深度教學(xué)在“DNA的復(fù)制”一節(jié)中的實踐

張興宇

摘要 以“DNA的復(fù)制”新授課為例，從深度學(xué)習(xí)的特征出發(fā)，探討在高中生物課堂中激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動力、在問題解決中發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)、聯(lián)系學(xué)生已有知識建構(gòu)新知識體系以及滲透元認(rèn)知等深度教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞 深度教學(xué) DNA復(fù)制 教學(xué)實踐 核心素養(yǎng)

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

深度教學(xué)是一種教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)策略。與傳統(tǒng)的教師講授灌輸、學(xué)生被動接受等淺層學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)具有以內(nèi)在學(xué)習(xí)需求為動力、在問題解決中發(fā)展高階思維、注重知識聯(lián)通與構(gòu)建、運(yùn)用元認(rèn)知策略調(diào)控學(xué)習(xí)等特征。下面以“DNA的復(fù)制”新授課的教學(xué)實踐為例，探討烙印深度學(xué)習(xí)特征的深度教學(xué)策略。

1 深度教學(xué)激發(fā)并保護(hù)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力

深度學(xué)習(xí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力是最珍貴的，能最大程度激發(fā)和保持學(xué)生探究的欲望，這是進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的前提。因此，在課堂教學(xué)中，教師可以通過合適情境的設(shè)置來激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生體會成就感，以培養(yǎng)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力。

在“DNA的復(fù)制”一節(jié)的課堂導(dǎo)入中，教師首先展示了一組“人類胚胎發(fā)育”的圖片。利用這組圖片，喚起學(xué)生對自身的關(guān)注，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣;再通過問題的設(shè)置和引導(dǎo)，讓學(xué)生聯(lián)系已有知識，同時萌發(fā)新的思考，使課堂自然過渡到即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容。具體的問題設(shè)計和意圖見表1。

這些問題的設(shè)置緊扣圖片情境，能較好地讓學(xué)生保持“踮起腳尖，夠到果實”的狀態(tài)，有利于保持學(xué)生的興趣。接著，教師展示了1953年沃森、克里克發(fā)表的那篇關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的論文圖片，指出他們當(dāng)時也意識到“特定的堿基配對為遺傳物質(zhì)的復(fù)制提供了一種可能的機(jī)制”，與學(xué)生的看法一致，讓學(xué)生獲得成就感，保持對DNA復(fù)制的探究興趣。為繼續(xù)保持這種興趣，教師設(shè)計了一個模擬活動：每個學(xué)生有兩紅、兩藍(lán)4根電線，模擬4條DNA單鏈;教師出示兩根藍(lán)色電線螺旋在一起的模型作為親代DNA，讓學(xué)生模擬“1個親代DNA分子，復(fù)制1次，得到2個子代DNA”，展示并表達(dá)自己的模型。這個模擬活動將抽象的問題模型化，讓每個學(xué)生動起來，手腦并用，讓學(xué)生對DNA復(fù)制有各自的體悟。

2 深度教學(xué)在問題解決中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)

學(xué)生都有一定的知識和技能基礎(chǔ)，但這些知識和技能往往是較為零散的，還不足以形成核心素養(yǎng)。如果這些知識和技能在一定的情境中，被運(yùn)用于實際問題的解決，它們就有可能被組織起來，形成相互的聯(lián)系，進(jìn)而發(fā)展成學(xué)生的核心素養(yǎng)。

DNA是怎么復(fù)制的？學(xué)生圍繞這個問題進(jìn)行假設(shè)和探究，就能把已知的知識和方法在解決問題的過程中組織起來，進(jìn)而形成科學(xué)思維。學(xué)生動手得到兩個子代DNA的過程，其實就是對“DNA是怎樣復(fù)制的”做出了自己的假設(shè)，教師此時對學(xué)生做出的兩種假設(shè)進(jìn)行總結(jié)：一種是半保留復(fù)制，一種是全保留復(fù)制。如何證明哪種假說是正確的？聯(lián)系到之前學(xué)習(xí)的“假說一演繹法”，學(xué)生認(rèn)識到接下來需要按照各自的假說進(jìn)行演繹推理，然后設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。怎樣進(jìn)行演繹推理？如何設(shè)計實驗？需要教師提供必要的支架來幫助學(xué)生落實問題的解決。教師提示學(xué)生“用兩條黑線表示親代DNA雙鏈，用紅線表示子代DNA鏈，按兩種不同的假設(shè)，演繹親代DNA復(fù)制到第二代”。在實驗的設(shè)計上，通過問題串引導(dǎo)學(xué)生思考：

①兩種假說得到的子一代DNA最大的不同是什么？（通過觀察，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)子代DNA中母鏈和子鏈的組合不同）

②怎樣區(qū)分母鏈與子鏈？（學(xué)生會聯(lián)系到同位素標(biāo)記法）

③用何種元素進(jìn)行標(biāo)記？（學(xué)生會有不同的答案，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同只要是組成DNA的元素，原則上均可用于標(biāo)記，具體實施中可能因方法的不同而有所選擇）

④假設(shè)用N元素進(jìn)行標(biāo)記，如何讓細(xì)胞中的DNA標(biāo)記上？（學(xué)生能認(rèn)識用14N或者'5N的培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞）

⑤怎樣讓親代DNA與子代DNA做上不同的標(biāo)記？（學(xué)生意識到需要將DNA全部標(biāo)記'5N后，轉(zhuǎn)移到14N的培養(yǎng)基上）

⑥如何觀察子代DNA中母鏈與子鏈的組合狀況？（有的學(xué)生選擇放射性同位素顯影，這是一種常見的錯誤思路，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析錯誤原因;學(xué)生關(guān)注到含不同N元素的DNA分子量不同，由此聯(lián)系到離心的方法）

通過以上的分析，教師用梅塞爾森、斯塔爾的選擇肯定學(xué)生的同時，提供CsCl密度梯度離心資料，促進(jìn)學(xué)生掌握正確的實驗方法。

學(xué)生在理解了實驗原理后，可以順利地預(yù)測兩種不同假設(shè)的密度梯度離心的結(jié)果，在教師的引導(dǎo)下解讀梅塞爾森——斯塔爾的實驗結(jié)果，并能利用模型將結(jié)果表達(dá)出來，直觀地顯示了半保留復(fù)制假說的正確性。此時，教師設(shè)計了思維訓(xùn)練環(huán)節(jié)：“展示彌散復(fù)制假說，請尋找證據(jù)否定該假說?！庇械膶W(xué)生從密度梯度離心結(jié)果分析，還有學(xué)生從彌散復(fù)制需要將雙鏈切成若干段——能量不經(jīng)濟(jì)、片段聚合成“雜種鏈”——增加錯誤概率等角度否定這種假說。這些都是學(xué)生積極思維、努力解決問題的表現(xiàn)。

3 深度教學(xué)善于引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識，建構(gòu)新的知識體系

深度學(xué)習(xí)關(guān)注學(xué)生已有經(jīng)驗與新知識之間的相互轉(zhuǎn)化：一方面促進(jìn)學(xué)生調(diào)動已有經(jīng)驗參與新知識的學(xué)習(xí);另一方面使學(xué)生把新知識與原有知識加以整合，構(gòu)建出新的知識體系。這個過程中，概念模型的構(gòu)建能讓學(xué)生通過分類、歸納，發(fā)展學(xué)生的記憶、聯(lián)想和遷移能力，優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

在“對DNA分子復(fù)制的推測”和“DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)”的教學(xué)中，教師聯(lián)系學(xué)生已學(xué)習(xí)的“假說一演繹法”，讓學(xué)生體驗到一個完整的“提出問題——做出假設(shè)——演繹推理——設(shè)計實驗——得出結(jié)論”的探究過程。在其中設(shè)計實驗的環(huán)節(jié)，也是利用問題串來充分調(diào)動學(xué)生的已有知識，并將其整合到解決新問題的知識體系中。在DNA復(fù)制過程的教學(xué)中，教師可通過讓學(xué)生閱讀課本、補(bǔ)充思維導(dǎo)圖的方式，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建DNA復(fù)制的概念圖（圖1）。

學(xué)生在初期構(gòu)建的概念圖，答案就僅局限在課本上，需要教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識問題的本質(zhì)，完善學(xué)生的概念圖。例如，學(xué)生分析DNA復(fù)制時間，回答“有絲分裂的間期和減數(shù)第一次分裂的間期”。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到：DNA的復(fù)制是為了保證遺傳的穩(wěn)定性，因此細(xì)胞要分裂之前，或者線粒體及葉綠體這樣的細(xì)胞器在增殖時，都應(yīng)有DNA復(fù)制的發(fā)生。分析DNA復(fù)制的場所，應(yīng)該是細(xì)胞中DNA存在的位置：真核細(xì)胞除細(xì)胞核外，還有線粒體、葉綠體;原核細(xì)胞則在擬核等。分析DNA復(fù)制的意義，不僅有遺傳信息的連續(xù)性，還可以聯(lián)系到復(fù)制出現(xiàn)的差錯提供了生物變異的來源。

4 深度教學(xué)關(guān)注元認(rèn)知在教學(xué)中的滲透

深度教學(xué)強(qiáng)調(diào)元認(rèn)知策略在教學(xué)中的應(yīng)用，可以幫助教師和學(xué)生反思：目標(biāo)是什么？該如何思考？為什么這樣思考？是否達(dá)到目標(biāo)？當(dāng)問題還不能解決時，表現(xiàn)出探索新知的欲望和行動。教師在教學(xué)中融入反思，可促進(jìn)學(xué)生的元認(rèn)知能力的發(fā)展。

在完成DNA復(fù)制過程的基本學(xué)習(xí)后，教師展示了《必修1.分子與細(xì)胞》第六章第三節(jié)“細(xì)胞的衰老和凋亡”中“端粒學(xué)說”的圖片，讓學(xué)生嘗試解釋：為什么DNA序列在每次細(xì)胞分裂后會縮短一截？這是學(xué)生很熟悉的素材，但他們卻發(fā)現(xiàn)自己現(xiàn)有的知識還不足以解釋這個問題。這個環(huán)節(jié)讓學(xué)生意識到一些雖然學(xué)習(xí)了卻被自己忽略的問題，在反思自己學(xué)習(xí)的同時，對教師拋出的這個“挑戰(zhàn)性”的問題顯示出濃厚的興趣，對接下來針對DNA復(fù)制的拓展性學(xué)習(xí)躍躍欲試。學(xué)生在觀看DNA復(fù)制的視頻資料時，注意力很集中，迅速將視頻中的一些關(guān)鍵點記錄下來，最后應(yīng)用學(xué)到的新知識來解釋端粒縮短的問題。這樣的教學(xué)環(huán)節(jié)不僅豐富了學(xué)生對DNA復(fù)制的認(rèn)知，也為將來學(xué)習(xí)PCR技術(shù)打下基礎(chǔ);更重要的是激發(fā)了學(xué)生主動建構(gòu)知識和解決復(fù)雜問題的內(nèi)在動力，知道需要獲取哪些信息或外在幫助來解決問題，實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

在課程的最后，教師向?qū)W生介紹了DNA復(fù)制的研究新進(jìn)展——發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的關(guān)于單個DNA復(fù)制的觀察研究。這樣一方面讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對人類認(rèn)知發(fā)展的影響;另一方面也讓學(xué)生意識到科學(xué)理論是不斷發(fā)展更新的，自己需要不斷地學(xué)習(xí)。更重要地是使學(xué)生學(xué)會批判地看待網(wǎng)絡(luò)上的一些信息，如“真正的DNA復(fù)制，才不是課本里說的那樣呢”，學(xué)會獨(dú)立思考、理性判斷。這樣一種懂得批判性學(xué)習(xí)、善于反思的學(xué)習(xí)體驗正是元認(rèn)知能力的體現(xiàn)，也是深度教學(xué)能夠呈現(xiàn)的。

深度學(xué)習(xí)能充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，促進(jìn)學(xué)生對知識的聯(lián)想、遷移與應(yīng)用，認(rèn)識事物本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生高階思維，并最終指向?qū)W生核心素養(yǎng)的形成。因此，在高中生物課堂中，教師要不斷探討引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的深度教學(xué)策略。

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