在生物學科教學中培養學生核心素養
——以“DNA分子的結構”教學為例

文 | 劉文勝 龔慧婷

通過學習活動落實核心素養應是課堂教學設計的一個重要方面。在“DNA分子的結構”教學中，教師以DNA結構的構建科學史為主要探究資源，通過創設活動讓學生體驗科學家的探索歷程，引導學生搭建DNA的分子結構模型，然后進行展示交流，最后歸納總結DNA結構的特點，繼而建立概念模型，發現規律，形成生物學科核心素養。

創設情境引入，激發興趣培養素養

在設置情境和問題時，教師要關注學生的經驗、思維和情感參與這個核心，讓情境成為激發學生思維發生、知識形成、能力提升和情感涵育的媒介。在“DNA分子的結構”這節課的導入環節，教師設計這樣的活動情景：播放“爸爸去哪兒”音樂，接著展示某期節目中的一對明星父子的相片，再分別展示他們小時候的照片，問：“這對父子為什么長得這么像？”之后過渡引導學生回顧基因和染色體的關系，從而導入新課學習。

通過創設情境和問題解決的活動設計，可以激活學生原有的學科知識儲備，激發學生的認識和情感態度，增加學生參與學習活動的生動性、情感性和趣味性。設置的情境能緊跟時代流行信息，有利于激發興趣和集中注意力，培養學生的生命觀念和理性思維素養，并順利過渡到新內容的學習。

文獻型探究活動，體驗科學探究精神

DNA雙螺旋結構模型的構建過程是一部很長的科學史，涉及許多科學家的辛勤探索和跨學科合作，其中每一步重要的發現都體現科學家敬業、執著、奉獻的優良品質。其中，沃森和克里克跨學科的合作，體現出知識互補、精神一致、和諧配合的重要性；而羅莎琳德·富蘭克林拍下的DNA衍射照片及數據，卻是沃森和克里克發現DNA分子雙螺旋結構模型的關鍵。教師充分利用本節的科學史資源，引導學生以某一個科學家為研究對象開展文獻型探究活動，學生以小組為單位，借助互聯網獲取關于科學家的資料，然后分析從中提煉出跟本節課內容相關的資料，制作介紹科學家的幻燈片，最后小組將成果在課堂上交流。

文獻型探究活動的設計，可以培養學生獲取、分析、整合信息的能力，還可以培養學生之間的協作交流能力。學生體驗到科學家研究歷程的曲折，提高對生命科學探索的興趣。

建模型探究活動，培養科學探究素養

在了解了DNA結構的發現科學史后，教師繼續設計建模型活動，設置問題，假如你是克里克或沃森，在了解了許多科學家的研究成果后，你將如何搭建DNA的分子模型？學生以小組為單位，分工合作，嘗試著搭建DNA的平面結構。活動形式：一是課前教師準備了4種不同顏色的硬紙片，剪裁成一定的模型分別代表4種脫氧核苷酸，學生進行模型構建；二是借助平板電腦，準備磷酸、脫氧核糖、四種堿基和四種脫氧核糖核苷酸，分別構建脫氧核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸鏈、DNA分子的平面結構和DNA分子的雙螺旋結構。這個探究活動讓學生意識到科學家能做到的事情，在自己掌握了相關信息后也可以做到，并且對科學家的探究過程有了系統性的把握。

建模型探究活動的優點在于：學生首先要充實自己的認知結構，占有與活動任務有關的空間概念等，從而指導自己的實踐。在活動過程中，學生認同科學的發展是在曲折中前進的，科學發現需要鍥而不舍和互助合作的科學精神，從而實現情感態度價值觀教育，養成縝密的邏輯思維和較強的動手能力，提高對生命科學的興趣。

展示模型活動，培養理性思維素養

進入DNA結構模型展示活動環節，各小組將搭建好的DNA的平面結構在課堂上展示，分享活動感想，增強合作意識。接著，教師引導學生觀察自己或小組搭建的DNA平面結構模型，并提出活動問題：請注意，自己與組員或小組與小組間所構建模型的相同之處與不同之處？觀察思考DNA中的兩條鏈是如何配對在一起的？對于DNA的兩條鏈來說，相對應的堿基是否是想當然的相同或者是毫無規律又或者遵循著某種規律？如果沒有DNA衍射照片及數據，克里克或沃森能取得成功嗎？學生可以以小組為單位進行討論交流。

學生通過研究模型來認識模型的各種本質特征及其必然聯系，繼而建立生物概念，得出生物規律，促使學生在探究中思考，在實踐中總結?；顒舆€可以讓學生理解科學、技術和社會的關系，明白假如沒有X射線拍照技術，就不會有DNA衍射照片及數據，繼而就不會真正發現DNA的分子結構。

趣味活動設計，培養歸納概括能力

在DNA的模型建構和展示之后，教師設計一個趣味活動：請8個學生進行角色扮演，分別代表一種脫氧核糖核苷酸，模擬構建DNA分子的雙鏈，直觀感受構成DNA的兩條鏈是反向平行的關系。接著，教師追問：現在，請你們再認真觀察自己構建的模型是不是符合實際情況？應如何改變？在DNA分子中，外側由什么連接而成，內側是什么？構成DNA核苷酸鏈有幾條？這些鏈走向上有什么特點？鏈與鏈之間的堿基連接有什么規律？通過趣味活動設計，學生能逐漸概括、總結出DNA的結構特點，學會用數學語言描述生命現象，進一步認識結構與功能相適應的生命觀念。

拓展活動設計，提升社會責任素養

在課的結尾，教師設計了拓展活動環節，引導學生自主構建DNA結構的概念圖或思維導圖，并請學生分享展示交流。接著，教師提出問題：沃森和克里克默契配合發現DNA雙螺旋的過程被科學界傳為佳話，你從中得到什么啟示？請同學們展開想象力，思考你們希望DNA的研究與應用能再給人類帶來什么樣的好處？最后，教師告訴學生：DNA結構模型的發現標志著分子生物學的開端，從此人類開始進入了設計生命改造生命的階段。目前來講，DNA的研究與應用還在繼續進行當中，如基因工程、蛋白質工程等。生命科學就是這樣的生生不息，而生命科學的發展一定是在其發展到一定階段的產物，也需要眾多學科的新的理論、新的方法來支持。

自主構建概念圖或思維導圖，有助于學生理清課堂思路，讓學生明白：依靠科學家創造性的勞動才能夠有今天這樣的生命科學成就，激勵對生命科學感興趣的學生能夠投身到對生命科學的研究中去，為我們人類自己以及其他生物謀求福利。

教學反思

課堂教學的首要任務是培養和提高學生必備的能力和可持續發展的生物學科素養，教學的關注點發生轉向，即從關注知識點的落實轉向到素養的形成，從關注“教什么”轉向到關注學生學會什么。以任務為導向的學習活動是一個動態的過程，精心設計的學習活動可以凸顯學習者的主體地位，可以促進個體與群體的融合。以學生活動設計為主的課堂教學，主要任務應是讓學習者在參與課堂教學的學習活動中掌握核心知識與形成關鍵能力，獲取直接與間接經驗，促進自身素養的發展。