巧设问题情境、丰富学习体验
2022-06-08
摘 要 叙述了“DNA分子的结构”一节的教学设计，在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂教学，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词 DNA分子的结构 概念学习 学习体验
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
“DNA分子的结构”一节是新课标教材人教版必修二《遗传与进化》第3章第2节的内容，由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分构成。其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识。DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的物质基础。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极好素材。在教学中，教师可以通过发挥学生的主体作用，优化课堂教学，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。所以在本节课的教学实施过程中，笔者着重思考以下几个问题：
① 如何把教材中的小栏目、习题等改编为概念探究的问题情景？
② 如何通过提供感性材料，使抽象的概念具体化？
③ 如何在实践中总结、比较相关概念？
④ 如何用数学语言交流和验证概念？
在人教版教材中，本节内容的编排顺序是：首先以资料形式介绍DNA双螺旋结构模型的构建过程，之后总结DNA分子双螺旋结构的主要特点，最后制作模型以加深对DNA分子结构特点的认识和理解。在实践过程中，笔者开始按照教材顺序组织教学，却发现通过阅读资料，学生对DNA结构的构建过程和DNA分子结构的特点有了一定了解，但对于细节知识的认识不够深刻，例如：DNA的两条链为什么反向平行？构成基本骨架的磷酸和脱氧核糖为何交替连接？碱基互补配对时为什么必须A-T、G-C配对？另外，学生对于科学家进行科学研究的科学思想和科学态度也不能感同身受、有感而发地领悟，仅仅停留在几句宽泛的赞誉、空而不实的学习口号中。新课标理念认为：“高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养”。为了更好地完成这一目标，笔者通过查阅资料、与同行切磋等，对本节内容的教学设计做了一些更改。
1 设置概念学习情景，提高概念学习的兴趣
1.1 情景一：引入新课，北京中关村高科技园区的DNA雕像图
创设情境：看似像麻花卷的DNA为什么能够成为高科技的标志？它是怎么样储存遗传信息的？它又是怎样决定生物性状的？利用学生已知道的在物理学的电学部分作为右旋图例的DNA雕像图引入，可以拉近学生与DNA的距离，引起他们的学习兴趣。同时，设问强调了DNA在生物科学发展以至高科技发展中的重要意义，帮助学生形成“21世纪是生物学的世纪”的理念。
1.2 情景二：资料阅读，初步形成DNA分子结构的基本概念
根据教科书的科学史料“DNA的发现之路”，创设如下的探究问题情境：（1） 克里克利用了他人的哪些经验和科学成果？（2） 沃森和克里克在建构模型的过程中出现过哪些错误？他们是怎样对待和纠正这些错误的？（3） 材料中涉及到哪些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？（4） 沃森和克里克默契配合，发现了DNA的双螺旋结构的过程，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
上述的4个问题中，前两个问题可以帮助学生在阅读过程中抓住资料的重点，并且借此了解DNA分子结构模型的特征所基于的物理化学基础，初步了解DNA分子结构；后两个问题主要是为后面的教学做一个情感铺垫。这段探究中，教师可以把大问题化成小问题，从不同的角度设问，一方面可以让学生建立起新旧知识的联系，另一方面可以一步步地深化问题，使学生对问题形成更深刻的理解。
2 丰富概念活动的形式，使抽象的概念具体化
2.1 情景三：读图分析，进一步构建DNA分子结构的概念
在初步形成对DNA分子结构的认识之后，可以让学生观察结构模式图。图中的信息可以使学生全面了解DNA的组成、化学键的形成、配对方式、链的方向等相关的原理，帮助学生理解复杂的概念，同时也培养了学生的空间想象能力，构建出自己的知识体系。探究的问题情境：（1） 请你观察DNA是由几条链构成的？它们的位置关系怎样？它们的方向一致吗？它具有怎样的立体结构？（2） DNA的基本骨架是由哪些物质构成的？它们位于DNA的什么部位？（3） DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？（4） 什么是一个脱氧核苷酸？它的三个组成成分是怎样连接起来的？（5） 脱氧核苷酸之间是怎样链接的？
对于第一个问题中DNA分子两条链的方向的回答，学生一开始认为两条链的方向都是右旋，是一致的，这时教师并不急于点评。后来通过第二和第四个问题的讨论，有学生提出根据脱氧核苷酸的连接方式，两条链的末端的分子并不一样。这时教师鼓励学生质疑，组织学生重新认识DNA分子的结构。
通过这几个问题，学生关注到DNA分子组成的几个关键点，并在大脑中形成有关DNA具体清晰的结构图。在此基础上，通过对课本文字资料的阅读，整理出有序的、规范的、简洁的文字描述，形成对DNA分子结构概念的第二步认识。
2.2 情景四：模型构建，小组合作检验概念教学效果，引发新的问题探究
模型建构：每个学习小组自备制作DNA分子双螺旋结构的材料用具。在10 min内，每个小组组装1个含有20个碱基对的双螺旋DNA分子片断。建模活动除了有教学意义之外，还在于回应第一个探究情境的问题四：协作能力的重要性。 活动结束后的分享（1） 当你发现组员出错或者你发现自己出错时有什么感受，你周围的组员中哪些人的行为让你记忆尤新？问题最后是怎样得到解决的？（2） 你和你的同桌选用的碱基在一开始就能正确配对吗？你对你们的成功（不成功）的经验有什么感想？
知识延伸的方面主要在于两条链的方向、DNA的多样性、DNA的稳定性、DNA中遗传信息的携带、DNA的解旋。据此可以设置如下问题：（1） 各小组DNA的连接是不是都是正确的？（2） 请你看看每个四人小组的DNA，你觉得相同吗？每个DNA之间的差异主要在哪里？（3） 在每个小组中，DNA的组装方式有三种：一种是先组装脱氧核苷酸对，然后再组装成双螺旋长链；另一种是先组成两条长链，再组成双螺旋；第三种是先组装一条长链，再逐个添加脱氧核苷酸成双螺旋长链。你觉得细胞在形成DNA的时候会是以哪种方式进行？
3 巧借数学语言，提升概念理解与运用
情景六：创设数学化的问题情境，充分挖掘DNA分子结构中隐含的原理。
使学生在领悟、建构概念后，再运用概念是生物学教学过程中的另一个重要问题。在科学史料上，已经明确提出了四种碱基的含量关系：A=T；G=C。教师可以在此基础上引导学生继续发掘其中的规律，思考DNA分子中碱基比例和数量之间的关系，让学生学会用数学语言描述生命现象，运用多种方式表达概念。探究的问题情境：（1） 双链DNA分子中，所有的嘌呤碱基之和与所有的嘧啶碱基之和有什么关系？你可以用什么方式表示这种关系？（2） 对于DNA的单链，这种关系成立吗？为什么？（3） 对于不同的双链DNA分子，（A+T）/（G+C）或（A+C）/（T+G）的值恒定吗？数学语言的运用使学生更深刻地理解DNA分子的结构概念，同时也为学生进一步了解生命科学的研究方法提供了更多借鉴，提升了生物教学的科学价值。
在本节课中，学生通过资料分析、读图理解、模型构建、数学语言等五种不同的探究性学习过程，逐步构建DNA分子的结构模型以及相关的知识系统，最终不仅牢固建构起DNA分子结构的基本概念，体会变换多种思维方式进行科学研究以及团队合作的美妙之处，而且启发学生思考科学研究中科学思想、科学精神以及科学方法所起的作用，为学生日后从事科学研究工作打下良好的基础。叶圣陶曾指出：教学无非是“教师帮着学生学习的一串过程”，使学生能“自为研索，自求解决”。也就是说，教师的职责主要不在于“教”，而在于指导学生的“学”，不能满足于学生“学会”，更要指导学生“会学”，以此培养学生的学习能力、终身发展能力。
参考文献：
[1] 朱正威，赵占良.必修1?分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007：54.
[2] 赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系[J].中学生物教学，2007（3）：4-7.
[3] 安淑荣.探究式教学的模型建构实践――高中生物“DNA分子的结构”教学案例[J].中学生物学，2010（6）：42-43.
[4] 周续莲，芮建等.生物学概念的教学研究[J].生物学杂志，2005（4）：32-33.
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关键词 DNA分子的结构 概念学习 学习体验
中图分类号 G633.91 文献标识码 B
“DNA分子的结构”一节是新课标教材人教版必修二《遗传与进化》第3章第2节的内容，由DNA双螺旋结构模型的构建、DNA分子结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分构成。其中碱基互补配对原则是DNA结构、DNA复制以及DNA控制蛋白质合成过程中遵循的重要原则。DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础知识。DNA独特的双螺旋结构保证了DNA具有多样性、特异性、稳定性的特征，它是学生理解生物的多样性、特异性、物种稳定性本质的物质基础。本节内容在结构体系上体现了人们对科学理论的认识过程和方法，是进行探究式教学的极好素材。在教学中，教师可以通过发挥学生的主体作用，优化课堂教学，妙用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中学习科学研究的方法，从而渗透科学方法教育。所以在本节课的教学实施过程中，笔者着重思考以下几个问题：
① 如何把教材中的小栏目、习题等改编为概念探究的问题情景？
② 如何通过提供感性材料，使抽象的概念具体化？
③ 如何在实践中总结、比较相关概念？
④ 如何用数学语言交流和验证概念？
在人教版教材中，本节内容的编排顺序是：首先以资料形式介绍DNA双螺旋结构模型的构建过程，之后总结DNA分子双螺旋结构的主要特点，最后制作模型以加深对DNA分子结构特点的认识和理解。在实践过程中，笔者开始按照教材顺序组织教学，却发现通过阅读资料，学生对DNA结构的构建过程和DNA分子结构的特点有了一定了解，但对于细节知识的认识不够深刻，例如：DNA的两条链为什么反向平行？构成基本骨架的磷酸和脱氧核糖为何交替连接？碱基互补配对时为什么必须A-T、G-C配对？另外，学生对于科学家进行科学研究的科学思想和科学态度也不能感同身受、有感而发地领悟，仅仅停留在几句宽泛的赞誉、空而不实的学习口号中。新课标理念认为：“高中生物学教学重在培养学生的科学思维、科学方法、科学精神等生物学科学素养”。为了更好地完成这一目标，笔者通过查阅资料、与同行切磋等，对本节内容的教学设计做了一些更改。
1 设置概念学习情景，提高概念学习的兴趣
1.1 情景一：引入新课，北京中关村高科技园区的DNA雕像图
创设情境：看似像麻花卷的DNA为什么能够成为高科技的标志？它是怎么样储存遗传信息的？它又是怎样决定生物性状的？利用学生已知道的在物理学的电学部分作为右旋图例的DNA雕像图引入，可以拉近学生与DNA的距离，引起他们的学习兴趣。同时，设问强调了DNA在生物科学发展以至高科技发展中的重要意义，帮助学生形成“21世纪是生物学的世纪”的理念。
1.2 情景二：资料阅读，初步形成DNA分子结构的基本概念
根据教科书的科学史料“DNA的发现之路”，创设如下的探究问题情境：（1） 克里克利用了他人的哪些经验和科学成果？（2） 沃森和克里克在建构模型的过程中出现过哪些错误？他们是怎样对待和纠正这些错误的？（3） 材料中涉及到哪些学科的知识和方法？这对你理解生物科学的发展有什么启示？（4） 沃森和克里克默契配合，发现了DNA的双螺旋结构的过程，作为科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们的这种工作方式给予你哪些启示？
上述的4个问题中，前两个问题可以帮助学生在阅读过程中抓住资料的重点，并且借此了解DNA分子结构模型的特征所基于的物理化学基础，初步了解DNA分子结构；后两个问题主要是为后面的教学做一个情感铺垫。这段探究中，教师可以把大问题化成小问题，从不同的角度设问，一方面可以让学生建立起新旧知识的联系，另一方面可以一步步地深化问题，使学生对问题形成更深刻的理解。
2 丰富概念活动的形式，使抽象的概念具体化
2.1 情景三：读图分析，进一步构建DNA分子结构的概念
在初步形成对DNA分子结构的认识之后，可以让学生观察结构模式图。图中的信息可以使学生全面了解DNA的组成、化学键的形成、配对方式、链的方向等相关的原理，帮助学生理解复杂的概念，同时也培养了学生的空间想象能力，构建出自己的知识体系。探究的问题情境：（1） 请你观察DNA是由几条链构成的？它们的位置关系怎样？它们的方向一致吗？它具有怎样的立体结构？（2） DNA的基本骨架是由哪些物质构成的？它们位于DNA的什么部位？（3） DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？（4） 什么是一个脱氧核苷酸？它的三个组成成分是怎样连接起来的？（5） 脱氧核苷酸之间是怎样链接的？
对于第一个问题中DNA分子两条链的方向的回答，学生一开始认为两条链的方向都是右旋，是一致的，这时教师并不急于点评。后来通过第二和第四个问题的讨论，有学生提出根据脱氧核苷酸的连接方式，两条链的末端的分子并不一样。这时教师鼓励学生质疑，组织学生重新认识DNA分子的结构。
通过这几个问题，学生关注到DNA分子组成的几个关键点，并在大脑中形成有关DNA具体清晰的结构图。在此基础上，通过对课本文字资料的阅读，整理出有序的、规范的、简洁的文字描述，形成对DNA分子结构概念的第二步认识。
2.2 情景四：模型构建，小组合作检验概念教学效果，引发新的问题探究
模型建构：每个学习小组自备制作DNA分子双螺旋结构的材料用具。在10 min内，每个小组组装1个含有20个碱基对的双螺旋DNA分子片断。建模活动除了有教学意义之外，还在于回应第一个探究情境的问题四：协作能力的重要性。 活动结束后的分享（1） 当你发现组员出错或者你发现自己出错时有什么感受，你周围的组员中哪些人的行为让你记忆尤新？问题最后是怎样得到解决的？（2） 你和你的同桌选用的碱基在一开始就能正确配对吗？你对你们的成功（不成功）的经验有什么感想？
知识延伸的方面主要在于两条链的方向、DNA的多样性、DNA的稳定性、DNA中遗传信息的携带、DNA的解旋。据此可以设置如下问题：（1） 各小组DNA的连接是不是都是正确的？（2） 请你看看每个四人小组的DNA，你觉得相同吗？每个DNA之间的差异主要在哪里？（3） 在每个小组中，DNA的组装方式有三种：一种是先组装脱氧核苷酸对，然后再组装成双螺旋长链；另一种是先组成两条长链，再组成双螺旋；第三种是先组装一条长链，再逐个添加脱氧核苷酸成双螺旋长链。你觉得细胞在形成DNA的时候会是以哪种方式进行？
3 巧借数学语言，提升概念理解与运用
情景六：创设数学化的问题情境，充分挖掘DNA分子结构中隐含的原理。
使学生在领悟、建构概念后，再运用概念是生物学教学过程中的另一个重要问题。在科学史料上，已经明确提出了四种碱基的含量关系：A=T；G=C。教师可以在此基础上引导学生继续发掘其中的规律，思考DNA分子中碱基比例和数量之间的关系，让学生学会用数学语言描述生命现象，运用多种方式表达概念。探究的问题情境：（1） 双链DNA分子中，所有的嘌呤碱基之和与所有的嘧啶碱基之和有什么关系？你可以用什么方式表示这种关系？（2） 对于DNA的单链，这种关系成立吗？为什么？（3） 对于不同的双链DNA分子，（A+T）/（G+C）或（A+C）/（T+G）的值恒定吗？数学语言的运用使学生更深刻地理解DNA分子的结构概念，同时也为学生进一步了解生命科学的研究方法提供了更多借鉴，提升了生物教学的科学价值。
在本节课中，学生通过资料分析、读图理解、模型构建、数学语言等五种不同的探究性学习过程，逐步构建DNA分子的结构模型以及相关的知识系统，最终不仅牢固建构起DNA分子结构的基本概念，体会变换多种思维方式进行科学研究以及团队合作的美妙之处，而且启发学生思考科学研究中科学思想、科学精神以及科学方法所起的作用，为学生日后从事科学研究工作打下良好的基础。叶圣陶曾指出：教学无非是“教师帮着学生学习的一串过程”，使学生能“自为研索，自求解决”。也就是说，教师的职责主要不在于“教”，而在于指导学生的“学”，不能满足于学生“学会”，更要指导学生“会学”，以此培养学生的学习能力、终身发展能力。
参考文献：
[1] 朱正威，赵占良.必修1?分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007：54.
[2] 赵占良.人教版高中生物课标教材中的科学方法体系[J].中学生物教学，2007（3）：4-7.
[3] 安淑荣.探究式教学的模型建构实践――高中生物“DNA分子的结构”教学案例[J].中学生物学，2010（6）：42-43.
[4] 周续莲，芮建等.生物学概念的教学研究[J].生物学杂志，2005（4）：32-33.