教材中模拟实验的优化策略刍议

谢砥

在基因工程专题教学中有许多难点。例如，限制酶和DNA连接酶的作用方式，目的基因和质粒混合后的随机结合，目的基因与质粒的正向与反向连接，等等。产生这些难点的原因是学生对重组DNA的构建过程缺乏感性认识。人教版教材的编者也注意到了这个问题，因此在教材《现代生物科技专题》中安排了一个模拟实验——重组DNA分子的模拟操作。安排该模拟实验的目标是帮助学生借助模型化方法理解限制性核酸内切酶和DNA连接酶作用原理。笔者通过多年实践发现，可以采用探究教学的方法优化该实验，帮助学生突破更多的教学难点，以更好地达成更多的教学目标。

1优化实验准备

考虑到要用纸条模拟质粒及重组质粒，笔者没有采用硬纸板，而是在16开讲义纸上画2条教材中所示的模拟DNA（见图1），并画出碱基对间的氢键。实验前学生将纸条依边框剪下。

纸条1被学生粘成环状，模拟质粒；纸条2（有阴影）模拟含目的基因的DNA。

学生按照4人一组的方式进行编组，方便讨论和互帮互学。

2优化实验步骤，突破教学难点

2.1模拟限制酶剪切质粒和目的基因

在剪之前，笔者先让学生讨论后用红笔在两条DNA的EcoRⅠ的切割位点处标“↑”，然后学生用剪刀剪切。笔者用实物投影仪展示结果，引导学生注意到质粒被切割后由环状变链状，总长度不变。随后，笔者让学生讨论用剪刀模拟切割和限制酶切割的最大区别。学生通过讨论能意识到剪刀模拟切割必须剪断氢键而限制酶只断开磷酸二酯键。

通过上述教师的引导、学生的模拟操作和讨论，学生对限制酶的作用机制有了一定的感性认识，并且加深了对限制酶作用部位的理解。

2.2模拟目的基因与质粒的连接

每组指定一位学生把目的基因与质粒连接起来。连接之前先让学生讨论：胶带怎样粘贴才能最大限度地模拟DNA连接酶的作用？学生操作完毕后，笔者展示不同的粘贴结果，让学生判断、讨论。学生讨论后意识到，胶带不能粘在氢键处。

通过上述教师的引导、学生的模拟操作和讨论，学生对DNA连接酶的作用机制有了一定的感性认识，并且加深了对DNA连接酶作用部位的理解。

2.3探究目的基因与质粒的反向连接

笔者让学生探究：目的基因与质粒有没有其他连接方式。学生讨论后，由每组另一位学生完成目的基因与质粒的反向连接。教师在实物投影仪上展示两种重组DNA（见图2），让学生比较碱基序列是否一样。学生观察到两种重组DNA上目的基因处的碱基序列不同。笔者进一步引导学生意识到两种重组DNA的碱基序列不同将会导致基因表达结果的不同。

2.4探究其他DNA片段间的连接及自身环化

笔者让学生探究：两个目的基因之间能否连接起来，两个质粒间能否连接起来，目的基因自身能否连接成环状。小组同学间讨论，每组未操作过的两位学生根据讨论结果进行模拟操作。

总结阶段，笔者提问：将限制酶剪切后的质粒、目的基因、DNA连接酶混合后有哪些主要的产物？思考并回答该问题后，学生将理解DNA片段间的连接是随机的，有重组DNA（正向连接与反向连接）、目的基因—目的基因、质粒—质粒、目的基因环化、质粒环化等多种连接情况。

为了培养学生的创新思维，笔者又抛出两个问题让学生探究：如何利用限制酶避免DNA片段的自身环化？如何利用限制酶使质粒和目的基因发生定向连接？这两个问题的难度较大。教师可通过引导使学生意识到选用不同限制酶对质粒和目的基因进行切割，使质粒和目的基因的两端形成不同末端，从而避免DNA片段的自身环化以及使质粒和目的基因发生定向连接。

3对教材中模拟实验的优化策略

3.1精心设置问题，安排小组合作，激发学生的思维

模拟实验是指在科学研究中，由于受到客观因素的制约，不能对研究对象进行直接实验，需要通过模拟的方法建立研究对象的模型，在模型的基础上进行实验。通过模拟实验可以获得对研究对象的认识，揭示其本质和活动规律。

既然进行模拟实验的目标是揭示研究对象的本质和活动规律，教师就要注意引导学生从关注形象化的操作转向关注抽象化的思维，让学生通过抽象思维认识到研究对象的本质和活动规律。为此，教师可以精心预设一系列问题，随着实验的进行不断抛出问题让学生思考、讨论，从而激发学生的思维，引领学生从多个角度不断深入思考，最终对研究对象的本质和活动规律有较全面和深刻的认识，建立起相应的认知模型。

在实验教学中，教师组织好小组合作将有利于学生间的讨论，在生生对话中，在思维碰撞中，迸发出智慧的火花。

3.2跟踪最新试题，挖掘学生难点，拓展教学目标

通过上述2.1和2.2两个步骤的教学，教材给予本实验的教学目标已经达成。笔者根据高考试题中的相关要求和学生在答题过程中表现出的困惑，对本实验的教学目标进行了拓展。通过2.3和2.4两个步骤引导学生探究，使学生认识到DNA片段间的连接是随机的，有重组DNA（正向连接与反向连接）、目的基因—目的基因、质粒—质粒、目的基因环化、质粒环化等多种连接情况。这样既帮助了学生对DNA片段间随机连接的理解，又训练了学生的发散性思维，还培养了学生通过建构模型进行探究的能力。

教师要坚持倾听学生的感受，跟踪新颖的高考试题，经常阅读专业书刊，这样教师就能了解学生学习的难点，把握高考试题中的新要求，了解同行的新做法，不断优化实验教学方法。