以问题解决为导向，构建高效生物课堂
摘??要：科学探究要求学生能够发现生活中的科学问题，并进行观察、提问、实验设计、方案实施和结果交流讨论，是学习科学的有效途径。在“DNA的PCR扩增”一节的实验教学中，通过对“鉴定古墓骨骼样本的性别”问题创设真实情境，引导学生进行资料分析，逐步剖析PCR扩增过程中模板来源、反应体系、反应条件等内容，并自主设计实验，能有效发展学生的理性思维，帮助其构建知识体系。
关键词：DNA的PCR扩增;科学探究
苏霍姆林斯基说：“人的心灵深处有一种根深蒂固的需要，就是希望自己是一个发现者、研究者、探究者。”科学探究要求学生能够发现生活中的科学问题，并进行观察、提问、实验设计、方案实施和结果交流讨论[1]。在科学探究的过程中，学生可以亲历科学事实的发现过程，掌握科学探究的基本方法和技能，主动进行意义建构，完善知识网络，拓展思维深度和广度。因而，科学探究被认为是学习科学的有效途径[2]。
PCR技术（聚合酶链式反应）是利用DNA聚合酶在体外进行DNA复制的过程。所涉及的反应过程都是微观的化学反应，学生没有直观认识，也难以理解其在疾病诊断、医学鉴定、科学研究等方面发挥的关键作用。在以往的教学过程中，这部分内容往往采用的是理论讲解或者观看动画等方式，学生缺乏真实体验，学习效率不高。随着技术的发展与成熟，PCR技术早已不是什么高深的实验内容。在杭州的普通高中实验室中，已经配备了PCR仪等相关的实验器材。因此，如何挖掘科学问题，设置学生可操作、能探究、有意义的PCR实验情境，是提高仪器利用率，构建高效生物课堂的关键。
在浙科版普通高中教科书《生物学》选择性必修3《生物技术与工程》第四章《基因工程》第一节第二个“活动”——“PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定”的教学活动中，笔者先让学生通过阅读背景资料，逐步发现并提出问题“如何鉴定未知骨骼样本的性别”，以此创设真实的情境。接着以解决真实情境问题为导向，借助合适的学习资料，让学生主动运用科学思维，通过小组汇报等形式，共享学习成果，逐步剖析PCR扩增过程中模板来源、反应体系、反应条件等内容，发展理性思维，自主构建知识体系。学生借助实验操作手册和产品使用说明书，自主设计实验，以口腔上皮细胞等简单有效的实验材料完成实验，既在学中做，又在做中学，解决问题，并学以致用，加深对PCR技术的理解，提升应用知識的能力，体会PCR技术在生产生活中的重要应用。
一、创设真实情境，导出科学问题
PCR技术在古生物研究、基因检测、刑事侦破、疾病诊疗等方面有广泛应用，这为生物课堂创设真实问题情境提供了大量的素材。例如，在课堂导入环节中，可以采用对曹操墓进行考古挖掘的相关新闻报道为例导入新课，提出问题：“考古人员在古墓中发现了一块骨骼残骸，你有什么办法可以确定该遗骸的性别？”学生阅读笔者提供的资料，分析推理得出：可以通过观察样本中是否含有Y染色体的特有基因DYZ1来判断。DYZ1基因，位于人类的Y染色体上，其特异序列长度为154bp，拷贝数为3000～5000。由于其拷贝数多，特异性好，被广泛用于性别鉴定。
从真实案例出发，可快速将学生带入问题情境，引导学生明确探究活动的目的和意义，让学生对本节实验课内容产生期待并激发学习欲望。但从骨骼残骸中提取到的DNA的量非常少，怎样检验其是否含有154bp的DYZ1基因片段呢？笔者指导学生阅读资料学习DNA琼脂糖凝胶电泳的基本原理和方法（如图1），然后尝试使用课前准备好的DNA样本进行琼脂糖凝胶电泳，电泳需要30分钟左右。在这个等待过程中，笔者安排后续学习内容。
基本原理及相关问题
笔者给出一个电泳结果图，并提出问题串：1.第一泳道中加入标准DNA的作用是什么？2.第二泳道的DNA片段大小是多少？3.观察到的DNA条带是一个DNA分子吗……以此巩固并深化学生对DNA琼脂糖凝胶电泳的掌握。在学生掌握了DNA琼脂糖凝胶电泳的原理后，笔者将探究任务明确为：如何从微量DNA中精确获得大量的DYZ1基因片段？
二、理论实践结合，尝试科学探究
通过小组合作学习PCR试剂使用说明书，学生可以依葫芦画瓢，设计配置PCR反应体系的方法。为方便实验操作，笔者推荐学生使用2XPCRmix试剂，它含有耐高温的taq酶（DNA聚合酶）、dNTP、PCR反应所需的缓冲液等，只需加入适量引物和模板，即可进行PCR扩增（见表1）。
由于PCR反应非常灵敏，可以扩增目的基因序列超过1000万倍，在使用时应注意避免微量待扩增DNA的污染，并尽量考虑设置不加模板的空白对照，以确认是否有待扩增DNA的污染。笔者设计表格（见表2）引导学生思考如何设置空白对照、阳性对照和阴性对照。
学生分小组进行实验操作，提取男性和女性的口腔上皮细胞DNA粗提取物，作为对照组的模板，进行PCR扩增。口腔上皮细