假说演绎推理在高中生物教学中的妙用

刘玲+孙瑞娴+王华峰

摘 要 “DNA半保留复制”是教学中一个难点，其原因在于，它是一个分子水平事件，比较抽象，学生初学时有很大困难。为了克服这个教学难点，将假说演绎法巧妙地运用到该内容的教学实践过程中，通过设置场景，使学生像科学家一样思考问题，解决问题。最终获得了良好的教学效果。

关键词 高中生物 DNA半保留复制 假说演绎法

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 背景

假说演绎法又称为假说演绎推理，是指在观察和分析基础上提出问题，通过推理和想象，提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的；反之，则说明假说是错误的。假说演绎法在自然科学研究尤其是生命科学研究中是非常重要的科学方法，孟德尔正是完美地将假说演绎法应用到自己的科学研究实践中，从而发现并创建了孟德尔遗传定律。

“DNA的半保留复制”是人教版高中生物必修二第三章第三节的教学内容。如果教师直接讲解DNA分子半保留复制的特点，学生虽然可以较快地掌握结论，但却是被动地接受知识，失去了科学探究的乐趣。根据新课程标准的要求，学生应在“遗传与进化”这一模块中领悟假说演绎等科学方法及其在科学研究中的应用。基于这个要求，笔者尝试将假说演绎法运用到该知识的教学过程，取得了良好的教学效果，现简要介绍如下：

2 教学目的及教学片段

2.1 教学目的

在讲授本节知识的时候，巧妙设置场景，使学生参与到科学发现过程中，提高学生的生物科学素养。

2.2 教学片段摘选

对于第一部分“对DNA分子复制的推测”，笔者先让学生自己思考DNA分子复制的可能形式。学生积极讨论，认为DNA分子复制的形式有三种：全保留复制；半保留复制；弥散复制。

师：DNA分子的复制方式有三种，怎样证明是哪一种复制方式呢？

生：实验。

师：DNA是看不见的，如何才能分辨是亲代DNA与还是子代的DNA呢？

生：同位素示踪技术。

师：标记哪种元素呢？

生：用15N标记亲代的DNA分子，用14N标记子代DNA分子，这样它们的分子质量就有差异。

师：那怎样把分子质量不同的两种DNA区分开呢？

生：离心法。

师：密度梯度离心法。密度梯度离心法又称为区带离心法，可以同时使样品中几个或全部组分分离，具有良好的分辨率。离心时先将样品溶液置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中，离心后被分离组分以区带层分布于梯度柱中。为得到必要的浓度梯度，多采用浓氯化铯溶液，所以有时也使用氯化铯浓度梯度离心法这个名称。

师：如果DNA分子的复制方式是半保留复制，结果是怎样的？如果是全保留复制，结果又是怎样的？

生：假设是半保留复制，离心后记录试管中DNA的位置，子一代应该居中的，子二代应该是一半居中，一半位于试管的上部。假设是全保留复制，离心后记录试管中DNA的位置，子一代应该一半是靠近试管上部的，一半是靠近试管下部的；子二代应该是1/4是靠近试管上部的，3/4是靠近试管下部的。

生：如果两条链都是15N，其密度最大，最靠近试管底部；如果两条链都是14N，其密度最小，离试管底部最远；如果一条链是15N，一条链是14N，其密度居中，位置也居中。

师：分析得很好。请尝试着用图解法写出来，子一代，子二代的情况。

几分钟后，有学生推算出来了。

生：如果是半保留复制，亲代的DNA分子是两条链都是15N（重带），子一代DNA分子中一条链是15N，一条链是14N（中带）；子二代中有两个DNA分子一条链是15N，一条链是14N（中带），有两个DNA分子两条链全是14N（轻带）（图1）。

生：如果是全保留复制，亲代的DNA分子两条链都是15N（重带），子一代中一个DNA分子两条链全是15N（重带），一个DNA分子两条链全是14N（轻带）；子二代中有两个DNA分子两条链全是15N（重带），两个DNA分子两条链全是14N（轻带），（图2）。

师：说的很有道理。如果是半保留复制，试管中出现三条区带；如果是全保留复制，试管中出现两条区带。这只是我们的推测，实际上是不是这样呢？我们看一下科学家的实验结果。

科学家的实验结果是在试管中出现了DNA的三条带，证明DNA的复制是以半保留的方式进行的，也就是说亲代的两条链随着DNA的复制分别进入到两个DNA分子中，即子代中有两个DNA分子中分别有一条链是亲代的链。这是2016年新课标Ⅰ卷29题3小题的考点，更应引起学生的重视。通过层层分析，学生不仅能够自己得出结论：DNA是半保留复制的特点，同时还能感受到科学探究的魅力。

3 教学讨论

现代科学研究的基本步骤是：观察或实验→发现问题→提出假说→设计实验→进行实验→分析实验结果，根据设计实验演绎出预期的实验结果。如果预期实验结果与得到的实验结果两者不相符合，就进一步修正假说，重新设计实验，进行实验；如果预期实验结果与得到的实验结果两者相符，假说合理并得出结论。假说是设计实验的原理，预期实验结果是根据假说进行演绎得出的；实验结果并不直接证明假说本身，而是证明依据假说所演绎的预期实验结果是否正确。

事实上，DNA复制方式的提出与证明，就是典型的假说演绎。蛋白质的空间结构呈螺旋型，克里克和沃森受此启发，在构建DNA模型时，他们推想：DNA结构或许也是螺旋型的。照此推理，他们演绎修改了原来构建的DNA模型，并与DNA分子的X射线照片进行反复对照，最终证实了他们推理的正确性。那篇著名的“DNA分子双螺旋结构”论文的末尾，克里克和沃森写道：“在提出碱基特异性配对的假说后，我们立即又提出了遗传物质进行复制的一种可能机理。”紧接着，他们在发表的第二篇论文中提出了遗传物质自我复制的假说：“DNA分子复制时，双螺旋解开，解开的两条单链分别作为模板，根据碱基互补配对原则形成新链，因而每个新的DNA分子中都保留了原来DNA分子的一条链。这种复制方式被称为半保留复制。”1958年，科学家运用同位素标记法，以大肠杆菌为实验材料，其实验结果与假说演绎推导的预期现象一致，从而证实了DNA以半保留方式复制。

假说演绎法是必修2模块的一个重要的科学方法，通过本部分知识的教学可以进一步加深学生对假说演绎方法的理解和深刻认识。教师不能只把科学方法凌驾于知识之上，认为只有科学家才能做到。根据新课程标准的要求，教师应该把这种科学的研究方法渗透在实际教学中。

参考文献：

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心编著.生物·必修2·遗传与进化[M].北京市：人民教育出版社，2007.

[2] 闫桂琴.遗传学[M].北京：科学出版社.2010.

[3] 中华人民共和国教育部制订.普通高中生物课程标准 [S].北京：人民教育出版社，2003.