围绕生物学核心概念的教学设计 - 以 - 遗传信息的传递 - 为例 - 佘建云

24生物学通报2010年第45卷第10期

围绕生物学核心概念的教学设计

———以“遗传信息的传递”为例

佘建云

安

军

100091）

（北京市第一零一中学北京

摘要关键词

基于生物学核心概念进行课堂教学，对提高学生的生物科学素养有着重要的意义。核心概念

以“遗传信息的传递”为例，围绕核心概念设计教学活动，帮助学生获得核心概念。

5E教学模式遗传信息的传递

中国图书分类号：G633.91文献标识码：C

核心概念作为教学设计的中心，将具体的生物学事实作为设计教学活动的工具，调动学生经历一系列的思维活动去理解并建构生物学核心概念。本文以浙科版高中生物学必修2中“遗传信息的传递”主题为例，围绕该主题中的核心概念设计教学活动，帮助学生获得本节课的核心概念，同时将新概念纳入到已有的概念体系中。

生物学核心概念构成了当代生物学科结构的主干，在学科知识中处于最为本质和核心的地位。美国的“2061计划”明确提出“少而精”的教学理念，旨在帮助学生减少对大量孤立事实的记忆，将学习的重点放在更深入、连贯、系统的理解上。我国高中生物学课程标准倡导“提高学生的生物科学素养”，指出“生物科学素养反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平”［1］。因此，教师在课堂教学中围绕核心概念进行教学活动，对帮助学生建立学科知识框架、理解生物学的重要观点、提高学生的生物科学素养都有着重要的意义。

教师在设计教学活动中，应将帮助学生理解

11.1

教学背景分析课标及教材分析

本节课要落实的高中生

物学课程内容标准是：“遗传与进化”模块中，2.2“遗传的分子基础”这一主题下的“概述DNA分子的复制”。同时对教材中的知识点用概念图进行了梳理，教材中的知识结构如图1所示：

图1“遗传信息的传递”概念图

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1.2学情分析新概念的学习应建立在先前概理解会有一定的难度。因此，教师可设置一些引起学生兴趣的情境和环环相扣的问题带领他们共同探究。

通过本节课的学习，学生将遗传信息传递中的核心概念纳入到已有的概念框架中，并为遗传信息的表达奠定知识基础。

念的基础之上。在本节课之前，学生已建立了有丝分裂和减数分裂中的染色体的行为、DNA是主要的遗传物质、DNA分子的双螺旋结构模型等概念。要从分子水平上探讨DNA如何进行复制，由于其结构抽象、实验过程复杂，学生对这一概念的

图2“遗传信息的传递”内容与其他内容概念间的联系

2本节内容的核心概念

生物学的概念之间是有层次关系的，有些概

对合成与母链互补的子链。

③DNA分子复制的结果是由原来的1个双

螺旋分子变成了2个双螺旋分子。新形成的DNA分子彼此相同，与亲代DNA分子相同。

念是该主题中最重要的概念，处于该主题的核心地位称之为核心概念。有些概念则是为核心概念的形成打基础的，可以称之为相关概念。教师基于对课标、教材以及学生学习情况分析基础上，用陈述句清晰地表述出学生应获得的核心概念及相关概念。

本节课的生物学核心概念是：

33.1

教学目标知识目标

说出DNA分子复制的条件、时

间和场所；通过分析Meselson-Stahl设计的实验，阐明DNA分子复制的方式；概述DNA分子复制的过程、特点和意义。

1）DNA分子以复制的方式使得遗传信息在

传递过程中保持不变。

3.2能力目标尝试构建DNA分子复制的模

型，发展构建生物模型的能力；在推理性探究中发展分析能力、创造性思维能力和利用证据作出合理判断的科学探究技能。

①遗传信息相同是指DNA分子的碱基对数目

及排列顺序相同。

②DNA分子通过复制使得亲代DNA与子代DNA分子所携带的遗传信息相同。

2）细胞中DNA分子的复制方式为半保留复

制。

3.3情感目标通过推理性探究，体验科学探究

的思维过程，形成质疑、创新的科学态度；联系生物科学在现实生活中的运用，技术对科学研究的促进作用，认识科学、技术与社会之间的关系。

①DNA分子的复制需要模板、原料、能量和

酶等基本条件。

4教学组织形式

本节课采用“5E教学模式”组织课堂教学，它

②DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精

确的模板，复制时边解旋边复制，通过碱基互补配

是由美国生物课程研究所（BSCS）所开发的一种建构主义教学模式，它引导学生按照学习经验的

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先后顺序，经过参与（Engagement）、探究（Explo-数目增多，如何才能保证DNA在细胞分裂的过程中传递给下一代的遗传信息一模一样呢？学生推测DNA分子在细胞分裂的过程中，可能会进行复制。接着与学生共同交流讨论出关于DNA分子复制中可探究的问题：①DNA分子能否进行复制？

ration）、解释（Explanation）、精制（Elaboration）和评

价（Evaluation）5个阶段的学习，建构对核心概念的理解。本节课的教学由5E的5个阶段组成，每个阶段的教学设计都围绕该阶段学生需获得的核心概念展开设计，期待用这种教学组织形式吸引学生主动思考，通过推理性探究活动理解DNA分子复制的核心概念。

②如果可以复制，DNA分子如何进行精确的复

制？

5.25.2.1

探究阶段核心概念

本阶段的核心概念是细胞中

55.1

教学过程及组织参与阶段核心概念

本阶段的核心概念是DNA分

DNA分子的复制方式为半保留复制，相关概念是DNA分子的复制需要模板、原料、能量和酶等基

本条件。

5.1.1

子以复制的方式使得遗传信息在传递过程中保持不变，此概念包含2个相关概念，即遗传信息相同是指DNA分子的碱基对数目及排列顺序相同，

5.2.2围绕核心概念的教学

教师向学生提供

DNA分子通过复制使得亲代DNA与子代DNA分

子携带的遗传信息相同。

1）体验推理性探究活动Ⅰ

1956年阿瑟·科恩伯格对DNA的复制进行初步

探究的实验情境。实验步骤1：将大肠杆菌中提取的DNA聚合酶加入含有4种脱氧核苷三磷酸中（脱氧核苷三磷酸具放射性同位素标记），在含有

5.1.2围绕核心概念的教学

1）设置情境引起学生学习DNA分子复制的好

奇心和兴趣。情境可采用2008年1月9日京华时报上一则标题为“女法医分析血迹擒灭门案凶手”的新闻，描述情境后向学生提问，这位女法医最有可能是分析了血迹中的什么化学成分？学生根据先前知识答出女法医分析的化学成份为DNA。接着追问学生为什么检测DNA就能确认罪犯呢？学生基于自己的思考后获得“DNA是遗传物质，同一个体的体细胞中DNA分子所携带的遗传信息相同”这一概念。

Mg2+的37℃人工体系中静置后，发现不能合成DNA分子。步骤2：在上述试管中加入一点点微量

的大肠杆菌DNA后，发现放射性标记进入DNA部分，说明有新合成的DNA分子。测定了产物

DNA的碱基组成，发现它们与加入的大肠杆菌DNA组成惊人的相似。他把试管中加入的DNA

分子称作“模板”。描述完实验情境后引导学生思考：①DNA是否能复制？实验中哪些证据支持这个结论？②如果不加入“模板”DNA，能合成新的

2）帮助学生建立新旧概念之间的联系。请2

位学生根据教师提供的原料：脱氧核糖的基本单位———脱氧核苷酸（磁铁制作的教具），在黑板上组装1个具有4个碱基对的DNA分子平面结构。学生组装结束后引导全班观察并思考以下问题：

DNA吗？③DNA复制所需要的原料有哪些？接着

教师提供细胞的亚显微结构图，请学生回忆并分析DNA复制的时间和场所，帮助学生建立DNA复制的时空画面。通过此推理性探究活动，学生认识到DNA分子确实可以进行复制，并获得“DNA分子的复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件”的概念。

①组装的2个DNA分子所携带的遗传信息是否

相同？②如果不同，这2个DNA分子不同在何处？

③同一个体的不同体细胞中携带着相同的遗传信

息指的是什么相同？本活动通过让学生组装DNA分子的平面结构，一方面评价了学生对DNA分子结构和特点的核心概念的掌握情况，另一方面引导学生获得了“遗传信息相同是指DNA分子中碱基对的数目及排列顺序相同”这一概念。

2）体验推理性探究活动Ⅱ教师引导学生思

考如下问题：结合双螺旋结构特点，在细胞分裂的间期，原料都准备好的条件下，你认为DNA可能会采取什么方式来复制1个与它一模一样的

DNA分子。学生联系日常生活中的复制及对DNA

的已有认识，提出可能复制方式，并在黑板上用画图（见图3）的方式表示出这些复制方式。

3）提出新概念的研究问题。教师可提出如下

问题让学生思考：生物体通过细胞分裂使细胞的

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5.45.4.15.4.2

全保留复制

图3

半保留复制

弥散复制

精制阶段核心概念

本阶段的核心概念是细胞中

教师构建如下新

DNA分子复制方式为半保留复制。

围绕核心概念的教学

情境：①如果Meselson-Stahl的实验继续进行第4步，大肠杆菌在14N培养基上再繁殖一代，结果会怎样：离心管内有几条带？比例如何？②如果把

DNA分子复制方式的假设

教师提供Meselson-Stahl的实验情境，步骤

1：将大肠杆菌在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中培养数代，使亲代DNA双链均被标记为15N。提取DNA进行CsCl梯度离心，结果只有1条带位于离心管底部。步骤2：如果将15N标记的大肠杆菌转移到含14N的氮源普通培养基中培养，大肠杆菌繁殖一代（细胞分裂1次）后，取子代的DNA进行CsCl梯度离心，实验结果显示离心管中只出现1条带，这条带在15N的上方。步骤3：若在14N为氮源的普通培养基中细菌再分裂1次，得到子2代，提取的DNA进行CsCl梯度离心，发现离心管中有2条带，比例相等，1条位于上部，1条位于中部。接着引导学生思考：①实验进行到步骤2

时，分析实验结果可以排除哪种复制模型？为什么？②实验进行到步骤3时，分析实验结果可以排除哪种复制模型？为什么？③实验结果支持哪种模型？尝试用自己的话解释为什么？本探究活动中，学生首先推测DNA分子的复制方式并尝试构建模型，接着通过分析Meselson-Stahl的实验，认识到最可能的复制方式为半保留复制。

Meselson-Stahl实验中的第1代中14N-15N杂种链

进行变性，将变性后的单链进行CsCl梯度离心，推测离心管内有几条带？比例如何？学生基于获得的新概念进行分析得出①出现2条带，中链∶轻链=1∶3；②出现2条带，重链∶轻链=1∶1。教师介绍

Meselson-Stahl的实验结果证实了DNA分子以半

保留方式进行复制。此阶段学生通过在新情境中运用概念，进一步强化对核心概念的理解。

5.5评价阶段本阶段主要评价学生是否掌握

了本节课的核心概念，教师可让学生在笔记中以含有4个碱基对的DNA分子为例，用图示的方法表示DNA分子复制过程。为了能及时地进行反馈，可请1位学生用磁铁制作的教具演示黑板上具有4个碱基对的DNA分子的复制过程。此阶段一方面学生用图示表示DNA分子的复制过程，对核心概念的理解进行了自我评价，另一方面也为教师评价学生是否达成教育目标提供了机会。

6实施效果与反思

本节课的教学设计是围绕“遗传信息的传递”

5.3解释阶段

5.3.1核心概念本阶段的核心概念是细胞中DNA分子复制方式为半保留复制。相关概念是DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模

板，复制时边解旋边复制，通过碱基互补配对合成与母链互补的子链。DNA分子复制的结果是由原来的1个双螺旋分子变成了2个双螺旋分子，新形成的DNA分子彼此相同，与亲代DNA分子相同。

中的核心概念展开的，通过参与阶段中“分析案件”和“比较组装的2个DNA分子携带的遗传信息是否相同”的活动，学生清晰地认识了“同一个体的体细胞中DNA分子所携带的遗传信息相同，遗传信息相同是指DNA分子的碱基对数目及排列顺序相同”的概念。通过探究阶段“尝试自己构建DNA分子复制模型”和“沿着科学家的实验历程进行探究”的活动，以及解释阶段、精制阶段中一系列的活动，学生在评价阶段能够正确地用图示的方法表示了DNA分子的复制过程，获得了本节内容的核心概念。因此，围绕“遗传信息的传递”中的核心概念的教学有效地帮助学生理解了本节课的核心概念。

主要参考文献

1

刘恩山.中学生物学教学论.第2版.北京:高等教育出版社,2009.

5.3.2围绕核心概念的教学

1）根据参与和探究阶段的体验，学生提出自己的解释。教师引导学生思考：Meselson-Stahl

的实验结果支持半保留复制方式，能否尝试用自己的话描述DNA进行半保留复制的过程和结果。

2）教师提供相关的科学术语，学生用科学术

语解释问题，建构新概念。教师向学生介绍“氢键断开”、“模版链”、“磷酸二酯键的形成”等术语，请学生用科学术语清晰地解释DNA分子的复制过程及复制结果。

（E－mail:viney125@163.com）