基于假说演绎法的“探究DNA的复制方式”教学设计

基于假说演绎法的“探究DNA的复制方式”教学设计

王禄娇

广东省惠州市博罗中学     广东省惠州市 516100

摘要：本文以“探究DNA的复制方式”一节为例，以情境导入引出问题、作出假说、设计实验、预测结果、实验验证等步骤，加强学生对假说演绎法的深刻认识，进而训练、深化和拓展科学思维。

关键词：假说演绎法；半保留复制；模型构建

1． 教材分析及设计思路

本节课属于高一生物“DNA的复制”内容节选，通过DNA分子结构的学习学生明白了DNA作为遗传物质的条件之一稳定性，但对保证亲子代遗传物质的连续性还存在疑问；通过遗传规律的学习，学生对实验现象能做一定的分析归纳总结，具备一定的抽象思维能力，但在实验设计方面仍有一定的困难。学好这一课时，是对DNA能作为遗传物质、细胞分裂以及遗传定律等知识的补充完善，使学生理解更加深刻；同时笔者以探究DNA复制方式为引再现假说演绎法的一般流程，通过让学生在体验实验探究的过程中提升实验设计和分析推理的能力，形成科学思维。

2． 教学目标

    本节课以发展学生核心素养为依托，笔者制订了以下教学目标：

（一）通过对DNA复制方式探究流程的学习，让学生能熟练运用假说演绎法解决实际问题。

（二）通过对梅塞尔森和Herbert Taylar等提供的实验证据的分析，提升学生科学思维的严谨性和全面性。

（三）通过构建有丝分裂过程中DNA与染色体的关系模型，让学生感悟DNA复制在细胞分裂中的重要性并认同DNA是遗传物质这一观点。

3 .教学过程

3.1 创设情境，激发探究欲望    

以沃森和克里克对DNA复制机制的猜想为情境导入引发思考：一个DNA含有两条链，通过碱基互补配对原则复制完成后变成两两相同的四条链。那么，这四条链如何组装成完全相同的两条DNA分子呢（图1）？

                          （图1）                                       （图2）

3.2 引出假说，明确探究目的

引导学生大胆猜想并讨论，尝试画出半保留复制模型和全保留复制模型，为了使探究更加的严谨笔者补充分散复制模型(图2)。学生通过大胆的想象和严谨的分析解决问题提出假说，并通过构建模型的方式区分假说，使探究目的更明确的同时思维能力也得到一定的提高。

3.3 演绎推理，设计实验方案

虽然学生已经明确探究目的以及它们之间的区别，但是对如何通过设计实验去区分三种假说仍然感到茫然。笔者设置一系列螺旋递进式的问题：①三种假说的主要区别在哪里（明确自变量）？②如果要区分三种假说DNA至少需要复制几次？如何保证（明确实验对象及自变量的施加方式）？③如何区分模板链和新合成的链？④如何测定子代DNA分子带有同位素标记的情况（明确因变量的检测指标）？笔者通过以上问题引导学生逐渐往自己预设的方向发展，让学生理解该实验的设计原理后整理并口述本实验的实验方案。最后介绍梅塞尔森和斯塔尔经典实验的实验设计思路，让学生体会经典实验设计的合理性，从体验中获得成就感。

3.4 根据假说，推测预期结果

    按照DNA复制方式的三种假说模型结合实验设计思路引导学生预测离心后试管中DNA的位置，将预测的实验结果以模型的方式展示出来（图三）。通过预测结果的可视化，可帮助学生检测自己的推理及设计方案是否可行，例如如果预测的三种结果不一样，说明该设计方案能区分假说，设计合理。以促进学生科学论证、严谨推理等高阶思维的提升，培养科学思维。[1]

                                （图三）

3.5 依据实验结果，得出实验结论

此时，教师及时展示出梅塞尔森和斯塔尔的实验结果（图四），并强调第二代细菌的DNA检测中两条条带宽度一样。学生将自己的预测结果与科学家的实验结果进行比对，围绕实验目的就可以得出结论。根据该结论教师还可以引导学生分析如果培养到第三代结果会怎样，以检测学生是否掌握知识，深化概念。通过以科学家的真实实验结果为证据培养学生的证据意识，有助于学生领悟“科学以实证为判别的尺度”[1]。

3.6 构建模型，内化概念

引入新情境Herbert Taylar的实验：用3H标记蚕豆细胞染色DNA(标记双链)，然后让细胞在不含3H的培养液中进行有丝分裂，经放射自显影显示实验结果。第一次分裂中期：两条染色单体都带有标记，第二次分裂中期：每条染色体只有1条染色单体都带有标记[2]。引导学生结合相关知识构建模型（图五）解释该实验现象。通过与旧知识有效整合，深化对概念的理解，帮助学生在解释现象的过程中训练思维、习得方法。

      （图四）                                        （图五）

4 .教学反思

    高考重点考查的生物学知识为概念性知识和方法性知识，死记硬背这些知识是低效的，而主动思考，并在不断质疑中获得的知识是难忘的。新教材编排中对这类知识的形成也更加注重过程的展示，并在过程中逐步实现概念和方法的建构。如果课堂教学中教师更加注重过程的引导，让学生自己总结得出相关结论，那么学生科学思维能力的发展就会得到较大的提升。在本节课中，通过建模、问答、延伸拓展等思维活动，力求提升学生的科学思维品质，渗透生物学核心素养。

参考文献:

[1]李盛丰.基于假说演绎法的“噬菌体侵染细菌的实验”教学设计[J].生物学教学,2021,46(6):37-39

[2]余中宾.例析“核DNA和染色体的关系”在细胞分裂题中的应用[J].中学生物教学，2017.12