基于“假说-演绎”法和SNP教学模式的教学设计
摘要：本文以高中生物学“基因指导蛋白质的合成”一节内容为例，基于教材内容和《课程标准》的学业要求，利用“假说-演绎”法和SNP教学模式开展“遗传信息的翻译”这一课时的教学设计，让学生体验科学家的研究历程并进行模型构建，有效提升学生的科学探究、模型与建模能力，以期在此过程中转变学生被动学习的习惯，形成自主合作式学习意识。
关键词：“假说-演绎”法；SNP教学模式；模型构建；科学论证
文章编号：1003-7586（2024）10-0039-04中图分类号：G633.91文献标识码：B
科学协商教学法（ScienceNegotiationPedagogy，简称SNP），是一种整合模型构建和科学论证的教学模式，该模式包括创设驱动性问题、各小组初步构建模型、各小组初步构建论证、面向全班讨论模型和说明论证过程、修改模型和论证、咨询专家和反思性写作6个阶段。［1］“模型与建模”“审视或论证”属于《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）提出的科学思维要求，SNP教学模式基于小组合作形式开展建模与论证教学，小组间构建、交流、完善模型，学生在学习过程中既要学会建模，也要给出建模的理由，即进行审视或论证。由此可见，基于该模式的教学过程是培养学生模型与建模能力、审视与论证能力的有效途径。笔者尝试运用此模式开展“基因指导蛋白质的合成”一节内容的教学实践。
1教材分析及设计思路
“基因指导蛋白质的合成”是人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》（以下简称“教材”）第4章第1节的内容，在此之前学生已经学习了基因的本质，知道了DNA的结构和功能以及DNA的复制方式，并且能够通过对比DNA和RNA的结构，理解RNA作为信使的结构条件以及遗传信息转录的过程。
对于本节第2课时的内容，《课程标准》要求学生“能够概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成”，且学生应在该过程中理解生命是物质、能量和信息的统一体。遗传信息的翻译是一个相对微观、抽象、复杂的过程。因此，教师可在课堂导入环节先播放一段与转基因内容相关的视频，激发学生的学习兴趣，接着通过假说演绎、实验验证、模型构建和科学论证等环节，帮助学生深化对遗传信息翻译和“中心法则”的理解，发展学生的科学建模能力及论证能力。基于以上分析，本节课的教学思路如图1所示。
2教学目标
（1）采用“假说-演绎”法及科学史资料中的实验证据，得出碱基和氨基酸之间的对应关系，发展科学思维能力及证据分析能力。
（2）基于小组合作的形式建模或论证教学过程，理解RNA指导的翻译过程，概述遗传信息的流动途径，发展模型与建模、审视与论证能力。
（3）能够运用遗传信息转录和翻译的相关知识解释转基因奶牛产生人类胰岛素的原理和过程。
3教学过程
3.1碱基和氨基酸之间的关系
3.1.1创设情境，提出驱动性问题
教师播放视频资料：2024年3月17日，科学家将编码人类胰岛素的DNA片段插入10个奶牛胚胎的细胞核中，使得人类DNA在奶牛乳腺组织中表达，并最终产出含有人类胰岛素的牛奶，该技术一旦投入使用，有望解决胰岛素的成本问题。教师引导学生思考：“为什么转入的是基因，得到的却是蛋白质？”同时提出本节课的驱动性问题：“细胞核中的DNA如何指导蛋白质的合成？”
设计意图：教师从日常生活中的糖尿病知识入手，介绍人类目前在胰岛素合成方面取得的较大突破，并介绍转基因奶牛的产生过程，让学生置身于问题情境中，以问导学。转基因奶牛的科学史情境既能让学生了解医药科学前沿进展，又能激发学生学习兴趣，从而将注意力集中在本节课的驱动性问题上。
3.1.2结合转录过程，进行假说演绎
本节第1课时所学的转录过程，发现以DNA为模板合成mRNA的过程遵循碱基互补配对原则，并且碱基之间的数量比是2∶1，教师由此提出疑问：在以mRNA为模板合成一定氨基酸顺序蛋白质的过程中，mRNA上的碱基是如何与蛋白质上的氨基酸顺序对应的？它们之间的数量关系是怎样的？教师先引导学生对碱基的数量关系进行思考，学生提出假说，教师给出提示“绝大多数生物体内，组成蛋白质的氨基酸有21种”，进而引导学生提出最合理的假说—“3个相邻的碱基决定1个氨基酸”。
教师继续引导学生演绎推理，“如果任意3个碱基随机指导1个氨基酸，那么在相关序列中任意增加或者删除1个或2个碱基，则无法产生正常功能的蛋白质”，并以英文字母序列“Thefatcatatethebigrat”为例，引导学生思考随机增加或删减1个字母，该英文句子的含义是否会发生变化。接着教师展示克里克（F.Crick）的实验内容：T4噬菌体上的某个基因经过处理后，可以使DNA插入或脱落单个碱基，无论是增加或者减少碱基都可以引起整