江楹華|江西省贛州市第一中學(xué)

鄒茂春|江西省會(huì)昌中學(xué)

當(dāng)前，高中生物學(xué)教學(xué)中“傳遞—接受”式教學(xué)模式較為普遍，過(guò)于重視知識(shí)技能傳授和結(jié)論的獲取，忽視過(guò)程的探索和科學(xué)方法的教育。學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，對(duì)知識(shí)的內(nèi)化效果不佳，更談不上分析問(wèn)題、解決問(wèn)題等科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。這與《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》指出的發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)、充分體現(xiàn)課程的學(xué)科特點(diǎn)和育人價(jià)值不符。下面，筆者以科學(xué)思維培養(yǎng)為指向，對(duì)人教版普通高中教科書(shū)《生物學(xué)》必修2第3章第2節(jié)《DNA的結(jié)構(gòu)》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、教學(xué)內(nèi)容研究和教學(xué)目標(biāo)分析

《DNA 的結(jié)構(gòu)》一節(jié)由“DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”和“DNA 的結(jié)構(gòu)”兩部分構(gòu)成，為DNA 復(fù)制、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、基因突變、基因工程、PCR 技術(shù)等內(nèi)容打下知識(shí)基礎(chǔ)。DNA 獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)是生物多樣性、特異性以及物種穩(wěn)定性的前提，但對(duì)脫氧核苷酸是如何組成DNA分子的，學(xué)生沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)，所以這節(jié)課重點(diǎn)應(yīng)落在DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建上，以此突破DNA 分子結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，達(dá)成以下教學(xué)目標(biāo)：（1）概述DNA 分子結(jié)構(gòu)的基本要點(diǎn)和特點(diǎn)；（2）嘗試?yán)媒處熖峁┑木€索，制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；（3）在模型構(gòu)建過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維，體驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建在生物學(xué)研究中的作用。

二、教學(xué)思路

新課標(biāo)理念下的高中生物學(xué)教學(xué)，既要在面向全體學(xué)生的基礎(chǔ)上，重視探究性學(xué)習(xí)和知識(shí)的獲得過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，又要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)方法和科學(xué)精神?；诖?，筆者確定了這節(jié)課的教學(xué)思路（1課時(shí)完成）。

【情境導(dǎo)入】以刑偵手段中的DNA指紋技術(shù)為情境，導(dǎo)入課堂。

【提出課題】DNA分子的結(jié)構(gòu)。

【分析資料線索，構(gòu)建DNA 的結(jié)構(gòu)模型】重溫沃森和克里克曲折的探究歷程：（1）通過(guò)線索1 得出DNA 的組成單位（學(xué)生已有知識(shí)）；（2）通過(guò)線索2得出脫氧核苷酸連接成長(zhǎng)鏈（學(xué)生已有知識(shí)，學(xué)生活動(dòng)1）；（3）通過(guò)線索3得出脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈呈螺旋狀，提出可能的雙鏈模型；（4）通過(guò)線索4否定模型一（堿基位于螺旋結(jié)構(gòu)外部）；（5）通過(guò)線索5否定模型二（堿基位于螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，相同堿基配對(duì)）；（6）通過(guò)線索6，構(gòu)建脫氧核苷酸的雙鏈模型，展示模型三、模型四（學(xué)生活動(dòng)2）；（7）通過(guò)線索7否定模型三（兩條脫氧核苷酸鏈正向排列）；（8）小結(jié)探究歷程，構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（學(xué)生活動(dòng)3）。

【DNA 的結(jié)構(gòu)】（1）根據(jù)構(gòu)建的模型，分析DNA 的結(jié)構(gòu)；（2）根據(jù)DNA 的結(jié)構(gòu)，提出DNA的特性——穩(wěn)定性、多樣性和特異性，由DNA特異性解釋導(dǎo)入環(huán)節(jié)中提到的DNA指紋技術(shù)可以確認(rèn)罪犯的原因。

【課堂小結(jié)和練習(xí)】DNA 的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建；DNA 的結(jié)構(gòu)和特性。

三、教學(xué)過(guò)程

課前準(zhǔn)備多媒體課件（其二維碼詳見(jiàn)圖1），卡紙剪出脫氧核糖、磷酸和含氮堿基等模型構(gòu)件若干。

圖1 多媒體課件二維碼

（一）情境導(dǎo)入，激發(fā)興趣

師：（展示圖片，創(chuàng)設(shè)情境）我們經(jīng)常在影視劇中看到公安刑警在犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集血液或者頭發(fā)等證據(jù)，這有何目的？

（學(xué)生應(yīng)能說(shuō)出：這是為了獲得兇手的細(xì)胞DNA，進(jìn)行DNA鑒定和比對(duì)，找出兇手）

師：（提出DNA 指紋技術(shù)，展示DNA 指紋圖，引導(dǎo)學(xué)生確認(rèn)兇手，然后設(shè)置懸念，引出新課的學(xué)習(xí)）為什么通過(guò)DNA 鑒定與比對(duì)能確認(rèn)兇手？這與DNA的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引出課題“DNA 的結(jié)構(gòu)”；提示“線索—結(jié)論”的科學(xué)思維在學(xué)習(xí)中的重要性。

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

師：讓我們跟著DNA 結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建者——美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克，一起重溫那段曲折的探究歷程。

1.構(gòu)建脫氧核苷酸單鏈模型

師：（提出線索1）20 世紀(jì)30 年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸。［展示脫氧核苷酸的卡紙模型］

（學(xué)生應(yīng)能根據(jù)線索1，回答脫氧核苷酸的分子組成以及脫氧核苷酸的種類）

師：脫氧核苷酸如何形成DNA 分子呢？（提出線索2）1951年，波林發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。（啟發(fā)學(xué)生）DNA 是由多個(gè)脫氧核苷酸脫水縮合連接而成的長(zhǎng)鏈。（引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展活動(dòng)1）用給定材料構(gòu)建一條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈。

（學(xué)生應(yīng)能回憶出已有知識(shí)，并用給定材料構(gòu)建一條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈模型）

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生回顧所學(xué)知識(shí)，掌握脫氧核苷酸通過(guò)脫水縮合形成3′-5′磷酸二酯鍵的方式連接成核苷酸長(zhǎng)鏈。

2.感受DNA的螺旋結(jié)構(gòu)

師：脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈呈怎樣的空間結(jié)構(gòu)呢？（提出線索3）1951 年，英國(guó)科學(xué)家威爾金斯和富蘭克林提供了DNA 的X 射線衍射圖譜，表明DNA 分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)。用激光筆和彈簧進(jìn)行課堂小實(shí)驗(yàn)（微信掃描圖1獲取實(shí)驗(yàn)視頻）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)課堂演示小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受、認(rèn)同DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)。

3.構(gòu)建脫氧核苷酸雙鏈模型

師：脫氧核苷酸的單鏈和三鏈結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，那么其雙鏈模型有無(wú)可能？

（學(xué)生應(yīng)能提出一些可能的雙鏈模型）

師：（展示模型一，提出線索4）DNA 在細(xì)胞內(nèi)始終處于水環(huán)境中，而堿基疏水，脫氧核糖和磷酸親水。

（學(xué)生應(yīng)能根據(jù)線索4，否定模型一，并說(shuō)明原因）

師：（展示模型二，提出線索5）嘧啶是單環(huán)化合物，體積小；嘌呤是雙環(huán)化合物，體積大。研究發(fā)現(xiàn)DNA有固定直徑。

（學(xué)生應(yīng)能根據(jù)線索5，否定模型二，并說(shuō)明原因）

師：（提出線索6）奧地利著名生物化學(xué)家查哥夫研究得出：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量（A=T），鳥(niǎo)嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量（G=C）。

（學(xué)生應(yīng)能小組合作完成活動(dòng)2“用給定材料構(gòu)建脫氧核苷酸雙鏈結(jié)構(gòu)模型”，派小組代表展示模型三和模型四，說(shuō)明構(gòu)建的依據(jù)，并對(duì)模型三和模型四產(chǎn)生爭(zhēng)議）

師：（提出線索7）一個(gè)堿基上的H 原子和與之配對(duì)的堿基上的電負(fù)性強(qiáng)的N 原子或O原子之間存在一定的吸引力，形成氫鍵。［展示堿基互補(bǔ)配對(duì)圖］

（學(xué)生應(yīng)能據(jù)圖說(shuō)出堿基互補(bǔ)配對(duì)形成氫鍵的機(jī)理，說(shuō)出模型四兩條脫氧核苷酸鏈反向排列時(shí)堿基A 與堿基T、堿基C 與堿基G 能牢固形成氫鍵。如果兩條脫氧核苷酸鏈正向排列，堿基C 與堿基G 之間不能形成較多的氫鍵，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，以此否定模型三）

設(shè)計(jì)意圖：引出DNA雙鏈結(jié)構(gòu)，啟發(fā)學(xué)生思考可能的模型類型，并根據(jù)教師提出的線索質(zhì)疑、修正模型，使其在批判、爭(zhēng)論和修正過(guò)程中培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，發(fā)展科學(xué)思維，在動(dòng)手構(gòu)建模型中培養(yǎng)動(dòng)手操作能力。

4.構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

師：兩條脫氧核苷酸鏈反向排列，才能完美地形成氫鍵，牢固地結(jié)合在一起，正因?yàn)槿绱?，DNA 分子才呈現(xiàn)出雙螺旋結(jié)構(gòu)。［小結(jié)沃森和克里克的研究，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同科學(xué)研究的曲折和艱辛，完成活動(dòng)3“DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的制作”］

（學(xué)生應(yīng)能說(shuō)出：將脫氧核苷酸雙鏈模型扭轉(zhuǎn)一定角度，即可完成雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，但由于各組脫氧核苷酸雙鏈模型不夠長(zhǎng)，扭轉(zhuǎn)效果不好。在教師提示下，學(xué)生應(yīng)能進(jìn)一步說(shuō)出：可以將全班同學(xué)的模型連接在一起，然后進(jìn)行扭轉(zhuǎn)操作）

設(shè)計(jì)意圖：激發(fā)學(xué)生積極思考、樂(lè)于合作的意識(shí)。

（三）DNA的結(jié)構(gòu)

［教師展示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型］

（學(xué)生應(yīng)能說(shuō)出DNA 分子結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)：DNA 分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；親水磷酸和脫氧核糖交替連接排在外側(cè)，形成基本骨架；疏水堿基通過(guò)氫鍵相連排在內(nèi)側(cè)。然后由此提出DNA分子結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性）

師：為什么通過(guò)DNA 的鑒定與比對(duì)能確認(rèn)兇手？這與DNA的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系呢？

（學(xué)生應(yīng)能說(shuō)出：DNA 分子堿基對(duì)排列順序千變?nèi)f化，能儲(chǔ)存大量的遺傳信息，即DNA分子具有多樣性；每種DNA 分子都有區(qū)別于其他DNA 分子的特定的堿基排列順序，即DNA分子具有特異性）

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，歸納DNA 分子的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)和特性，培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力；引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)來(lái)解釋“科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)”問(wèn)題，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

四、教學(xué)反思

在對(duì)上述教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)踐后，筆者有以下幾點(diǎn)反思。

成功點(diǎn)：（1）教學(xué)過(guò)程中充分發(fā)揮了多媒體的功能，使知識(shí)更加生動(dòng)、便于理解；（2）將眾多的科學(xué)史以線索串的方式呈現(xiàn)，層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生分析并自主構(gòu)建DNA 的結(jié)構(gòu)模型，達(dá)到了使學(xué)生“知其然，亦知其所以然”的效果；（3）學(xué)生通過(guò)構(gòu)建實(shí)物模型，加深了對(duì)DNA結(jié)構(gòu)要點(diǎn)和特性的理解。

不足點(diǎn)：受材料的限制，卡紙構(gòu)建的DNA模型未能很好地表示單個(gè)脫氧核苷酸的空間結(jié)構(gòu)。

感悟：課堂不是教師的一言堂，學(xué)生的每一個(gè)觀點(diǎn)都應(yīng)受到尊重，每一點(diǎn)努力都應(yīng)受到賞識(shí)。教師要始終體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，關(guān)注每一個(gè)學(xué)生的發(fā)展，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取過(guò)程，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、敢于創(chuàng)新與合作的精神。總之，科學(xué)思維的培養(yǎng)比科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)更加重要。□◢