“假说——演绎法”在高中生物教学中的应用

叶凯

【摘 要】在“遗传密码的破译”的教学中，按照科学发现史的线索，采用“假说——演绎法”对学生进行科学方法的教育，提高了学生的科学素养。

【关键词】假说——演绎法;遗传密码的破译;教学策略

1.教材分析与设计思路

本节内容属于选学，可用1课时，本节的主要内容是遗传密码的破译过程，是对本章第1节的重要补充。学生在第1节中学过遗传密码，但并不了解遗传密码的破译方法，本节课引导学生认识遗传密码的破译过程，使学生通过这一研究过程，学习其中蕴含的现代常用科学研究方法“假说——演绎法”。采用“假说——演绎法”可以提高学生分析材料、提炼关键信息以及逻辑推理能力。以分析“尼伦伯格和马太实验”的设计思路为突破口，初步理解遗传密码的破译方法，并在一定程度进行思维延伸：霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列，仍采用“假说——演绎法”，进一步破解了遗传密码的对应规则。

2.教学目标

2.1知识目标

说出遗传密码的阅读方式及遗传密码的破译过程，理解克里克设计实验的思路与尼伦伯格和马太——体外蛋白质合成实验的思路。

2.2能力目标

通过学习克里克——移码突变杂交实验过程与尼伦伯格和马太——体外蛋白质合成实验过程，体验科学研究的一般过程。以问题为线索，引导学生通过质疑和推理学习本节内容，按照科学发现史的线索，采用“假说——演绎法”对学生进行科学方法的教育，从而提高学生的科学素养。

2.3情感态度与价值观目标

通过对“遗传密码的破译”的学习，使学生明确科学的成功离不开坚实的知识基础、持之以恒的实验探究以及创新的实验方法。

3.教学过程

3.1遗传密码的阅读方式

引导学生从排列组合的角度和最简原则进行分析，最终推出：3个碱基编码1个氨基酸最为合理，并用PPT展示非重叠和重叠的阅读方式（教材74页图4—10），最终引导学生提出两种关于遗传密码阅读方式的假说：假说①：3个碱基编码1个氨基酸，以非重叠方式阅读;假说②：3个碱基编码1个氨基酸，以重叠方式阅读。设疑：如何证明哪种假说正确？引导学生思考，并引出教材74页最著名的验证实验——克里克的移码突变实验，实验方法：使用化学诱变剂在某个基因中删除或插入1个、2个或3个碱基对，再观察对其编码的蛋白质的影响。因此，需要对该实验进行演绎推理，首先在PPT中展示某基因转录形成的mRNA，然后设置明确的活动内容：若假说①或②正确时，用红笔标出改变的密码子，并根据标识的结果判断基因中增加几个碱基，对其所编码的蛋白质中氨基酸序列影响最小？教师设疑：若要得到标识结果的前提条件是什么？克里克移码突变实验的实验结果与演绎推理的结果（即预期实验结果）中的哪一种相吻合呢？下一步再将标识的结果与教材74页克里克的移码突变实验的结果进行比较，引导学生思考并得出结论：1.mRNA上3个相邻碱基决定一个氨基酸（三联体密码子）;2.遗传密码从一个固定的起点开始，以非重叠的方式阅读;3.编码之间没有分隔符。

设计意图：通过师生互动及对克里克移码突变实验的演绎推理活动，使学生初步理解“假说——演绎法”这种研究方法，并通过投影学生已标识的学案，引导学生进行分析和总结：若要得到标识结果，前提条件是遗传密码的阅读起点固定不变。

3.2遗传密碼对应规则的发现

PPT上展示3个资料：资料1：1955年法国生化学家格伦伯格—马纳戈人工合成RNA（UUUUU……）、（GGGGG……）、（AAAAAA……）和（CCCCC……）;资料2：1957年查美尼克发现，核糖体是蛋白质的合成场所;随之又确定了tRNA的存在，每一个氨基酸至少有一个特殊的tRNA转运;资料3：1960年科学家发现第3种RNA：mRNA，并证实其为蛋白质合成的模板，且许多细菌的mRNA都非常短命。设置问题串，引导学生思考和分析：从资料中找出体外合成蛋白质所需的条件，并比较生物体细胞内mRNA与人工合成的RNA的区别是什么？大肠杆菌破碎细胞溶液含有哪些与蛋白质合成有关的细胞结构和物质？为什么要除去破碎细胞溶液中存在的DNA和mRNA？如何除去破碎细胞溶液中存在的DNA和mRNA？能否使用RNA酶水解mRNA，并说明理由，最终引导学生得出并理解体外蛋白质合成实验的实验思路。

设计意图：通过资料归纳总结体外合成蛋白质所需的条件。引导学生理解尼伦伯格和马太设计的体外蛋白质合成实验的思路，并将该实验思路进一步应用。

3.3思维延伸

PPT展示霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，合成的RNA可以是2个、3个或4个碱基为单位的重复序列。例：实验一：加入人工合成的（GAA）体外合成蛋白质，实验二：加入人工合成的（CAA）体外合成蛋白质，实验三：加入人工合成的（CA）体外合成蛋白质。根据实验一设置问题串，引导学生思考和分析：为什么加入谷氨酸，赖氨酸，精氨酸的3只试管中均产生多肽？推测可能的原因？并根据推测的原因提出假说。引导学生分析和解决问题并提出假说：体外合成蛋白质时，起点是随机的，然后，教师利用PPT展示实验二并设置明确活动：根据假说对实验二进行演绎推理得出预期实验结果，并与教师提供的实验结果（分别加入苏氨酸，谷氨酰胺，天门冬酰胺的试管中产生多肽）进行对比，最终引导学生得出结论：体外合成蛋白质时，起点是随机的。根据实验三设疑：为什么实验三中每只试管中均无多肽产生？并明确活动：请重新设计实验探究（CA）重复序列中的密码子与氨基酸的对应关系并写出实验思路？教师引导学生分析问题，并提示学生可参考尼伦伯格和马太实验的实验思路重新设计实验，同时重点提醒学生：实验思路的两个要素——自变量和因变量，最后利用PPT展示实验一、二和三的实验结论，并引导学生从中发现遗传密码与氨基酸的对应规律。

设计意图：训练学生分析、解决问题的能力，以问题为线索，引导学生通过质疑和推理，重新设计实验并书写实验思路，培养学生寻找和总结规律的能力。

4.教学反思

本节课主要运用“假说——演绎法”的研究方法，通过问题串和一系列演绎推理、设计实验思路活动，引导学生通过推理和想象，提出解释问题的假说，并根据演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。以问题为导向的教学模式充满了无限可能，不仅能激发学生的学习热情，学生的思维也能带给我无限的惊喜和启发，学生给我的启发，使我不断完善自己的教学体系，我又将总结的知识反哺给学生，我觉得这是一种良性循环，在如此高效的解决问题中，还可以提高学生的生物学核心素养。