平板电脑在高中生物学课堂教学中的应用探索——以“DNA的复制”为例*

李媚琳 张 松** 李跃文 魏穗华

（1华南师范大学生命科学学院 广东广州 510631 2广州市天河中学 广东广州 510623）

随着信息技术的高速发展，多媒体教学已成为课堂教学的主要方式之一。平板电脑通过其可视、可听、可触的功能，让学生更为直观地接触与体验学习材料。因此，学生将在使用平板电脑的过程中得到更为生动与直接的自主学习［1］。基于平板电脑的互动教学模式，具有以下优势：①学生的学习统计数据将储存在平板电脑中，教师可精准掌握学情和调整教学策略［2］；②通过课前预习评价、课堂实时评价和课后跟踪评价，构建评价反馈及时化的教学评价体系［3］；③师生、生生之间的沟通与交流立体化；④平板电脑拥有丰富的媒体资源库，可满足学习者的个性化学习需求。

“DNA的复制”为人教版高中生物学教材《遗传与进化》第3章第3节的内容，是培养学生生物学实验思想，引导其进行探究性学习的良好载体。但该部分内容抽象、复杂，学生难以理解，可结合平板电脑的多重功效，为学生提供更生动、直接的学习环境。

本次研究使用的硬件主要由2个部分组成：智慧课堂平板电脑和同屏设备。其中智慧课堂平板电脑是教学资源的承载体，师生人手一台，用于开展教学活动。教师可适时将教学资源（视频、PPT、电子版教材、检测习题等）存入平板电脑，以便在教学时使用。学生可利用平板电脑实现课上、课下的学习。教室内设有无线局域网，在非教学使用时间段，教师将会关闭网络；同屏设备用于将平板电脑中的画面内容及声音传输到一体机等终端。其教学流程见图1：

图1 基于平板电脑的“DNA的复制”教学模式图

由图1可见，在整个教学活动中，利用平板电脑进行教学，通过观看微课与习题检测，学生在课前接触知识表层；通过师生互动与检测反馈，学生进一步理解知识内核；通过任务推送与个性化学习，学生在课后凝练知识体系［4］。由此可见，基于平板电脑的课堂教学与翻转课堂的结合，可贯穿整个教学过程，由表及里、由点成面地帮助学生内化知识。

1 课前准备

1.1 习题推送 为了解学生对DNA复制的前概念认识情况，教师在课前推送一些习题，学生在各自的平板电脑上独立完成。

例1，细胞每次分裂时DNA都复制1次，每次复制都是（ ）。

A．母链和母链，子链和子链，各组成1条子代DNA

B．每条子链和与它碱基互补配对的母链组成子代DNA

C．每条子链随机地和2条母链之一组成子代DNA

D．母链降解，重新形成2个子代DNA

学生提交答案后，教师可查看答题情况，从中了解学生对新知识点的前认知程度。学生有时会从字面含义或受生活经验影响推断生命现象，不理解该生命现象的本质或原理［5］。通过平板电脑的作业管理平台，可对学生的练习进行数据统计分析，结果显示部分学生未清晰理解DNA复制的概念及其过程。教师上课时需有针对性地引导学生自主探究DNA的复制过程，在探究过程中暴露学生不正确的想法，让他们在探究与讨论的过程之中形成对生命现象正确的概念认识。

1.2 制作微课 根据教学重点，教师在课前录制了10 min“DNA探究实验及验证”的微课，可供学生在课中进行DNA复制过程探究之后观看。由于原版视频为英文，不利于学生消化理解，教师提前录制微课，可化难为易，变抽象为具体。微课视频既验证了DNA的复制方式，也生动展示了密度梯度离心实验的原理与过程。教师将微课保存至平板电脑的本地资源库，于课前同步发送至学生的平板电脑端，学生收到资源后即可进行观看学习。

2 基于平板电脑互动的教学过程及组织

2.1 搭建模型，引入新课 上节课学生已学习DNA的结构特点，本节课一开始先让学生自行利用平板电脑中的模型构建APP搭建DNA结构模型，学生在APP中可随意移动脱氧核糖、磷酸、含氮碱基这3种原料，并可旋转、复制或删除，从而构建DNA双链结构。学生通过自己动手操作，激发了学习兴趣，也锻炼了动手操作能力。当他们完成构建之后在平板电脑上传其作品。此时教师可查看学生的作品，学生之间也可互相查阅。针对学生的错误构建，教师可挑出单个作品示例进行讲解，强化学生对DNA结构的理解，从而巩固已学习的知识点。

教师设问：既然DNA作为遗传物质而存在，它是如何将遗传物质从亲代传递给子代的？它的复制传递与其自身结构有何关系？通过设疑激发学生的求知欲。

2.2 自主猜想，屏幕展示 教师提问：假设提供1条DNA分子，你能否根据DNA双螺旋结构的特点设想DNA可能以怎样的方式进行复制？

教师向学生的平板电脑端发送学习任务，让学生自行猜想“DNA分子是如何进行复制的”，并在平板电脑上的电子白板自行绘制1条DNA分子复制1代后的结果（注意提示学生可用不同颜色区别亲代与子代DNA）。教师可随时在后台查看每位学生的绘制结果，了解学生对于DNA复制方式的不同猜想。待学生完成之后，教师在大屏终端上展示几幅不同学生的绘制结果，并让其进行思路讲解。最后教师再总结这几种不同思路，从而引出当时科学家在研究DNA的复制方式时提出的“全保留复制”“半保留复制”和“弥散复制”。

通过联系前面所学的知识点让学生自行假设猜想，尽可能激发学生的创造力和学习兴趣，并培养他们自主思考能力和动手绘制能力。先让学生尝试，再由教师进行总结，可让学生经过充分猜想之后再进行验证推理。

2.3 演绎推理，小组讨论 学生完成各自的猜想之后，教师提出预设问题：①DNA分子肉眼不可见，怎样区分复制过程中的母链和子链？通过此问题引出同位素示踪标记法。②如果用同位素标记DNA分子，当DNA分子在不同的环境中进行复制后，如何区别DNA分子带［6］？让学生思考之后，再提出“密度梯度离心”的方法，为后续相关的实验验证提供认知支架。

师生共同分析梅塞尔森（M.Meselson）和斯特尔（F.W.Stahl）利用同位素标记法探究问题的实验思路，并使学生明确：15N标记的链代表母链，14N标记的链代表子链。将亲代15N大肠杆菌转移至氮源为含14N的培养基中，再连续繁殖2代，且最后用密度梯度离心法分离。此时学生4人一组展开思考，并讨论这3种复制方式经过1代、2代复制且离心后DNA分子带的分布情况，并在平板电脑的电子白板上进行结果绘制。

小组完成讨论与推断之后，以拍照的形式将讨论结果上传至平板电脑端。在学生讨论的过程中，教师同样可通过平板电脑的直播功能录制学生的讨论过程，保存后在课后发送至学生客户端。学生完成讨论并上传推论结果后，各小组可在平板电脑上与其他小组的推断结果进行比对。同时，每个小组推选1名成员在全班进行展示讲解。在讨论的过程中，学生可相互点评或点赞，从而实现小组间的互动交流。经过全新的教与学，思维的异同在课堂上交汇与碰撞，产生的火花点燃了思想的火苗。此刻，教师已经不仅是一名指导者，更是一名欣赏者［7］。

学生在动脑、动手、动口的过程中更加主动地思考问题，原本难以理解的知识点，经学生的讨论与思考之后得到更好地吸收，从而突破重、难点。

2.4 观看微课，得出结论 学生对3种复制方式进行推导后，教师再将自制的实验验证微课视频分享至每位学生的平板电脑端，并让学生带着问题观看视频：①科学家在验证的过程用到了哪些方法或技术？②根据子1代和子2代DNA在离心管中的分布情况，如何排除某种复制方式的可能性，从而确定最终的实验结果？

学生自主观看微课视频，了解Meselson和Stahl的大肠杆菌DNA密度梯度离心实验，更好地构建了知识，提升了学习效率。微课不仅展示了DNA复制的推断过程，同时也形象生动地展示了密度梯度离心实验。学生通过观看微课，最终了解DNA复制的方式为半保留复制。

2.5 自主答题，在线反馈 学生学习完新课内容后，教师在平板电脑的班级学习空间发布学习任务，将课堂练习以选择题的形式传送至学生的平板电脑，学生提交后，系统会自动统计答题情况。点击学生姓名，即可查看该生答题的正确率，以及每道题具体选择了哪个选项。

例2，由15N标记细菌的DNA，然后又将14N供给这种细菌，于是该细菌便用14N合成DNA，假设细菌连续分裂3次产生了8个新个体，新个体中含14N链的DNA与含15N链的DNA比例是（ ）。

A.4∶1 B.2∶1 C.1∶1 D.3∶1

教师通过后台查看学生的答题情况，发现学生对DNA的复制方式掌握较好，但仍有小部分学生还存在问题。此时，教师通过平板电脑中的统计分析，让答错的学生谈谈他们是如何思考的。利用平板电脑的数据分析功能，教师可针对学生的错误思路予以纠正，再次帮学生强化知识重点，有力地改善了传统教学中存在的“一对多”反馈不及时的缺陷。

2.6 小组合作，课外探究 课后学生将以小组为单位，分组思考并完成图2的绘制：若用15N标记的DNA作为模板，用含14N标记的培养基培养，在坐标图中画出连续培养细菌60 min过程中，每代DNA中含15N标记的DNA分子数与DNA分子总数的百分比变化图。

图2 每代DNA中含15N的DNA百分数

学生以小组为单位思考讨论后，上传绘制结果至客户端。教师通过查看了解学生对DNA复制方式的应用情况，及时得到教学反馈。学生也在探究过程中培养了小组合作探究能力。

3 教学反思及建议

利用平板电脑进行教学，突出了其高效的互动与反馈功能。平板电脑强大的互动功能充分增强师生之间的互动力度，从而取得较好的教学效果。整节课以师生互动为中心，充分调动学生的积极性，也满足了学生的个性化学习需求。但在实际的教学中，并非每节课都适合运用平板电脑进行教学，教师需有选择性地选取内容授课。

综上所述，在应用平板电脑进行教学时，需思考下列问题：①结合平板电脑进行相应的教学设计时，如何提升学生的课堂参与度？②如何利用平台的即时反馈功能，捕捉学生的知识薄弱点，从而提升教学的针对性？③如何利用平台的个性化推送功能，有针对性地满足不同学生的个性化差异［8］？

同时，应用平板电脑进行教学时，可采纳以下建议：①教师可在平板电脑的班级空间功能中增加奖励性措施，鼓励学生分享好的学习方法和经验；②有选择性地采用平板电脑授课，多选择知识抽象、学生不易理解的知识点进行，例如遗传的分子基础等章节内容；③教师根据平板电脑中的数据反馈，有针对性地推送模块习题，便于学生巩固知识，突破重、难点；④教师多录制一些试卷及习题讲评的视频进行推送，学生可有针对性地关注某个知识点，从而进行个性化学习；⑤由于平板电脑与笔记本和手机的功能类似，并在平时使用笔记本或手机更加便捷，教师可先在笔记本上完成教学资料的制作，再传输至平板电脑（只需通过U盘或者链接USB线进行传输）。学生可将平板电脑中有价值的资源拷贝或通过微信、QQ等软件传输至手机客户端进行学习；教师也可将平板电脑中的教学资源以二维码的形式呈现，学生扫码后便可在手机上学习。