SNP教學模式在高中生物學概念教學中的運用初探

摘要：以“DNA通過復制傳遞遺傳信息”一節為例，基于SNP教學模式設計“創設驅動問題、初步建構模型、小組初步論證、全班論證答辯、參照專家觀點、反思性寫作論證”教學程序，并增加“整體性評價”的教學環節，以提升學生建模與論證的能力，發展高中生物學科核心素養。

關鍵詞：SNP教學法；建模；論證；DNA復制

文章編號：1003-7586（2024）03-0040-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1 SNP教學模式簡介

建模與論證，是高中生物學科核心素養的重要組成部分，也是發展核心素養的重要手段。科學談判教學法（Science Negotiation Pedagogy，簡稱SNP）基于生物學概念提出問題，圍繞模型建構，逐步開展論證、評價等活動，促進學生對核心概念的理解及學科關鍵能力的發展。SNP教學模式一般包括6個階段：創設驅動問題、初步構建模型、小組初步論證、全班論證答辯、參照專家觀點、反思性寫作論證。本文基于SNP教學模式，圍繞浙江科學技術出版社高中《生物學·必修2·遺傳與進化》教材中“DNA通過復制傳遞遺傳信息”一節的學習內容開展教學活動，對SNP教學法在高中生物學課堂上的運用進行了初步探索。

2 教學案例呈現

2.1 相關概念體系

大概念：遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳。重要概念：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上。次位概念：DNA分子通過半保留方式進行復制。基本概念：DNA分子復制時，以親代DNA的兩條鏈為模板，按照堿基互補配對原則形成新鏈。重要問題：DNA怎樣精確復制和傳遞遺傳信息？

2.2 教學準備

2.2.1 建模材料

學校采購DNA結構模型教具，以提供若干個親代DNA模型和游離的脫氧核苷酸，標有字母A、T、G、C的透明圓標簽貼紙若干，標有C、H、0、N、P常見同位素的透明圓標簽貼紙若干，記錄標簽紙若干，A4紙若干。

2.2.2 教學資料

（1）教材中的活動：探究DNA的復制過程（大腸桿菌DNA復制過程的同位素示蹤實驗）。

（2）教材中的資料：DNA半保留復制的觀察——來自染色體的證據（姐妹染色單體色差實驗）。

（3）課外資料：放射自顯影技術、赫伯特·泰勒的“蠶豆染色體放射性自顯影實驗”、德爾布呂克的“DNA彌散復制模型與假說”（見圖1）。

（4）DNA復制過程的動畫模擬。

2.3 教學過程

2.3.1 創設驅動問題

學生根據DNA復制的概念，推理出DNA復制結果：產生的2個子代DNA中，脫氧核苷酸的種類、數量、排列順序與親代DNA分子完全相同。教師提出本節探討的重要問題：DNA怎樣實現精確復制，以保證遺傳信息的準確傳遞？如何追蹤各個脫氧核苷酸形成新鏈時的去路？如何區分舊鏈和新鏈？

2.3.2 初步構建模型

任務：根據親代DNA模型，按照自己的主張，構建復制一次產生的子一代DNA模型。

活動：以小組為單位，進行DNA復制過程的模型建構，各小組成員組內討論，提出復制的“主張”后，動手搭建子一代DNA分子模型。教師巡視、指導和拍照記錄，學生完成模型搭建后，整理模型作品，在A4記錄紙上梳理主張的內容，為模型展示和論證做準備。

活動成果：學生在模型建構上提出了三種主張。主張無保留復制方式的有兩個小組，在構建兩個子一代DNA分子基礎上，保留了親代DNA分子模型。有三組主張半保留復制方式，兩組主張全保留復制方式。

2.3.3 小組初步論證

任務：各小組圍繞構建的模型，創建由主張、證據和推理組成的論證，設計相關實驗，檢驗主張。

活動：教師首先提供資料，闡述密度梯度離心技術和檢測細胞內染色體（或DNA）放射性強度的放射性自顯影技術。接著教師組織各小組成員根據親代DNA分子的標記情況設計驗證實驗，推理相應主張對應的實驗結果，整理記錄在A4紙上，為之后的書面論證做好準備。

活動成果：學生設計了兩種實驗方案，并推理出主張對應的實驗結果，整理出兩種驗證方案。

第一種驗證方案：親代大腸桿菌的DNA用穩定性同位素15N標記后，讓大腸桿菌在含14N的培養液中分裂一次，再通過一定的方法檢測親代大腸桿菌和子一代大腸桿菌的DNA分子在離心管中的分布，預測實驗結果并記錄。學生的實驗結果預測如圖2所示。

設計思路：利用密度梯度離心技術，檢測DNA分子在離心管中的分布。

第二種驗證方案：用放射性同位素32p（或l4C或3H）標記某真核生物體細胞（親代細胞）內的染色體DNA，讓該類細胞在無放射性元素的培養液中增殖，再通過放射自顯影技術檢測親代細胞、子一代細胞中染色體的放射性情況，預測實驗結果并記錄。學生的實驗結果預測如圖3所示。

設計思路：通過細胞分裂前后的放射性強度變化來判斷。

2.3.4 論證答辯

任務：組織全班學生，以小組為單位，進行交流與討論，修改、完善模型。

活動：教師組織全班學生進行交流與合作、質詢和辯論。三種主張對應的小組，各選出一位代表分享書面論證報告并進行論證，其他小組成員進行質疑，被質疑的小組進行回應和答辯，交流中互幫互助，進行模型的修改和完善，論證過程如表2所示。

2.3.5 參照專家觀點

學生經過小組討論、全班答辯之后，學術思想的形成才具有建設性。本案例中的專家觀點主要來源于科學史中的經典實驗。

任務：基于教材中活動、小資料，結合課外科學史資料，各小組檢驗與修正自己的主張，為階段“反思性寫作”明確修改方向和修正措施。

活動：教師依次展現大腸桿菌DNA復制過程的同位素示蹤實驗、姐妹染色單體色差實驗、蠶豆染色體放射性自顯影實驗的資料，組織各小組成員討論、交流，修正與完善自己的主張。最后播放DNA復制過程的模擬動畫，結合教材文本和圖片，師生一起總結半保留復制過程、條件、時期、特點、意義等內容，形成本節的基本概念，為反思性寫作做準備。

活動成果：各小組成員基于專家觀點進行了充分的交流后，主張全保留復制方式的小組，認同了半保留復制的主張并修改了模型。

2.3.6 反思性寫作論證

教師引導學生回顧建模與論證的過程，幫助學生使其敢于質疑自己，反復推翻錯誤模型后重新建立完善的新模型，闡明個人對概念的理解，完成反思性寫作。

反思性寫作作品中，學生從親代DNA為子代DNA的合成提供精確模板的角度，提出了全保留復制的主張，模型有一定的合理性。尋找證據的過程中，實驗設計、推理分析與主張間具有一致性。在分析了“專家觀點”后，該小組能修正自己的主張，加深了對概念的理解。但該小組的反思性寫作中，論證實驗的設計思路未完全體現，寫作上還有待完善。

2.3.7 SNP教學模式的優化

任務：教師展示德爾布呂克的DNA彌散復制模型與假說的內容，提出問題“按照彌散復制假說，大腸桿菌DNA復制過程的同位素示蹤實驗結果是什么？”

活動：學生以小組為單位討論，繪制離心管內DNA分子條帶分布圖。

活動成果：各組學生繪制出DNA分子在離心管中的分布圖（見圖4）。

3 教學效果分析

3.1 SNP教學模式將建模和論證有機融合，談判中促進學生科學思維的發展

課堂教學活動中，學生在建模的基礎上，尋找和收集證據并進行論證，這些環節極大地調動了學生參與科學探究的積極性。小組初步論證和全班論證答辯時，他們互為辯手，在談判中分享、質疑、辯論、說服和合作，這些過程提高了學生的批判性思維能力、科學探究能力。

3.2 SNP教學模式讓學生的思維過程充分展現

本節的第1課時，學生完成了DNA復制模型的構建和展示，但各個小組均未構建彌散復制模型，有兩個小組自創了“無保留復制”模型。在教學中，教師并未急于否定學生的想法，而是引導學生從實驗設計起步，在交流和討論中層層遞進地推進“專家觀點”，最終確立了半保留復制假說，彌散復制假說則放在知識遷移和應用環節中展現。這些教學環節給了學生真實展示思維過程的機會，讓學生的行為決定課堂的基調和走向，學生成為了課堂的主導者和參與者，并從中受益。

3.3 SNP教學模式可進一步優化，增加整體性評價環節

SNP教學模式提供了一種新的教學思路，教師評價、學生自評與學生互評可體現在每個環節中，但過程性評價不能取代整體性評價，不能取代知識的遷移和應用。本案例中，教師在完成SNP教學模式的六個階段后，通過科學史實驗探究的形式對學生的學習效果進行了整體性評價，一方面可進一步檢驗學生對學科概念的理解程度，另一方面也實現了所學知識的遷移和應用，有利于學科核心素養的全面發展。

基金項目：浙江省湖州市2023年度教學研究課題“高中生物學教學‘遞進式大任務情境’案例研究”（HZJY23122）。