基于“情境—猜想—论证”模式的“DNA的复制”教学设计

摘要：本文通过创设情境，引发学生思维动机，通过模型构建、演绎推理、资料分析等方法，引导学生自主探究并论证DNA的复制方式，自主构建概念，切实提高学生的生物学学科核心素养。

关键词：DNA复制；高中生物学教学设计

文章编号：1003-7586（2024）10-0032-04

中图分类号：G633.91

文献标识码：B

1教材分析及设计思路

“DNA的复制”是人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》第3章第3节的内容，在《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》）中对该部分内容的要求是“概述DNA分子通过半保留方式进行复制”。本节内容包括“对DNA复制的推测”“DNA半保留复制的实验证据”和“DNA复制的过程”三部分，既是对“DNA的结构”内容的延续，也是对后续“基因的定义”“基因的表达”等内容的铺垫。本节内容对于锻炼学生运用“假说—演绎”法、发展学生科学思维和科学探究能力具有重要意义。但由于该部分内容知识点较多，在教学实践中容易变成知识点的简单堆砌，不能充分挖掘经典实验的育人价值，从而难以充分培养学生的核心素养。

《课程标准》在实施建议中提出“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”，“教师应充分利用科学史要素开展教学，教师需要向学生提供各种丰富的、有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑”。因此，本节课基于“情境—猜想—论证”模式开展教学实践（见图1），以科学史要素创设教学情境，设计渐进式的问题驱动教学。教师引导学生利用多种科学方法进行猜想和论证，帮助学生进行探究式学习，促进学生自主构建相关概念，聚焦学生的推理论证能力，在提升其思维品质的同时引导学生关注科研进展，提高其社会责任意识，逐步发展学科核心素养。

2教学目标

（1）能够分析赫尔希和蔡斯实验插图，自主提出DNA复制方式的猜想；通过模型构建，理解半保留及全保留复制的特点，发展模型与建模的科学思维。

（2）能够运用演绎推理法，模拟密度梯度离心实验，体验科学探究过程，论证DNA是以半保留的方式进行复制的，提升科学探究能力。

（3）能够基于科学史情境，在问题的驱动下分析科学史资料，寻找证据，推演并概述DNA复制的过程、特点和条件；基于概念构建物理模型，阐明DNA分子可以通过复制传递遗传信息并保持遗传信息的连续性；同时通过学习生物科学史，培养求证意识，弘扬科学精神，发展社会责任意识。

3教学过程

3.1创设情境，对DNA复制方式出猜想

教师展示教材赫尔希和蔡斯实验结果：被32P标记DNA的实验组，在新形成的部分噬菌体中检测到了32P。这说明在DNA复制过程中，被标记的DNA被保留。教师据此提出问题：DNA的复制过程是怎样发生的？并由此引出课题。教师引导学生观察教材中噬菌体侵染大肠杆菌实验示意图：被32P标记的DNA双链均用红色表示，而新合成的DNA有的两条单链全为蓝色，有的包含一条红色单链和一条蓝色单链。学生据此提出有关DNA复制方式的猜想，多数学生基于图示分析认为DNA的复制方式是半保留复制。

教师出示任务一：利用白板、磁条（黑色表示具有放射性，灰色表示无放射性），小组合作构建DNA的半保留复制模型［见图2（a）］，并在模型解释环节自主构建DNA半保留复制的概念。之后，教师带领学生学习全保留复制的概念并引导其根据概念构建相应物理模型［见图2（b）］。

设计意图：教师合理运用教材插图，深挖教材隐性知识，并以此创设情境，提高学生发现问题、获取信息的能力。学生通过构建DNA复制的物理模型，将抽象知识具体化，将内隐逻辑外显化，更好地理解两种复制方式的内涵，同时为后续论证DNA的半保留复制奠定基础，并且在建模及模型解释过程中提升自身的科学思维能力。

3.2演绎推理，论证DNA以半保留方式进行复制

区分亲代DNA和子代DNA是论证DNA两种复制方式的关键。教师提供同位素标记技术的相关背景知识：15N和14N是氮元素的两种稳定同位素，这两种同位素的相对原子质量不同。教师引导学生分析不同类型DNA分子的密度大小，学生得出可用离心技术分离含有不同相对原子质量的氮元素的DNA，即CsCl（氯化铯）密度梯度离心法。教师播放兴趣小组制作的氯化铯密度梯度离心实验原理视频。

教师出示任务二：根据图2中的物理模型演绎推理半保留复制和全保留复制对应的亲代DNA、子一代DNA及子二代DNA离心后在试管中的位置，并将预期结果记录在表中（见表1）。学生小组分组讨论并展示结果后，教师及时评价。教师展示梅塞尔森和斯塔尔实验过程及实验结果［1］，引导学生分析亲代DNA、转移培养后子一代至子四代DNA条带的位置（种类）及宽度。通过分析实验结果，学生得出：离心处理后亲代DNA只有一条带，密度最