例谈“支架”在生物课堂中的巧妙应用

张晓君 孔 勇 （江苏省宜兴中学 江苏无锡 214200）

1 理论基础

在教学过程中，“支架”对于学习者与对于建筑物的作用是类似的，学生沿着教师搭建的“支架”逐步攀升，主动建构知识，最终实现对知识的整体理解和掌握。

前苏联著名心理学家维果茨基的“最近发展区”理论认为：个体发展分为现实的发展水平和潜在的发展水平两种水平。这两种水平之间的区域即“最近发展区”，低于最近发展区水平的教学是枯燥乏味的，超出最近发展区之外的教学是无效和困难的。利用“支架”进行教学的前提是了解学生的现实发展水平和潜在发展水平，教师在最近发展区搭建恰当的支架，促进学生主动建构知识，实现从“现实的发展水平”到“潜在的发展水平”过渡。

支架的形式有很多种，如情境支架、问题支架、图表支架、范例支架、实验支架、模型支架等。笔者尝试以“DNA是主要遗传物质”一节为例，展示不同类型的支架在生物课堂教学中的巧妙应用。

2 学生现实发展水平和潜在发展水平的分析

“DNA是主要遗传物质”一节的重难点知识是“肺炎双球菌转化实验”和“噬菌体侵染大肠杆菌实验”。本节内容与学生已有知识有一定的联系，对“DNA是主要遗传物质”中学生现实的发展水平和潜在的发展水平的分析见表1。

3 实施过程

3.1 情境支架，激发兴趣

教师展示学生熟悉的几位老师的“父与子”照片，学生根据样貌进行“大手拉小手”活动。小游戏后，教师提问：父母与子女在样貌上的相似，主要是因为在遗传的过程中，父母提供了哪种物质？

表1“DNA是主要遗传物质”中两种水平的分析

教师追问：①染色体的主要成分是什么？

②DNA和蛋白质，哪种物质才是决定样貌相似的物质？如何通过实验证明？

设计意图：教师搭建一个游戏式情境支架，导入新课，抓住学生的注意力，使他们顺利进入课堂思维状态。教师结合之前已学习的减数分裂和受精作用的内容，将学生的思维从遗传的细胞学水平过渡到遗传的分子学水平。

3.2 问题支架，突破难点

教师展示格里菲思进行的肺炎双球菌体内转化实验图，根据学生已有的知识以及读图获取信息的能力设计问题，引导学生比较、分析格里菲思所做的4组实验，归纳出肺炎双球菌体内转化实验的实验结论。所设计的问题如下：

①第一、二组实验说明了什么？

②在第三组实验中，被加热杀死的S型细菌有没有毒性？

③在第四组实验中，导致小鼠死亡的是哪种细菌？

④该实验能证明DNA是遗传物质吗？该实验的实验结论是什么？

教师追问：格里菲思推测S型菌种存在某种“转化因子”，使R型菌转化为S型菌，如果你是科学家，如何通过实验证明“转化因子”是何物质？教师鼓励学生开拓思维，大胆设想，从而顺利过渡到1944年美国科学家艾弗里进行的肺炎双球菌体外转化实验。

赫尔希和蔡斯等人完成的噬菌体侵染大肠杆菌实验更为抽象，在介绍完噬菌体的结构和噬菌体侵染大肠杆菌过程之后，教师展示T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验图，设置问题串：

①根据噬菌体侵染大肠杆菌的过程，发现进入大肠杆菌的物质即为人们寻找的遗传物质，DNA和蛋白质中哪种物质进入大肠杆菌，如何追踪？

②标记DNA和蛋白质分别用何种元素？

③如何获得有35S或32P标记的噬菌体？

④标记的噬菌体与未标记的大肠杆菌混合，短时间保温后，搅拌、离心的目的分别是什么？

⑤离心后，沉淀物和上清液中各有什么成分？⑥用35S标记噬菌体，离心后，试管中的哪个部分放射性很高？这一现象说明了什么？

⑦用32P标记噬菌体，离心后，哪里放射性很高？这一现象又说明了什么？

⑧细菌裂解释放出的噬菌体中，可以检测到32P标记的DNA，但却不能检测到35S标记的蛋白质，这一结果说明了什么？

设计意图：围绕一定的目标，教师按照一定的逻辑结构设计一系列问题支架。在整个教学过程中，学生作为知识的探索者沿着支架攀爬，不断建构知识，以达到新的现实发展水平。

3.3 图表支架，整合内容

培养基和菌落这两个概念在必修模块中没有具体的要求，但在本节内容中却涉及到，教师利用图片使学生对培养基和菌落形成直观的印象。

传统的教学过程，教师一般在学习完T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验后再总结噬菌体侵染大肠杆菌的过程。这样处理的弊端是学生不清楚为何先用同位素分别标记噬菌体，再用标记的噬菌体去侵染大肠杆菌。笔者尝试在学生认识噬菌体后，利用图1的简图向学生介绍噬菌体侵染大肠杆菌过程：吸附→注入→合成→释放，侵染过程中注入大肠杆菌的物质即寻找的遗传物质。学生很容易就能想到用同位素分别标记噬菌体的DNA和蛋白质，追踪DNA和蛋白质的踪迹。

图1 噬菌体侵染大肠杆菌的过程

艾弗里与赫尔希等人的实验在选材、实验方法上不同，但实验的设计思路却有共同之处，教师设计表2，要求学生比较这两个实验，有助于学生对知识的理解记忆。

表2 肺炎双球菌体外转化实验和噬菌体侵染大肠杆菌实验的比较

教师利用图2，引导学生归纳出RNA病毒的遗传物质是RNA。

图2 TMV和HRV的实验过程侵染烟草叶片

最后，教师根据在教学过程中构建的概念图（图3），将本节内容进行整合，直观地表现各个实验的实验结论，引导学生总结归纳出：绝大多数生物的遗传物质是DNA，DNA是主要遗传物质。

图3 DNA是主要遗传物质“一节的概念图”

设计意图：教师通过培养基和菌落的图片、噬菌体侵染大肠杆菌过程图，将生物学中微观领域的知识直观化，便于学生理解；利用烟草花叶病毒（TMV）和车前草病毒（HRV）侵染作物的症状图，让学生亲历与科学家一样的探究历程，使学生在强化发现问题、分析问题、解决问题的同时，感悟科学家设计实验的巧妙和思维的缜密，感受科学探究的魅力。本节内容的知识容量大，教师在黑板上搭建出整节内容概念图支架。学生依托概念图，梳理自己的知识体系，寻找存在的知识漏洞，进行填补，最终构建更完善、全面的知识网络。

3.4 范例支架，巩固知识

【例1】（2008年江苏卷）某研究人员模拟肺炎双球菌转化实验，进行了以下4个实验：

①S型菌的DNA＋DNA酶→加入R型菌→注射入小鼠

②R型菌的DNA＋DNA酶→加入S型菌→注射入小鼠

③R型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入S型菌的DNA→注射入小鼠

④S型菌＋DNA酶→高温加热后冷却→加入R型菌的DNA→注射入小鼠

以上4个实验中小鼠存活的情况依次是（ ）

A.存活、存活、存活、死亡

B.存活、死亡、存活、死亡

C.死亡、死亡、存活、存活

D.存活、死亡、存活、存活

【解析】通过格里菲思的肺炎双球菌体内转化实验的学习，学生了解到：导致小鼠死亡的是S型活菌。①DNA酶分解S型菌DNA，R型菌不能发生转化，小鼠存活；②DNA酶分解R型菌DNA，加入的S型菌导致小鼠死亡；③高温加热使R型菌失活，加入的S型菌的DNA无法使失活的R型菌发生转化，无S型菌产生，小鼠存活；④高温加热使S型菌失活，加入的R型菌的DNA不会导致小鼠死亡，小鼠存活。

【例2】如果用15N、32P、35S共同标记噬菌体后，让其侵染未标记的大肠杆菌，在产生的子代噬菌体中，能够找到的标记元素为（ ）

A.在外壳中找到15N和35S

B.在DNA中找到15N和32P

C.在外壳中找到15N和32P

D.在DNA中找到15N、32P和35S

【解析】根据DNA和蛋白质的元素组成，将噬菌体的DNA上标记上15N和32P，蛋白质上标记上15N和35S。噬菌体侵染大肠杆菌过程中，噬菌体的DNA进入大肠杆菌，并参与子代噬菌体的合成，所以在子代噬菌体的DNA中能找到15N和32P，而亲代噬菌体的蛋白质外壳并未进入大肠杆菌，子代噬菌体的蛋白质合成所需要的原料全部来自未标记的大肠杆菌，所以子代噬菌体的蛋白质中没有放射性。

设计意图：教师通过典型的例题帮助学生巩固所学的重点、难点知识，提升学生对知识的理解水平，同时也可以检验学生是否已经达到预定的潜在发展水平。

实践证明，在准确分析学生的现实发展水平和潜在发展水平的基础上，教师根据教学内容，合理搭配情境、问题、图表、范例等各种形式的支架，以支架支撑学生的思维发展这一模式对帮助学生更好地学习新知识是行之有效的。