平板電腦在高中生物學課堂教學中的應用探索
——以“DNA的復制”為例*

李媚琳 張 松** 李躍文 魏穗華

（1華南師范大學生命科學學院 廣東廣州 510631 2廣州市天河中學 廣東廣州 510623）

隨著信息技術的高速發(fā)展，多媒體教學已成為課堂教學的主要方式之一。平板電腦通過其可視、可聽、可觸的功能，讓學生更為直觀地接觸與體驗學習材料。因此，學生將在使用平板電腦的過程中得到更為生動與直接的自主學習［1］。基于平板電腦的互動教學模式，具有以下優(yōu)勢：①學生的學習統(tǒng)計數(shù)據(jù)將儲存在平板電腦中，教師可精準掌握學情和調(diào)整教學策略［2］；②通過課前預習評價、課堂實時評價和課后跟蹤評價，構建評價反饋及時化的教學評價體系［3］；③師生、生生之間的溝通與交流立體化；④平板電腦擁有豐富的媒體資源庫，可滿足學習者的個性化學習需求。

“DNA的復制”為人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第3章第3節(jié)的內(nèi)容，是培養(yǎng)學生生物學實驗思想，引導其進行探究性學習的良好載體。但該部分內(nèi)容抽象、復雜，學生難以理解，可結合平板電腦的多重功效，為學生提供更生動、直接的學習環(huán)境。

本次研究使用的硬件主要由2個部分組成：智慧課堂平板電腦和同屏設備。其中智慧課堂平板電腦是教學資源的承載體，師生人手一臺，用于開展教學活動。教師可適時將教學資源（視頻、PPT、電子版教材、檢測習題等）存入平板電腦，以便在教學時使用。學生可利用平板電腦實現(xiàn)課上、課下的學習。教室內(nèi)設有無線局域網(wǎng)，在非教學使用時間段，教師將會關閉網(wǎng)絡；同屏設備用于將平板電腦中的畫面內(nèi)容及聲音傳輸?shù)揭惑w機等終端。其教學流程見圖1：

圖1 基于平板電腦的“DNA的復制”教學模式圖

由圖1可見，在整個教學活動中，利用平板電腦進行教學，通過觀看微課與習題檢測，學生在課前接觸知識表層；通過師生互動與檢測反饋，學生進一步理解知識內(nèi)核；通過任務推送與個性化學習，學生在課后凝練知識體系［4］。由此可見，基于平板電腦的課堂教學與翻轉課堂的結合，可貫穿整個教學過程，由表及里、由點成面地幫助學生內(nèi)化知識。

1 課前準備

1.1 習題推送 為了解學生對DNA復制的前概念認識情況，教師在課前推送一些習題，學生在各自的平板電腦上獨立完成。

例1，細胞每次分裂時DNA都復制1次，每次復制都是（ ）。

A．母鏈和母鏈，子鏈和子鏈，各組成1條子代DNA

B．每條子鏈和與它堿基互補配對的母鏈組成子代DNA

C．每條子鏈隨機地和2條母鏈之一組成子代DNA

D．母鏈降解，重新形成2個子代DNA

學生提交答案后，教師可查看答題情況，從中了解學生對新知識點的前認知程度。學生有時會從字面含義或受生活經(jīng)驗影響推斷生命現(xiàn)象，不理解該生命現(xiàn)象的本質(zhì)或原理［5］。通過平板電腦的作業(yè)管理平臺，可對學生的練習進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結果顯示部分學生未清晰理解DNA復制的概念及其過程。教師上課時需有針對性地引導學生自主探究DNA的復制過程，在探究過程中暴露學生不正確的想法，讓他們在探究與討論的過程之中形成對生命現(xiàn)象正確的概念認識。

1.2 制作微課 根據(jù)教學重點，教師在課前錄制了10 min“DNA探究實驗及驗證”的微課，可供學生在課中進行DNA復制過程探究之后觀看。由于原版視頻為英文，不利于學生消化理解，教師提前錄制微課，可化難為易，變抽象為具體。微課視頻既驗證了DNA的復制方式，也生動展示了密度梯度離心實驗的原理與過程。教師將微課保存至平板電腦的本地資源庫，于課前同步發(fā)送至學生的平板電腦端，學生收到資源后即可進行觀看學習。

2 基于平板電腦互動的教學過程及組織

2.1 搭建模型，引入新課 上節(jié)課學生已學習DNA的結構特點，本節(jié)課一開始先讓學生自行利用平板電腦中的模型構建APP搭建DNA結構模型，學生在APP中可隨意移動脫氧核糖、磷酸、含氮堿基這3種原料，并可旋轉、復制或刪除，從而構建DNA雙鏈結構。學生通過自己動手操作，激發(fā)了學習興趣，也鍛煉了動手操作能力。當他們完成構建之后在平板電腦上傳其作品。此時教師可查看學生的作品，學生之間也可互相查閱。針對學生的錯誤構建，教師可挑出單個作品示例進行講解，強化學生對DNA結構的理解，從而鞏固已學習的知識點。

教師設問：既然DNA作為遺傳物質(zhì)而存在，它是如何將遺傳物質(zhì)從親代傳遞給子代的？它的復制傳遞與其自身結構有何關系？通過設疑激發(fā)學生的求知欲。

2.2 自主猜想，屏幕展示 教師提問：假設提供1條DNA分子，你能否根據(jù)DNA雙螺旋結構的特點設想DNA可能以怎樣的方式進行復制？

教師向學生的平板電腦端發(fā)送學習任務，讓學生自行猜想“DNA分子是如何進行復制的”，并在平板電腦上的電子白板自行繪制1條DNA分子復制1代后的結果（注意提示學生可用不同顏色區(qū)別親代與子代DNA）。教師可隨時在后臺查看每位學生的繪制結果，了解學生對于DNA復制方式的不同猜想。待學生完成之后，教師在大屏終端上展示幾幅不同學生的繪制結果，并讓其進行思路講解。最后教師再總結這幾種不同思路，從而引出當時科學家在研究DNA的復制方式時提出的“全保留復制”“半保留復制”和“彌散復制”。

通過聯(lián)系前面所學的知識點讓學生自行假設猜想，盡可能激發(fā)學生的創(chuàng)造力和學習興趣，并培養(yǎng)他們自主思考能力和動手繪制能力。先讓學生嘗試，再由教師進行總結，可讓學生經(jīng)過充分猜想之后再進行驗證推理。

2.3 演繹推理，小組討論 學生完成各自的猜想之后，教師提出預設問題：①DNA分子肉眼不可見，怎樣區(qū)分復制過程中的母鏈和子鏈？通過此問題引出同位素示蹤標記法。②如果用同位素標記DNA分子，當DNA分子在不同的環(huán)境中進行復制后，如何區(qū)別DNA分子帶［6］？讓學生思考之后，再提出“密度梯度離心”的方法，為后續(xù)相關的實驗驗證提供認知支架。

師生共同分析梅塞爾森（M.Meselson）和斯特爾（F.W.Stahl）利用同位素標記法探究問題的實驗思路，并使學生明確：15N標記的鏈代表母鏈，14N標記的鏈代表子鏈。將親代15N大腸桿菌轉移至氮源為含14N的培養(yǎng)基中，再連續(xù)繁殖2代，且最后用密度梯度離心法分離。此時學生4人一組展開思考，并討論這3種復制方式經(jīng)過1代、2代復制且離心后DNA分子帶的分布情況，并在平板電腦的電子白板上進行結果繪制。

小組完成討論與推斷之后，以拍照的形式將討論結果上傳至平板電腦端。在學生討論的過程中，教師同樣可通過平板電腦的直播功能錄制學生的討論過程，保存后在課后發(fā)送至學生客戶端。學生完成討論并上傳推論結果后，各小組可在平板電腦上與其他小組的推斷結果進行比對。同時，每個小組推選1名成員在全班進行展示講解。在討論的過程中，學生可相互點評或點贊，從而實現(xiàn)小組間的互動交流。經(jīng)過全新的教與學，思維的異同在課堂上交匯與碰撞，產(chǎn)生的火花點燃了思想的火苗。此刻，教師已經(jīng)不僅是一名指導者，更是一名欣賞者［7］。

學生在動腦、動手、動口的過程中更加主動地思考問題，原本難以理解的知識點，經(jīng)學生的討論與思考之后得到更好地吸收，從而突破重、難點。

2.4 觀看微課，得出結論 學生對3種復制方式進行推導后，教師再將自制的實驗驗證微課視頻分享至每位學生的平板電腦端，并讓學生帶著問題觀看視頻：①科學家在驗證的過程用到了哪些方法或技術？②根據(jù)子1代和子2代DNA在離心管中的分布情況，如何排除某種復制方式的可能性，從而確定最終的實驗結果？

學生自主觀看微課視頻，了解Meselson和Stahl的大腸桿菌DNA密度梯度離心實驗，更好地構建了知識，提升了學習效率。微課不僅展示了DNA復制的推斷過程，同時也形象生動地展示了密度梯度離心實驗。學生通過觀看微課，最終了解DNA復制的方式為半保留復制。

2.5 自主答題，在線反饋 學生學習完新課內(nèi)容后，教師在平板電腦的班級學習空間發(fā)布學習任務，將課堂練習以選擇題的形式傳送至學生的平板電腦，學生提交后，系統(tǒng)會自動統(tǒng)計答題情況。點擊學生姓名，即可查看該生答題的正確率，以及每道題具體選擇了哪個選項。

例2，由15N標記細菌的DNA，然后又將14N供給這種細菌，于是該細菌便用14N合成DNA，假設細菌連續(xù)分裂3次產(chǎn)生了8個新個體，新個體中含14N鏈的DNA與含15N鏈的DNA比例是（ ）。

A.4∶1 B.2∶1 C.1∶1 D.3∶1

教師通過后臺查看學生的答題情況，發(fā)現(xiàn)學生對DNA的復制方式掌握較好，但仍有小部分學生還存在問題。此時，教師通過平板電腦中的統(tǒng)計分析，讓答錯的學生談談他們是如何思考的。利用平板電腦的數(shù)據(jù)分析功能，教師可針對學生的錯誤思路予以糾正，再次幫學生強化知識重點，有力地改善了傳統(tǒng)教學中存在的“一對多”反饋不及時的缺陷。

2.6 小組合作，課外探究 課后學生將以小組為單位，分組思考并完成圖2的繪制：若用15N標記的DNA作為模板，用含14N標記的培養(yǎng)基培養(yǎng)，在坐標圖中畫出連續(xù)培養(yǎng)細菌60 min過程中，每代DNA中含15N標記的DNA分子數(shù)與DNA分子總數(shù)的百分比變化圖。

圖2 每代DNA中含15N的DNA百分數(shù)

學生以小組為單位思考討論后，上傳繪制結果至客戶端。教師通過查看了解學生對DNA復制方式的應用情況，及時得到教學反饋。學生也在探究過程中培養(yǎng)了小組合作探究能力。

3 教學反思及建議

利用平板電腦進行教學，突出了其高效的互動與反饋功能。平板電腦強大的互動功能充分增強師生之間的互動力度，從而取得較好的教學效果。整節(jié)課以師生互動為中心，充分調(diào)動學生的積極性，也滿足了學生的個性化學習需求。但在實際的教學中，并非每節(jié)課都適合運用平板電腦進行教學，教師需有選擇性地選取內(nèi)容授課。

綜上所述，在應用平板電腦進行教學時，需思考下列問題：①結合平板電腦進行相應的教學設計時，如何提升學生的課堂參與度？②如何利用平臺的即時反饋功能，捕捉學生的知識薄弱點，從而提升教學的針對性？③如何利用平臺的個性化推送功能，有針對性地滿足不同學生的個性化差異［8］？

同時，應用平板電腦進行教學時，可采納以下建議：①教師可在平板電腦的班級空間功能中增加獎勵性措施，鼓勵學生分享好的學習方法和經(jīng)驗；②有選擇性地采用平板電腦授課，多選擇知識抽象、學生不易理解的知識點進行，例如遺傳的分子基礎等章節(jié)內(nèi)容；③教師根據(jù)平板電腦中的數(shù)據(jù)反饋，有針對性地推送模塊習題，便于學生鞏固知識，突破重、難點；④教師多錄制一些試卷及習題講評的視頻進行推送，學生可有針對性地關注某個知識點，從而進行個性化學習；⑤由于平板電腦與筆記本和手機的功能類似，并在平時使用筆記本或手機更加便捷，教師可先在筆記本上完成教學資料的制作，再傳輸至平板電腦（只需通過U盤或者鏈接USB線進行傳輸）。學生可將平板電腦中有價值的資源拷貝或通過微信、QQ等軟件傳輸至手機客戶端進行學習；教師也可將平板電腦中的教學資源以二維碼的形式呈現(xiàn)，學生掃碼后便可在手機上學習。