教材中模擬實驗的優(yōu)化策略芻議

謝砥

在基因工程專題教學中有許多難點。例如，限制酶和DNA連接酶的作用方式，目的基因和質(zhì)粒混合后的隨機結合，目的基因與質(zhì)粒的正向與反向連接，等等。產(chǎn)生這些難點的原因是學生對重組DNA的構建過程缺乏感性認識。人教版教材的編者也注意到了這個問題，因此在教材《現(xiàn)代生物科技專題》中安排了一個模擬實驗——重組DNA分子的模擬操作。安排該模擬實驗的目標是幫助學生借助模型化方法理解限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶作用原理。筆者通過多年實踐發(fā)現(xiàn)，可以采用探究教學的方法優(yōu)化該實驗，幫助學生突破更多的教學難點，以更好地達成更多的教學目標。

1優(yōu)化實驗準備

考慮到要用紙條模擬質(zhì)粒及重組質(zhì)粒，筆者沒有采用硬紙板，而是在16開講義紙上畫2條教材中所示的模擬DNA（見圖1），并畫出堿基對間的氫鍵。實驗前學生將紙條依邊框剪下。

紙條1被學生粘成環(huán)狀，模擬質(zhì)粒；紙條2（有陰影）模擬含目的基因的DNA。

學生按照4人一組的方式進行編組，方便討論和互幫互學。

2優(yōu)化實驗步驟，突破教學難點

2.1模擬限制酶剪切質(zhì)粒和目的基因

在剪之前，筆者先讓學生討論后用紅筆在兩條DNA的EcoRⅠ的切割位點處標“↑”，然后學生用剪刀剪切。筆者用實物投影儀展示結果，引導學生注意到質(zhì)粒被切割后由環(huán)狀變鏈狀，總長度不變。隨后，筆者讓學生討論用剪刀模擬切割和限制酶切割的最大區(qū)別。學生通過討論能意識到剪刀模擬切割必須剪斷氫鍵而限制酶只斷開磷酸二酯鍵。

通過上述教師的引導、學生的模擬操作和討論，學生對限制酶的作用機制有了一定的感性認識，并且加深了對限制酶作用部位的理解。

2.2模擬目的基因與質(zhì)粒的連接

每組指定一位學生把目的基因與質(zhì)粒連接起來。連接之前先讓學生討論：膠帶怎樣粘貼才能最大限度地模擬DNA連接酶的作用？學生操作完畢后，筆者展示不同的粘貼結果，讓學生判斷、討論。學生討論后意識到，膠帶不能粘在氫鍵處。

通過上述教師的引導、學生的模擬操作和討論，學生對DNA連接酶的作用機制有了一定的感性認識，并且加深了對DNA連接酶作用部位的理解。

2.3探究目的基因與質(zhì)粒的反向連接

筆者讓學生探究：目的基因與質(zhì)粒有沒有其他連接方式。學生討論后，由每組另一位學生完成目的基因與質(zhì)粒的反向連接。教師在實物投影儀上展示兩種重組DNA（見圖2），讓學生比較堿基序列是否一樣。學生觀察到兩種重組DNA上目的基因處的堿基序列不同。筆者進一步引導學生意識到兩種重組DNA的堿基序列不同將會導致基因表達結果的不同。

2.4探究其他DNA片段間的連接及自身環(huán)化

筆者讓學生探究：兩個目的基因之間能否連接起來，兩個質(zhì)粒間能否連接起來，目的基因自身能否連接成環(huán)狀。小組同學間討論，每組未操作過的兩位學生根據(jù)討論結果進行模擬操作。

總結階段，筆者提問：將限制酶剪切后的質(zhì)粒、目的基因、DNA連接酶混合后有哪些主要的產(chǎn)物？思考并回答該問題后，學生將理解DNA片段間的連接是隨機的，有重組DNA（正向連接與反向連接）、目的基因—目的基因、質(zhì)?！|(zhì)粒、目的基因環(huán)化、質(zhì)粒環(huán)化等多種連接情況。

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，筆者又拋出兩個問題讓學生探究：如何利用限制酶避免DNA片段的自身環(huán)化？如何利用限制酶使質(zhì)粒和目的基因發(fā)生定向連接？這兩個問題的難度較大。教師可通過引導使學生意識到選用不同限制酶對質(zhì)粒和目的基因進行切割，使質(zhì)粒和目的基因的兩端形成不同末端，從而避免DNA片段的自身環(huán)化以及使質(zhì)粒和目的基因發(fā)生定向連接。

3對教材中模擬實驗的優(yōu)化策略

3.1精心設置問題，安排小組合作，激發(fā)學生的思維

模擬實驗是指在科學研究中，由于受到客觀因素的制約，不能對研究對象進行直接實驗，需要通過模擬的方法建立研究對象的模型，在模型的基礎上進行實驗。通過模擬實驗可以獲得對研究對象的認識，揭示其本質(zhì)和活動規(guī)律。

既然進行模擬實驗的目標是揭示研究對象的本質(zhì)和活動規(guī)律，教師就要注意引導學生從關注形象化的操作轉向關注抽象化的思維，讓學生通過抽象思維認識到研究對象的本質(zhì)和活動規(guī)律。為此，教師可以精心預設一系列問題，隨著實驗的進行不斷拋出問題讓學生思考、討論，從而激發(fā)學生的思維，引領學生從多個角度不斷深入思考，最終對研究對象的本質(zhì)和活動規(guī)律有較全面和深刻的認識，建立起相應的認知模型。

在實驗教學中，教師組織好小組合作將有利于學生間的討論，在生生對話中，在思維碰撞中，迸發(fā)出智慧的火花。

3.2跟蹤最新試題，挖掘學生難點，拓展教學目標

通過上述2.1和2.2兩個步驟的教學，教材給予本實驗的教學目標已經(jīng)達成。筆者根據(jù)高考試題中的相關要求和學生在答題過程中表現(xiàn)出的困惑，對本實驗的教學目標進行了拓展。通過2.3和2.4兩個步驟引導學生探究，使學生認識到DNA片段間的連接是隨機的，有重組DNA（正向連接與反向連接）、目的基因—目的基因、質(zhì)粒—質(zhì)粒、目的基因環(huán)化、質(zhì)粒環(huán)化等多種連接情況。這樣既幫助了學生對DNA片段間隨機連接的理解，又訓練了學生的發(fā)散性思維，還培養(yǎng)了學生通過建構模型進行探究的能力。

教師要堅持傾聽學生的感受，跟蹤新穎的高考試題，經(jīng)常閱讀專業(yè)書刊，這樣教師就能了解學生學習的難點，把握高考試題中的新要求，了解同行的新做法，不斷優(yōu)化實驗教學方法。