基于POE教学策略的概念教学

摘要：本文以“DNA的复制”为例，从创设情景引入概念，借助科学史在POE教学策略的三环节中进行逐步概念建构，使抽象、概括化概念直观化、具体化，进而发展学生的核心素养。

关键词：DNA的复制  概念建构  POE教学策略  科学史

《普通高中生物课程标准（2017版）》[1] 提出内容聚焦大概念，以实现“少而精”的课程设计原则确保学生进行建构生物学概念。在教学过程中，可借助科学史资料帮助学生亲历重要概念的建构过程。而20世纪90年代初提出的POE教学策略分为预测、观察和解释三阶段，能有效使学生在预测阶段暴露前科学概念，产生认知冲突，进而通过精致解释建构科学概念。本文以人教版高中生物必修二第三章第3节《DNA的复制》为例，依托POE教学策略的三步骤，旨在科学史资料中形成生物学概念。

1 激趣设疑，直指概念

生物学概念是一种总结性、抽象性知识，只有当学生置于真实情景中进行问题解决，方能联接直观生活经验和抽象事实性知识主动建构知识，进而生成概念。在“DNA的复制过程” 一课的教学中，教师播放120万一针抗癌药物新闻视频激发学生兴趣，展示数据指出约66%的致癌突变要归咎于DNA复制时随机出现的错误，进而提出疑问“双螺旋结构的DNA如何进行复制并传递给后代”，进而指向本节核心内容。

2 亲历POE，建构科学概念

2.1推理预测，暴露前科学概念

预测是POE教学策略的起始环节。在教学过程中需引发学生针对问题进行分析得出推论，并通过阐述其理由充分暴露前科学概念，为新概念的生成做铺垫。教师回顾DNA结构特点，并指出1个DNA分子经过一次复制后可得到2个DNA 4条脱氧核苷酸链。在此基础上将抽象的核心问题转变为更具象的、可探究的子问题：在合成的子代DNA分子中，2条母链和2条子链会有几种结合方式？引导学生预测存在的复制方式，并在学习活动单中表示子一代DNA中核苷酸链组成。

在填写活动单后，引导进一步思考如何可以识别组成子代DNA的两条链是母链还是子链？通过搭建问题支架将该问题转化为“如何从微观层面追踪2条母链的转移过程”。学生不难回答出“同位素标记法”并指出标记某种元素并检测子代放射性即可。此时，教师需要指出DNA存在于大肠杆菌体内，两种假说下的同一培养液中进行分裂时均能检测到放射性，无法区分两种假说。教师继续呈现背景资料，提出同位素标记会使由不同链组成的DNA分子在密度上存在差异，进而引导学生提出采用密度梯度离心的方法区分不同假说下的子代DNA。

在此基础上，师生梳理实验思路确定方案：结合大肠杆菌增殖方式，将已被15N标记的实验生物置于14N的培养液中培养，分别提取子一代和子二代DNA并进行密度梯度离心处理，观察并记录条带在离心管中的分布情况。组织学生预测假说下两代DNA条带在离心管中的分布情况结果，并记录在学习活动单中。

2.2观察对比，建构概念

预测环节仅是学生逻辑演绎的推理结果，真正结论还需要实验进行检验。而在本节内容较微观且对设备要求高，无法在课堂上直观展示真实结果，因而需借助真实科学史实分析。教师展示1958年美国科学家梅塞尔森和斯塔尔借助紫外线吸收及显微密度计，检测出15N-DNA在14N的氮源中增殖过程中的氯化铯溶液下DNA离心数据及子一代DNA密度梯度离心条带分布结果。观察对比发现，子一代DNA的密度介于14N-DNA和15N-DNA的离心数据之间，即在离心管种为中间密度带。随着子代DNA的不断复制，位于离心管中部的条带量相同，而离心管上端的低密度带含量逐渐增大，此现象符合半保留复制方式，进而认同DNA是以一条母链为模板进行半保留复制，达到概念建构的可理解性，为新概念的生成提供事实依据。

2.3精致解释，整合概念

解释环节是学生对比预测结果和观察结果，判断自己的看法，适当调整前科学概念，形成观察后的解释。通过播放DNA复制过程视频，并以问题链的形式引导学生分解核心问题：①DNA的复制过程大致可以分为几个子步骤？②如何解开DNA的双链获得模版？③解旋中破坏了什么化学键？是否需要能量？④DNA复制的原料是什么？连接中是否有方向性？⑤如何连接一条链上的原料？两条核酸链又是如何连接？⑥合成后如何恢复为正常的双螺旋结构？在问题链的使用过程中，引导学生关注细节，并适时补充冈崎等科学史[2]，建构具体化重要概念。

2.4反思认知，完善概念

在概念建构尾声过程中引导学生进一步思考通过大肠杆菌的相关实验是否可以完整结论？学生不难想到大肠杆菌是原核生物，还需验证真核生物的DNA复制方式。展示蚕豆根尖细胞的DNA探究DNA复制方式实验[3]。引发学生思考：①有丝分裂中期染色体的同位素标记情况？②若转移至不含同位素标记的培养基中培养，染色体的标记情况如何？使学生理解真核生物的DNA也是通过半保留进行复制。通过归纳得到：细胞生物的DNA通过半保留方式进行复制。

3 应用迁移，适时巩固概念

概念初步形成过程中还应促使学生在新情景中解决问题，帮助学生实现概念的内化。通过题目检测概念的建构情况深化学生对DNA复制过程的理解，使概念得以巩固。

本文采用POE教学策略，在不同环节中通过呈现科学史资料引导学生分析推理，驱动学生进行DNA复制方式的概念建构。在引导学生不断思考、体验像科学家一样的思维剥离过程中，促进学生形成和深入理解生物学概念，发展核心素养。但在教学过程中，也需注意对科学史资料进行适当的删减和说明，既要保留科学史本身的分析、探究意义，但又不可过多拓展，避免增大学生的思维负担，偏离课堂主干知识的讲授。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018:61-62.

[2]向义和.DNA半保留复制和半不连续复制的提出与确立[J].自然杂志,2010,32(04):229-235+254.

[3]戴灼华,王亚馥等.遗传学[M].第2版.北京:高等教育出版社,2011:34-37.