例談“支架”在生物課堂中的巧妙應(yīng)用

張曉君 孔 勇 （江蘇省宜興中學(xué) 江蘇無錫 214200）

1 理論基礎(chǔ)

在教學(xué)過程中，“支架”對于學(xué)習(xí)者與對于建筑物的作用是類似的，學(xué)生沿著教師搭建的“支架”逐步攀升，主動建構(gòu)知識，最終實現(xiàn)對知識的整體理解和掌握。

前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論認(rèn)為：個體發(fā)展分為現(xiàn)實的發(fā)展水平和潛在的發(fā)展水平兩種水平。這兩種水平之間的區(qū)域即“最近發(fā)展區(qū)”，低于最近發(fā)展區(qū)水平的教學(xué)是枯燥乏味的，超出最近發(fā)展區(qū)之外的教學(xué)是無效和困難的。利用“支架”進(jìn)行教學(xué)的前提是了解學(xué)生的現(xiàn)實發(fā)展水平和潛在發(fā)展水平，教師在最近發(fā)展區(qū)搭建恰當(dāng)?shù)闹Ъ?，促進(jìn)學(xué)生主動建構(gòu)知識，實現(xiàn)從“現(xiàn)實的發(fā)展水平”到“潛在的發(fā)展水平”過渡。

支架的形式有很多種，如情境支架、問題支架、圖表支架、范例支架、實驗支架、模型支架等。筆者嘗試以“DNA是主要遺傳物質(zhì)”一節(jié)為例，展示不同類型的支架在生物課堂教學(xué)中的巧妙應(yīng)用。

2 學(xué)生現(xiàn)實發(fā)展水平和潛在發(fā)展水平的分析

“DNA是主要遺傳物質(zhì)”一節(jié)的重難點(diǎn)知識是“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”和“噬菌體侵染大腸桿菌實驗”。本節(jié)內(nèi)容與學(xué)生已有知識有一定的聯(lián)系，對“DNA是主要遺傳物質(zhì)”中學(xué)生現(xiàn)實的發(fā)展水平和潛在的發(fā)展水平的分析見表1。

3 實施過程

3.1 情境支架，激發(fā)興趣

教師展示學(xué)生熟悉的幾位老師的“父與子”照片，學(xué)生根據(jù)樣貌進(jìn)行“大手拉小手”活動。小游戲后，教師提問：父母與子女在樣貌上的相似，主要是因為在遺傳的過程中，父母提供了哪種物質(zhì)？

表1“DNA是主要遺傳物質(zhì)”中兩種水平的分析

教師追問：①染色體的主要成分是什么？

②DNA和蛋白質(zhì)，哪種物質(zhì)才是決定樣貌相似的物質(zhì)？如何通過實驗證明？

設(shè)計意圖：教師搭建一個游戲式情境支架，導(dǎo)入新課，抓住學(xué)生的注意力，使他們順利進(jìn)入課堂思維狀態(tài)。教師結(jié)合之前已學(xué)習(xí)的減數(shù)分裂和受精作用的內(nèi)容，將學(xué)生的思維從遺傳的細(xì)胞學(xué)水平過渡到遺傳的分子學(xué)水平。

3.2 問題支架，突破難點(diǎn)

教師展示格里菲思進(jìn)行的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗圖，根據(jù)學(xué)生已有的知識以及讀圖獲取信息的能力設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生比較、分析格里菲思所做的4組實驗，歸納出肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗的實驗結(jié)論。所設(shè)計的問題如下：

①第一、二組實驗說明了什么？

②在第三組實驗中，被加熱殺死的S型細(xì)菌有沒有毒性？

③在第四組實驗中，導(dǎo)致小鼠死亡的是哪種細(xì)菌？

④該實驗?zāi)茏C明DNA是遺傳物質(zhì)嗎？該實驗的實驗結(jié)論是什么？

教師追問：格里菲思推測S型菌種存在某種“轉(zhuǎn)化因子”，使R型菌轉(zhuǎn)化為S型菌，如果你是科學(xué)家，如何通過實驗證明“轉(zhuǎn)化因子”是何物質(zhì)？教師鼓勵學(xué)生開拓思維，大膽設(shè)想，從而順利過渡到1944年美國科學(xué)家艾弗里進(jìn)行的肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗。

赫爾希和蔡斯等人完成的噬菌體侵染大腸桿菌實驗更為抽象，在介紹完噬菌體的結(jié)構(gòu)和噬菌體侵染大腸桿菌過程之后，教師展示T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗圖，設(shè)置問題串：

①根據(jù)噬菌體侵染大腸桿菌的過程，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入大腸桿菌的物質(zhì)即為人們尋找的遺傳物質(zhì)，DNA和蛋白質(zhì)中哪種物質(zhì)進(jìn)入大腸桿菌，如何追蹤？

②標(biāo)記DNA和蛋白質(zhì)分別用何種元素？

③如何獲得有35S或32P標(biāo)記的噬菌體？

④標(biāo)記的噬菌體與未標(biāo)記的大腸桿菌混合，短時間保溫后，攪拌、離心的目的分別是什么？

⑤離心后，沉淀物和上清液中各有什么成分？⑥用35S標(biāo)記噬菌體，離心后，試管中的哪個部分放射性很高？這一現(xiàn)象說明了什么？

⑦用32P標(biāo)記噬菌體，離心后，哪里放射性很高？這一現(xiàn)象又說明了什么？

⑧細(xì)菌裂解釋放出的噬菌體中，可以檢測到32P標(biāo)記的DNA，但卻不能檢測到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，這一結(jié)果說明了什么？

設(shè)計意圖：圍繞一定的目標(biāo)，教師按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計一系列問題支架。在整個教學(xué)過程中，學(xué)生作為知識的探索者沿著支架攀爬，不斷建構(gòu)知識，以達(dá)到新的現(xiàn)實發(fā)展水平。

3.3 圖表支架，整合內(nèi)容

培養(yǎng)基和菌落這兩個概念在必修模塊中沒有具體的要求，但在本節(jié)內(nèi)容中卻涉及到，教師利用圖片使學(xué)生對培養(yǎng)基和菌落形成直觀的印象。

傳統(tǒng)的教學(xué)過程，教師一般在學(xué)習(xí)完T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗后再總結(jié)噬菌體侵染大腸桿菌的過程。這樣處理的弊端是學(xué)生不清楚為何先用同位素分別標(biāo)記噬菌體，再用標(biāo)記的噬菌體去侵染大腸桿菌。筆者嘗試在學(xué)生認(rèn)識噬菌體后，利用圖1的簡圖向?qū)W生介紹噬菌體侵染大腸桿菌過程：吸附→注入→合成→釋放，侵染過程中注入大腸桿菌的物質(zhì)即尋找的遺傳物質(zhì)。學(xué)生很容易就能想到用同位素分別標(biāo)記噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，追蹤DNA和蛋白質(zhì)的蹤跡。

圖1 噬菌體侵染大腸桿菌的過程

艾弗里與赫爾希等人的實驗在選材、實驗方法上不同，但實驗的設(shè)計思路卻有共同之處，教師設(shè)計表2，要求學(xué)生比較這兩個實驗，有助于學(xué)生對知識的理解記憶。

表2 肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染大腸桿菌實驗的比較

教師利用圖2，引導(dǎo)學(xué)生歸納出RNA病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。

圖2 TMV和HRV的實驗過程侵染煙草葉片

最后，教師根據(jù)在教學(xué)過程中構(gòu)建的概念圖（圖3），將本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行整合，直觀地表現(xiàn)各個實驗的實驗結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納出：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，DNA是主要遺傳物質(zhì)。

圖3 DNA是主要遺傳物質(zhì)“一節(jié)的概念圖”

設(shè)計意圖：教師通過培養(yǎng)基和菌落的圖片、噬菌體侵染大腸桿菌過程圖，將生物學(xué)中微觀領(lǐng)域的知識直觀化，便于學(xué)生理解；利用煙草花葉病毒（TMV）和車前草病毒（HRV）侵染作物的癥狀圖，讓學(xué)生親歷與科學(xué)家一樣的探究歷程，使學(xué)生在強(qiáng)化發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的同時，感悟科學(xué)家設(shè)計實驗的巧妙和思維的縝密，感受科學(xué)探究的魅力。本節(jié)內(nèi)容的知識容量大，教師在黑板上搭建出整節(jié)內(nèi)容概念圖支架。學(xué)生依托概念圖，梳理自己的知識體系，尋找存在的知識漏洞，進(jìn)行填補(bǔ)，最終構(gòu)建更完善、全面的知識網(wǎng)絡(luò)。

3.4 范例支架，鞏固知識

【例1】（2008年江蘇卷）某研究人員模擬肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，進(jìn)行了以下4個實驗：

①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠

②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠

③R型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入S型菌的DNA→注射入小鼠

④S型菌＋DNA酶→高溫加熱后冷卻→加入R型菌的DNA→注射入小鼠

以上4個實驗中小鼠存活的情況依次是（ ）

A.存活、存活、存活、死亡

B.存活、死亡、存活、死亡

C.死亡、死亡、存活、存活

D.存活、死亡、存活、存活

【解析】通過格里菲思的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解到：導(dǎo)致小鼠死亡的是S型活菌。①DNA酶分解S型菌DNA，R型菌不能發(fā)生轉(zhuǎn)化，小鼠存活；②DNA酶分解R型菌DNA，加入的S型菌導(dǎo)致小鼠死亡；③高溫加熱使R型菌失活，加入的S型菌的DNA無法使失活的R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化，無S型菌產(chǎn)生，小鼠存活；④高溫加熱使S型菌失活，加入的R型菌的DNA不會導(dǎo)致小鼠死亡，小鼠存活。

【例2】如果用15N、32P、35S共同標(biāo)記噬菌體后，讓其侵染未標(biāo)記的大腸桿菌，在產(chǎn)生的子代噬菌體中，能夠找到的標(biāo)記元素為（ ）

A.在外殼中找到15N和35S

B.在DNA中找到15N和32P

C.在外殼中找到15N和32P

D.在DNA中找到15N、32P和35S

【解析】根據(jù)DNA和蛋白質(zhì)的元素組成，將噬菌體的DNA上標(biāo)記上15N和32P，蛋白質(zhì)上標(biāo)記上15N和35S。噬菌體侵染大腸桿菌過程中，噬菌體的DNA進(jìn)入大腸桿菌，并參與子代噬菌體的合成，所以在子代噬菌體的DNA中能找到15N和32P，而親代噬菌體的蛋白質(zhì)外殼并未進(jìn)入大腸桿菌，子代噬菌體的蛋白質(zhì)合成所需要的原料全部來自未標(biāo)記的大腸桿菌，所以子代噬菌體的蛋白質(zhì)中沒有放射性。

設(shè)計意圖：教師通過典型的例題幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)知識，提升學(xué)生對知識的理解水平，同時也可以檢驗學(xué)生是否已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的潛在發(fā)展水平。

實踐證明，在準(zhǔn)確分析學(xué)生的現(xiàn)實發(fā)展水平和潛在發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理搭配情境、問題、圖表、范例等各種形式的支架，以支架支撐學(xué)生的思維發(fā)展這一模式對幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)新知識是行之有效的。