巧設問題情境、豐富學習體驗

郁愷

摘 要 敘述了“DNA分子的結構”一節的教學設計，在教學中，通過發揮學生的主體作用，優化課堂教學，妙用科學史實例，把知識的傳授過程優化成一個科學的探究過程，讓學生在探究中學習科學研究的方法，從而滲透科學方法教育。

關鍵詞 DNA分子的結構 概念學習 學習體驗

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

“DNA分子的結構”一節是新課標教材人教版必修二《遺傳與進化》第3章第2節的內容，由DNA雙螺旋結構模型的構建、DNA分子結構的主要特點及制作DNA雙螺旋結構模型三部分構成。其中堿基互補配對原則是DNA結構、DNA復制以及DNA控制蛋白質合成過程中遵循的重要原則。DNA分子的雙螺旋結構是學生學習和理解遺傳學的基礎知識。DNA獨特的雙螺旋結構保證了DNA具有多樣性、特異性、穩定性的特征，它是學生理解生物的多樣性、特異性、物種穩定性本質的物質基礎。本節內容在結構體系上體現了人們對科學理論的認識過程和方法，是進行探究式教學的極好素材。在教學中，教師可以通過發揮學生的主體作用，優化課堂教學，妙用科學史實例，把知識的傳授過程優化成一個科學的探究過程，讓學生在探究中學習科學研究的方法，從而滲透科學方法教育。所以在本節課的教學實施過程中，筆者著重思考以下幾個問題：

① 如何把教材中的小欄目、習題等改編為概念探究的問題情景？

② 如何通過提供感性材料，使抽象的概念具體化？

③ 如何在實踐中總結、比較相關概念？

④ 如何用數學語言交流和驗證概念？

在人教版教材中，本節內容的編排順序是：首先以資料形式介紹DNA雙螺旋結構模型的構建過程，之后總結DNA分子雙螺旋結構的主要特點，最后制作模型以加深對DNA分子結構特點的認識和理解。在實踐過程中，筆者開始按照教材順序組織教學，卻發現通過閱讀資料，學生對DNA結構的構建過程和DNA分子結構的特點有了一定了解，但對于細節知識的認識不夠深刻，例如：DNA的兩條鏈為什么反向平行？構成基本骨架的磷酸和脫氧核糖為何交替連接？堿基互補配對時為什么必須A-T、G-C配對？另外，學生對于科學家進行科學研究的科學思想和科學態度也不能感同身受、有感而發地領悟，僅僅停留在幾句寬泛的贊譽、空而不實的學習口號中。新課標理念認為：“高中生物學教學重在培養學生的科學思維、科學方法、科學精神等生物學科學素養”。為了更好地完成這一目標，筆者通過查閱資料、與同行切磋等，對本節內容的教學設計做了一些更改。

1 設置概念學習情景，提高概念學習的興趣

1.1 情景一：引入新課，北京中關村高科技園區的DNA雕像圖

創設情境：看似像麻花卷的DNA為什么能夠成為高科技的標志？它是怎么樣儲存遺傳信息的？它又是怎樣決定生物性狀的？利用學生已知道的在物理學的電學部分作為右旋圖例的DNA雕像圖引入，可以拉近學生與DNA的距離，引起他們的學習興趣。同時，設問強調了DNA在生物科學發展以至高科技發展中的重要意義，幫助學生形成“21世紀是生物學的世紀”的理念。

1.2 情景二：資料閱讀，初步形成DNA分子結構的基本概念

根據教科書的科學史料“DNA的發現之路”，創設如下的探究問題情境：（1） 克里克利用了他人的哪些經驗和科學成果？（2） 沃森和克里克在建構模型的過程中出現過哪些錯誤？他們是怎樣對待和糾正這些錯誤的？（3） 材料中涉及到哪些學科的知識和方法？這對你理解生物科學的發展有什么啟示？（4） 沃森和克里克默契配合，發現了DNA的雙螺旋結構的過程，作為科學家合作研究的典范，在科學界傳為佳話。他們的這種工作方式給予你哪些啟示？

上述的4個問題中，前兩個問題可以幫助學生在閱讀過程中抓住資料的重點，并且借此了解DNA分子結構模型的特征所基于的物理化學基礎，初步了解DNA分子結構；后兩個問題主要是為后面的教學做一個情感鋪墊。這段探究中，教師可以把大問題化成小問題，從不同的角度設問，一方面可以讓學生建立起新舊知識的聯系，另一方面可以一步步地深化問題，使學生對問題形成更深刻的理解。

2 豐富概念活動的形式，使抽象的概念具體化

2.1 情景三：讀圖分析，進一步構建DNA分子結構的概念

在初步形成對DNA分子結構的認識之后，可以讓學生觀察結構模式圖。圖中的信息可以使學生全面了解DNA的組成、化學鍵的形成、配對方式、鏈的方向等相關的原理，幫助學生理解復雜的概念，同時也培養了學生的空間想象能力，構建出自己的知識體系。探究的問題情境：（1） 請你觀察DNA是由幾條鏈構成的？它們的位置關系怎樣？它們的方向一致嗎？它具有怎樣的立體結構？（2） DNA的基本骨架是由哪些物質構成的？它們位于DNA的什么部位？（3） DNA中的堿基是如何配對的？它們位于DNA的什么部位？（4） 什么是一個脫氧核苷酸？它的三個組成成分是怎樣連接起來的？（5） 脫氧核苷酸之間是怎樣鏈接的？

對于第一個問題中DNA分子兩條鏈的方向的回答，學生一開始認為兩條鏈的方向都是右旋，是一致的，這時教師并不急于點評。后來通過第二和第四個問題的討論，有學生提出根據脫氧核苷酸的連接方式，兩條鏈的末端的分子并不一樣。這時教師鼓勵學生質疑，組織學生重新認識DNA分子的結構。

通過這幾個問題，學生關注到DNA分子組成的幾個關鍵點，并在大腦中形成有關DNA具體清晰的結構圖。在此基礎上，通過對課本文字資料的閱讀，整理出有序的、規范的、簡潔的文字描述，形成對DNA分子結構概念的第二步認識。

2.2 情景四：模型構建，小組合作檢驗概念教學效果，引發新的問題探究

模型建構：每個學習小組自備制作DNA分子雙螺旋結構的材料用具。在10 min內，每個小組組裝1個含有20個堿基對的雙螺旋DNA分子片斷。建模活動除了有教學意義之外，還在于回應第一個探究情境的問題四：協作能力的重要性。

活動結束后的分享（1） 當你發現組員出錯或者你發現自己出錯時有什么感受，你周圍的組員中哪些人的行為讓你記憶尤新？問題最后是怎樣得到解決的？（2） 你和你的同桌選用的堿基在一開始就能正確配對嗎？你對你們的成功（不成功）的經驗有什么感想？

知識延伸的方面主要在于兩條鏈的方向、DNA的多樣性、DNA的穩定性、DNA中遺傳信息的攜帶、DNA的解旋。據此可以設置如下問題：（1） 各小組DNA的連接是不是都是正確的？（2） 請你看看每個四人小組的DNA，你覺得相同嗎？每個DNA之間的差異主要在哪里？（3） 在每個小組中，DNA的組裝方式有三種：一種是先組裝脫氧核苷酸對，然后再組裝成雙螺旋長鏈；另一種是先組成兩條長鏈，再組成雙螺旋；第三種是先組裝一條長鏈，再逐個添加脫氧核苷酸成雙螺旋長鏈。你覺得細胞在形成DNA的時候會是以哪種方式進行？

3 巧借數學語言，提升概念理解與運用

情景六：創設數學化的問題情境，充分挖掘DNA分子結構中隱含的原理。

使學生在領悟、建構概念后，再運用概念是生物學教學過程中的另一個重要問題。在科學史料上，已經明確提出了四種堿基的含量關系：A=T；G=C。教師可以在此基礎上引導學生繼續發掘其中的規律，思考DNA分子中堿基比例和數量之間的關系，讓學生學會用數學語言描述生命現象，運用多種方式表達概念。探究的問題情境：（1） 雙鏈DNA分子中，所有的嘌呤堿基之和與所有的嘧啶堿基之和有什么關系？你可以用什么方式表示這種關系？（2） 對于DNA的單鏈，這種關系成立嗎？為什么？（3） 對于不同的雙鏈DNA分子，（A+T）/（G+C）或（A+C）/（T+G）的值恒定嗎？數學語言的運用使學生更深刻地理解DNA分子的結構概念，同時也為學生進一步了解生命科學的研究方法提供了更多借鑒，提升了生物教學的科學價值。

在本節課中，學生通過資料分析、讀圖理解、模型構建、數學語言等五種不同的探究性學習過程，逐步構建DNA分子的結構模型以及相關的知識系統，最終不僅牢固建構起DNA分子結構的基本概念，體會變換多種思維方式進行科學研究以及團隊合作的美妙之處，而且啟發學生思考科學研究中科學思想、科學精神以及科學方法所起的作用，為學生日后從事科學研究工作打下良好的基礎。葉圣陶曾指出：教學無非是“教師幫著學生學習的一串過程”，使學生能“自為研索，自求解決”。也就是說，教師的職責主要不在于“教”，而在于指導學生的“學”，不能滿足于學生“學會”，更要指導學生“會學”，以此培養學生的學習能力、終身發展能力。

參考文獻：

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