SNP教學(xué)模式在高中生物學(xué)概念教學(xué)中的運用初探

摘要：以“DNA通過復(fù)制傳遞遺傳信息”一節(jié)為例，基于SNP教學(xué)模式設(shè)計“創(chuàng)設(shè)驅(qū)動問題、初步建構(gòu)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(xué)程序，并增加“整體性評價”的教學(xué)環(huán)節(jié)，以提升學(xué)生建模與論證的能力，發(fā)展高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：SNP教學(xué)法；建模；論證；DNA復(fù)制

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

1 SNP教學(xué)模式簡介

建模與論證，是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是發(fā)展核心素養(yǎng)的重要手段。科學(xué)談判教學(xué)法（Science Negotiation Pedagogy，簡稱SNP）基于生物學(xué)概念提出問題，圍繞模型建構(gòu)，逐步開展論證、評價等活動，促進學(xué)生對核心概念的理解及學(xué)科關(guān)鍵能力的發(fā)展。SNP教學(xué)模式一般包括6個階段：創(chuàng)設(shè)驅(qū)動問題、初步構(gòu)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(xué)模式，圍繞浙江科學(xué)技術(shù)出版社高中《生物學(xué)·必修2·遺傳與進化》教材中“DNA通過復(fù)制傳遞遺傳信息”一節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容開展教學(xué)活動，對SNP教學(xué)法在高中生物學(xué)課堂上的運用進行了初步探索。

2 教學(xué)案例呈現(xiàn)

2.1 相關(guān)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(fù)制?；靖拍睿篋NA分子復(fù)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(fù)制和傳遞遺傳信息？

2.2 教學(xué)準(zhǔn)備

2.2.1 建模材料

學(xué)校采購DNA結(jié)構(gòu)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(biāo)有字母A、T、G、C的透明圓標(biāo)簽貼紙若干，標(biāo)有C、H、0、N、P常見同位素的透明圓標(biāo)簽貼紙若干，記錄標(biāo)簽紙若干，A4紙若干。

2.2.2 教學(xué)資料

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

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

（3）課外資料：放射自顯影技術(shù)、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(fù)制模型與假說”（見圖1）。

（4）DNA復(fù)制過程的動畫模擬。

2.3 教學(xué)過程

2.3.1 創(chuàng)設(shè)驅(qū)動問題

學(xué)生根據(jù)DNA復(fù)制的概念，推理出DNA復(fù)制結(jié)果：產(chǎn)生的2個子代DNA中，脫氧核苷酸的種類、數(shù)量、排列順序與親代DNA分子完全相同。教師提出本節(jié)探討的重要問題：DNA怎樣實現(xiàn)精確復(fù)制，以保證遺傳信息的準(zhǔn)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(qū)分舊鏈和新鏈？

2.3.2 初步構(gòu)建模型

任務(wù)：根據(jù)親代DNA模型，按照自己的主張，構(gòu)建復(fù)制一次產(chǎn)生的子一代DNA模型。

活動：以小組為單位，進行DNA復(fù)制過程的模型建構(gòu)，各小組成員組內(nèi)討論，提出復(fù)制的“主張”后，動手搭建子一代DNA分子模型。教師巡視、指導(dǎo)和拍照記錄，學(xué)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(nèi)容，為模型展示和論證做準(zhǔn)備。

活動成果：學(xué)生在模型建構(gòu)上提出了三種主張。主張無保留復(fù)制方式的有兩個小組，在構(gòu)建兩個子一代DNA分子基礎(chǔ)上，保留了親代DNA分子模型。有三組主張半保留復(fù)制方式，兩組主張全保留復(fù)制方式。

2.3.3 小組初步論證

任務(wù)：各小組圍繞構(gòu)建的模型，創(chuàng)建由主張、證據(jù)和推理組成的論證，設(shè)計相關(guān)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(shù)和檢測細(xì)胞內(nèi)染色體（或DNA）放射性強度的放射性自顯影技術(shù)。接著教師組織各小組成員根據(jù)親代DNA分子的標(biāo)記情況設(shè)計驗證實驗，推理相應(yīng)主張對應(yīng)的實驗結(jié)果，整理記錄在A4紙上，為之后的書面論證做好準(zhǔn)備。

活動成果：學(xué)生設(shè)計了兩種實驗方案，并推理出主張對應(yīng)的實驗結(jié)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(wěn)定性同位素15N標(biāo)記后，讓大腸桿菌在含14N的培養(yǎng)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(yù)測實驗結(jié)果并記錄。學(xué)生的實驗結(jié)果預(yù)測如圖2所示。

設(shè)計思路：利用密度梯度離心技術(shù)，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(biāo)記某真核生物體細(xì)胞（親代細(xì)胞）內(nèi)的染色體DNA，讓該類細(xì)胞在無放射性元素的培養(yǎng)液中增殖，再通過放射自顯影技術(shù)檢測親代細(xì)胞、子一代細(xì)胞中染色體的放射性情況，預(yù)測實驗結(jié)果并記錄。學(xué)生的實驗結(jié)果預(yù)測如圖3所示。

設(shè)計思路：通過細(xì)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(wù)：組織全班學(xué)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(xué)生進行交流與合作、質(zhì)詢和辯論。三種主張對應(yīng)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(zhì)疑，被質(zhì)疑的小組進行回應(yīng)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(xué)生經(jīng)過小組討論、全班答辯之后，學(xué)術(shù)思想的形成才具有建設(shè)性。本案例中的專家觀點主要來源于科學(xué)史中的經(jīng)典實驗。

任務(wù)：基于教材中活動、小資料，結(jié)合課外科學(xué)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(xiàn)大腸桿菌DNA復(fù)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(fù)制過程的模擬動畫，結(jié)合教材文本和圖片，師生一起總結(jié)半保留復(fù)制過程、條件、時期、特點、意義等內(nèi)容，形成本節(jié)的基本概念，為反思性寫作做準(zhǔn)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(fù)制方式的小組，認(rèn)同了半保留復(fù)制的主張并修改了模型。

2.3.6 反思性寫作論證

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧建模與論證的過程，幫助學(xué)生使其敢于質(zhì)疑自己，反復(fù)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(xué)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(fù)制的主張，模型有一定的合理性。尋找證據(jù)的過程中，實驗設(shè)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(shè)計思路未完全體現(xiàn)，寫作上還有待完善。

2.3.7 SNP教學(xué)模式的優(yōu)化

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

活動：學(xué)生以小組為單位討論，繪制離心管內(nèi)DNA分子條帶分布圖。

活動成果：各組學(xué)生繪制出DNA分子在離心管中的分布圖（見圖4）。

3 教學(xué)效果分析

3.1 SNP教學(xué)模式將建模和論證有機融合，談判中促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展

課堂教學(xué)活動中，學(xué)生在建模的基礎(chǔ)上，尋找和收集證據(jù)并進行論證，這些環(huán)節(jié)極大地調(diào)動了學(xué)生參與科學(xué)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(zhì)疑、辯論、說服和合作，這些過程提高了學(xué)生的批判性思維能力、科學(xué)探究能力。

3.2 SNP教學(xué)模式讓學(xué)生的思維過程充分展現(xiàn)

本節(jié)的第1課時，學(xué)生完成了DNA復(fù)制模型的構(gòu)建和展示，但各個小組均未構(gòu)建彌散復(fù)制模型，有兩個小組自創(chuàng)了“無保留復(fù)制”模型。在教學(xué)中，教師并未急于否定學(xué)生的想法，而是引導(dǎo)學(xué)生從實驗設(shè)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(fù)制假說，彌散復(fù)制假說則放在知識遷移和應(yīng)用環(huán)節(jié)中展現(xiàn)。這些教學(xué)環(huán)節(jié)給了學(xué)生真實展示思維過程的機會，讓學(xué)生的行為決定課堂的基調(diào)和走向，學(xué)生成為了課堂的主導(dǎo)者和參與者，并從中受益。

3.3 SNP教學(xué)模式可進一步優(yōu)化，增加整體性評價環(huán)節(jié)

SNP教學(xué)模式提供了一種新的教學(xué)思路，教師評價、學(xué)生自評與學(xué)生互評可體現(xiàn)在每個環(huán)節(jié)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(yīng)用。本案例中，教師在完成SNP教學(xué)模式的六個階段后，通過科學(xué)史實驗探究的形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行了整體性評價，一方面可進一步檢驗學(xué)生對學(xué)科概念的理解程度，另一方面也實現(xiàn)了所學(xué)知識的遷移和應(yīng)用，有利于學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

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