深度教学在“DNA的复制”一节中的实践

作者：张兴宇（福州第一中学）

*本文发表于《中学生物学》2019年第7期，第78-80页

摘 要 以“DNA的复制”新授课为例，从深度学习的特征出发，探讨在高中生物课堂中激发学生内在学习动力、在问题解决中发展学生核心素养、联系学生已有知识建构新知识体系以及渗透元认知等深度教学策略。

关键词 深度教学   DNA复制   教学实践   核心素养

深度教学是一种教师引导学生进行深度学习的课堂教学策略。与传统的教师讲授灌输、学生被动接受等浅层学习相比，深度学习具有以内在学习需求为动力、在问题解决中发展高阶思维、注重知识联通与构建、运用元认知策略调控学习等特征^[1]。本文以“DNA的复制”新授课的教学实践为例，探讨烙印深度学习特征的深度教学策略。

1 深度教学激发并保护学生内在的学习动力

深度学习关注学生的学习动力，其中，内在的学习动力是最珍贵的，它能最大程度激发和保持学生探究的欲望，这是进行深度学习的前提。因此，在课堂教学中，教师可以通过合适情境的设置来激发学生兴趣，让学生体会成就感，以培养学生内在的学习动力。

在“DNA的复制”一节的课堂导入中，笔者首先展示了一组“人类胚胎发育”的图片。利用这组图片，首先唤起学生对自身的关注，激发他们的学习兴趣；再通过问题的设置和引导，让学生联系已有知识，同时萌发新的思考，使课堂自然过渡到即将学习的内容。具体的问题设计和意图见表1：

表1课堂导入中配合图片情境的问题引导

这些问题的设置紧扣图片情境， 能较好地让学生保持“踮起脚尖，够到果实”的状态，有利于保持学生的兴趣。紧接着笔者展示了1953年沃森、克里克发表的那篇关于DNA双螺旋结构的论文图片，指出他们当时也意识到“特定的碱基配对为遗传物质的复制提供了一种可能的机制”，与同学们的看法一致，让同学们获得成就感，保持对DNA复制的探究兴趣。为继续保持这种兴趣，笔者设计了一个模拟活动：每个学生有两红、两蓝四根电线，模拟四条DNA单链；教师出示两根蓝色电线螺旋在一起的模型作为亲代DNA，让学生模拟“1个亲代DNA，复制一次，得到两个子代DNA”，展示并表达自己的模型。这个模拟活动，将抽象的问题模型化，让每个学生动起来，手脑并用，让学生对DNA复制有各自的体悟。

2 深度教学在问题解决中发展学生的核心素养

    学生都有一定的知识和技能基础，但这些知识和技能往往是较为零散的，还不足以形成核心素养。如果这些知识和技能在一定的情境中，被运用于实际问题的解决，它们就有可能被组织起来，形成相互的联系，进而发展成学生的核心素养。

DNA是怎么复制的？学生围绕这个问题进行假设和探究，就能把已知的知识和方法在解决问题的过程中组织起来，进而形成科学思维。学生动手得到两个子代DNA的过程，其实就是对“DNA是怎样复制的”做出了自己的假设，教师此时对学生做出的两种假设进行总结：一是半保留复制、二是全保留复制。如何证明哪种假说是正确的？联系到之前学习的“假说-演绎法”，学生认识到接下来需要按照各自的假说进行演绎推理，然后设计实验进行验证。怎样进行演绎推理？如何设计实验？需要教师提供必要的支架来帮助学生落实问题的解决。笔者提示学生“用两条黑线表示亲代DNA双链，用红线表示子代DNA链，按两种不同的假设，演绎亲代DNA复制到第二代”。在实验的设计上，笔者通过问题串引导学生思考：①两种假说得到的子一代DNA最大的不同是什么？（通过观察，学生会发现子代DNA中母链和子链的组合不同）②怎样区分母链与子链？（学生会联系到同位素标记法）③用何种元素进行标记？（学生会有不同的答案，引导学生认同只要是组成DNA的元素，原则上均可用于标记，具体实施中可能因方法的不同而有所选择）④假设用N元素进行标记，如何让细胞中的DNA标记上？（学生能认识用¹⁴N或者¹⁵N的培养基培养细胞）⑤怎样让亲代DNA与子代DNA做上不同的标记？（学生意识到需要将DNA全部标记¹⁵N后，转移到¹⁴N的培养基上）⑥如何观察子代DNA中母链与子链的组合状况？（有的学生选择放射性同位素显影，这是一种常见的错误思路，教师要引导学生分析错误原因；学生关注到含不同N元素的DNA分子量不同，由此联系到离心的方法）通过以上的分析，笔者用梅塞尔森-斯塔尔的选择肯定学生的同时，提供CsCl密度梯度离心资料，让学生掌握正确的实验方法。

学生在理解了实验原理后，可以顺利地预测两种不同假设的密度梯度离心的结果，在教师的引导下解读梅塞尔森-斯塔尔的实验结果，并能利用模型将结果表达出来，直观地显示了半保留复制假说的正确性。此时，笔者设计了思维训练环节：“展示弥散复制假说，请寻找证据否定该假说”，有的学生从密度梯度离心结果分析，还有学生从弥散复制需要将双链切成若干段——能量不经济、片段聚合成“杂种链”——增加错误概率等角度否定这种假说，这些都是学生积极思维，努力解决问题的表现。

3 深度教学善于引导学生联系已有知识，建构新的知识体系

深度学习关注学生已有经验与新知识之间的相互转化：一方面调动已有经验参与新知识的学习，另一方面把新知识与原有知识加以整合，构建出新的知识体系。这个过程中，概念模型的构建能让学生通过分类、归纳，发展学生的记忆、联想和迁移能力，优化学生的认知结构^[2]。

在“对DNA分子复制的推测”和“DNA半保留复制的实验证据”的教学中，联系学生已学习的“假说-演绎法”，让学生体验到一个完整的“提出问题-做出假设-演绎推理-设计实验-得出结论”的探究过程。在其中设计实验的环节，也是利用问题串来充分调动学生的已有知识，并将其整合到解决新问题的知识体系中。在DNA复制过程的教学中，笔者通过让学生阅读课本、补充思维导图的方式，引导学生构建DNA复制的概念图，见图1。

图1 “DNA复制”的思维导图

学生在初期构建的概念图，答案就仅局限在课本上，需要教师引导学生认识问题的本质，完善学生的概念图。例如学生分析DNA复制时间，回答“有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期”，教师应引导学生认识到DNA的复制是为了保证遗传的稳定性，因此细胞要分裂之前或者线粒体及叶绿体这样的细胞器在增殖时，都应有DNA复制的发生。分析DNA复制的场所，应该是细胞中DNA存在的位置：真核细胞除细胞核外，还有线粒体、叶绿体；原核细胞则在拟核等。分析DNA复制的意义，不仅有遗传信息的连续性，还可以联系到复制出现的差错提供了生物变异的来源。

4 深度教学关注元认知在教学中的渗透

深度教学强调元认知策略在教学中的应用，可以帮助教师和学生反思：目标是什么，该如何思考，为什么这样思考，是否达到目标？当问题还不能解决时，表现出探索新知的欲望和行动^[3]。在教学中融入反思，可促进学生的元认知能力的发展。

在完成DNA复制过程的基本学习后，笔者展示了一幅图片：必修一《分子与细胞》第六章第3节“细胞的衰老和凋亡”中的“端粒学说”，让学生尝试解释为什么“DNA序列在每次细胞分裂后会缩短一截”？这是学生很熟悉的素材，但他们却发现自己现有的知识还不足以解释这个问题。这个环节让学生意识到一些虽然学习了却被自己忽略的问题，反思自己的学习还应注意些什么？同时对笔者抛出的这个“挑战性”的问题显示出浓厚的兴趣，对接下来针对DNA复制的拓展性学习跃跃欲试。学生在观看笔者提供的一则DNA复制的视频资料时，注意力很集中，迅速将视频中的一些关键点记录下来，最后应用学到的新知识来解释端粒缩短的问题。这样的教学环节不仅丰富了学生对DNA复制的认知，也为将来学习PCR技术打下基础；更重要的是激发了学生主动建构知识和解决复杂问题的内在动力，知道需要获取哪些信息或外在帮助来解决问题，实现了深度学习。

在课程的最后，笔者向同学们介绍了DNA复制的研究新进展——发表在《细胞》杂志上的关于单个DNA复制的观察研究。一方面让学生认识到科学技术的进步对人类认知发展的影响，另一方面意识到科学理论是不断发展更新的，自己需要不断地学习；更重要地是学会批判地看待网络上的一些信息，如“真正的DNA复制，才不是课本里说的那样呢”等。独立思考、理性判断，这样一种懂得批判性学习、善于反思的学习体验正是元认知能力的体现，也是深度教学能够呈现的。

深度学习能充分调动学生的主观能动性，促进学生对知识的联想、迁移与应用，认识事物本质，发展学生高阶思维，并最终指向学生核心素养的形成^[4]。因此，在高中生物课堂中，不断探讨引导学生深度学习的深度教学策略，值得教师不断的尝试与实践。

参考文献：

[1]付亦宁.深度学习的教学范式[J].全球教育展望，2017，360（7）：47-56.

[2]吴菱,张锋.例析生物学教学中促进学生深度学习的策略[J].中学生物学，2017，33（6）：23-25.

[3]杨丁,张颖之.基于元认知理论优化生物学教学设计[J].生物学教学，2017，42(11)：30-31.

[4]郭华.深度学习及其意义[J].课程·教材·教法，2016，36(11)：25-32.

（基金项目：福建省“十三五”第一批中学生物教学带头人培养对象课题“基于核心素养的“五化”教学策略的实践研究”，No.XKSW-2017002）