謝砥

在基因工程專(zhuān)題教學(xué)中有許多難點(diǎn)。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(jī)結(jié)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(diǎn)的原因是學(xué)生對(duì)重組DNA的構(gòu)建過(guò)程缺乏感性認(rèn)識(shí)。人教版教材的編者也注意到了這個(gè)問(wèn)題，因此在教材《現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題》中安排了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)——重組DNA分子的模擬操作。安排該模擬實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是幫助學(xué)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(guò)多年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，可以采用探究教學(xué)的方法優(yōu)化該實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生突破更多的教學(xué)難點(diǎn)，以更好地達(dá)成更多的教學(xué)目標(biāo)。

1優(yōu)化實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

考慮到要用紙條模擬質(zhì)粒及重組質(zhì)粒，筆者沒(méi)有采用硬紙板，而是在16開(kāi)講義紙上畫(huà)2條教材中所示的模擬DNA（見(jiàn)圖1），并畫(huà)出堿基對(duì)間的氫鍵。實(shí)驗(yàn)前學(xué)生將紙條依邊框剪下。

紙條1被學(xué)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(xué)生按照4人一組的方式進(jìn)行編組，方便討論和互幫互學(xué)。

2優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，突破教學(xué)難點(diǎn)

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(xué)生討論后用紅筆在兩條DNA的EcoRⅠ的切割位點(diǎn)處標(biāo)“↑”，然后學(xué)生用剪刀剪切。筆者用實(shí)物投影儀展示結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生注意到質(zhì)粒被切割后由環(huán)狀變鏈狀，總長(zhǎng)度不變。隨后，筆者讓學(xué)生討論用剪刀模擬切割和限制酶切割的最大區(qū)別。學(xué)生通過(guò)討論能意識(shí)到剪刀模擬切割必須剪斷氫鍵而限制酶只斷開(kāi)磷酸二酯鍵。

通過(guò)上述教師的引導(dǎo)、學(xué)生的模擬操作和討論，學(xué)生對(duì)限制酶的作用機(jī)制有了一定的感性認(rèn)識(shí)，并且加深了對(duì)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(xué)生把目的基因與質(zhì)粒連接起來(lái)。連接之前先讓學(xué)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(xué)生操作完畢后，筆者展示不同的粘貼結(jié)果，讓學(xué)生判斷、討論。學(xué)生討論后意識(shí)到，膠帶不能粘在氫鍵處。

通過(guò)上述教師的引導(dǎo)、學(xué)生的模擬操作和討論，學(xué)生對(duì)DNA連接酶的作用機(jī)制有了一定的感性認(rèn)識(shí)，并且加深了對(duì)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(xué)生探究：目的基因與質(zhì)粒有沒(méi)有其他連接方式。學(xué)生討論后，由每組另一位學(xué)生完成目的基因與質(zhì)粒的反向連接。教師在實(shí)物投影儀上展示兩種重組DNA（見(jiàn)圖2），讓學(xué)生比較堿基序列是否一樣。學(xué)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(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到兩種重組DNA的堿基序列不同將會(huì)導(dǎo)致基因表達(dá)結(jié)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(xué)生探究：兩個(gè)目的基因之間能否連接起來(lái)，兩個(gè)質(zhì)粒間能否連接起來(lái)，目的基因自身能否連接成環(huán)狀。小組同學(xué)間討論，每組未操作過(guò)的兩位學(xué)生根據(jù)討論結(jié)果進(jìn)行模擬操作。

總結(jié)階段，筆者提問(wèn)：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(wèn)題后，學(xué)生將理解DNA片段間的連接是隨機(jī)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(xué)生的創(chuàng)新思維，筆者又拋出兩個(gè)問(wèn)題讓學(xué)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(gè)問(wèn)題的難度較大。教師可通過(guò)引導(dǎo)使學(xué)生意識(shí)到選用不同限制酶對(duì)質(zhì)粒和目的基因進(jìn)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(duì)教材中模擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化策略

3.1精心設(shè)置問(wèn)題，安排小組合作，激發(fā)學(xué)生的思維

模擬實(shí)驗(yàn)是指在科學(xué)研究中，由于受到客觀因素的制約，不能對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)，需要通過(guò)模擬的方法建立研究對(duì)象的模型，在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)可以獲得對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)，揭示其本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律。

既然進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是揭示研究對(duì)象的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律，教師就要注意引導(dǎo)學(xué)生從關(guān)注形象化的操作轉(zhuǎn)向關(guān)注抽象化的思維，讓學(xué)生通過(guò)抽象思維認(rèn)識(shí)到研究對(duì)象的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律。為此，教師可以精心預(yù)設(shè)一系列問(wèn)題，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行不斷拋出問(wèn)題讓學(xué)生思考、討論，從而激發(fā)學(xué)生的思維，引領(lǐng)學(xué)生從多個(gè)角度不斷深入思考，最終對(duì)研究對(duì)象的本質(zhì)和活動(dòng)規(guī)律有較全面和深刻的認(rèn)識(shí)，建立起相應(yīng)的認(rèn)知模型。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師組織好小組合作將有利于學(xué)生間的討論，在生生對(duì)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?qū)W生難點(diǎn)，拓展教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)上述2.1和2.2兩個(gè)步驟的教學(xué)，教材給予本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)成。筆者根據(jù)高考試題中的相關(guān)要求和學(xué)生在答題過(guò)程中表現(xiàn)出的困惑，對(duì)本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了拓展。通過(guò)2.3和2.4兩個(gè)步驟引導(dǎo)學(xué)生探究，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到DNA片段間的連接是隨機(jī)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。這樣既幫助了學(xué)生對(duì)DNA片段間隨機(jī)連接的理解，又訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散性思維，還培養(yǎng)了學(xué)生通過(guò)建構(gòu)模型進(jìn)行探究的能力。

教師要堅(jiān)持傾聽(tīng)學(xué)生的感受，跟蹤新穎的高考試題，經(jīng)常閱讀專(zhuān)業(yè)書(shū)刊，這樣教師就能了解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。