主要原因是在DNA和蛋白質中組成元素都有。③攪拌的目的是使噬菌體與細菌分離；離心的目的是為了發生分層。④攪拌不充分，個別35S標記的蛋白質外殼沒有和大腸桿菌分離而隨其到了沉淀物中。⑤與保溫時間長短有關。⑥該實驗的設計思路是分別單獨觀察DNA與蛋白質各自的作用。⑦該實驗說明能夠作為遺傳物質應具有的特性有能夠進行自我復制、具有連續性、能夠指導蛋白質的合成。這個實驗的結論是DNA是遺傳物質。

（4）遷移

設計意圖：通過實驗的學習，設計實驗，使學生學以致用。

教師行為：利用“DNA是唯一的遺傳物質嗎？”這個問題引出遺傳物質是RNA的煙草花葉病毒，介紹這種病毒的結構及成分，之后拋出問題：怎樣設計實驗證明煙草花葉病毒的遺傳物質到底是RNA還是蛋白質呢？組織學生小組代表展示設計的實驗。之后再例舉動物和人的遺傳物質是DNA、植物的遺傳物質是DNA、細菌的遺傳物質是DNA、病毒的遺傳物質是DNA或RNA，通過對比得出結論：“DNA是主要的遺傳物質”。

（5）評價

設計意圖：在學生設計好實驗后，應給予回應，鼓勵會使學生的學習更有興趣和動力。

教師行為：組織學生進行點評，每個小組的實驗優點和不足，并篩選出最好的小組實驗設計，給予一定的獎勵和鼓勵。

4.教學反思

“DNA是主要的遺傳物質”這一節內容采用“5E”教學模式設計教學過程，既可以引導學生了解科學研究的一般方法，還可以讓學生初步學會實驗設計，同時還能培養學生的探究能力。除了在“DNA是主要的遺傳物質”這一節可以采用“5E”教學模式設計外，還可以在其他教學內容采用。例如在“基因頻率改變與生物進化”這一節[5]，在該節中，“5E”教學模式可以在數理探究教學中提供可操作的有力的支持，在質疑中主動探究，在探究中解決疑問，在獲得新知的基礎上提升新知應用的能力，從而使得數理探究的過程更加條理化、直觀化、科學化。除此之外，在“制作DNA雙螺旋結構模型”這一節[6]，采用“5E”教學模式教學中可以培養學生的動手、動腦能力等。

參考文獻：

[1]汪英.“DNA是主要的遺傳物質”一節的教學設計[J].教育現代化，2017，4（50）：200-202.

[2]朱建玲.“DNA是主要的遺傳物質”一課的教學設計[J].學知報·教學論壇，2010（12）.

[3]王健，李秀菊.5E教學模式的內涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學通報，2012，47（3）：39-42.

[4]袁維新.概念轉變理論及其對當代科學教育的啟示[J].外國教育研究，2009，233（11）：11-16.

[5]鄭世輝.基于5E模式的“基因頻率改變與生物進化”教學設計[J].生物學教學，2018，43（9）：41-42.

[6]陳坤.“5E”教學模式在“制作DNA雙螺旋結構模型”中的應用[J].中學生物教學，2017（4）：37-39.

（作者單位：貴州省銅仁市第八中學554300）