學科思想方法統領下的生物課堂教學
——以“DNA分子的結構”一節教學為例

吳開其 張 晉 （四川省瀘縣第二中學 四川瀘州 646100）

1 對生物學科思想方法的認識

學科思想是指對學科發展和學科學習最具影響力的那些觀念、思想和見解。很多時候，學科思想與學科方法并沒有明確的界限，因此統稱學科思想方法。筆者結合教學實踐經驗，將高中生物學的學科思想方法進行以下分類。

（1）本體性學科思想方法，植根于學科本身，具有學科特色，能夠理解和解釋生物學相關事件和現象的觀念和思想方法。生物學學科核心素養中的“生命觀念”，如結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等就是生物學的本體性學科思想方法。

（2）條件性學科思想方法，生物作為一門自然科學，在問題分析和解決上需要自然科學探究和發現的通用的思想方法，如實驗探究、模型構建、數據分析和科學推理等思想方法。

本體性學科思想方法和條件性學科思想方法共同包含著生物學“生命”和“科學”的內涵，高中生物課程對學生核心素養發展的價值是讓學生形成基本的生命觀和生物學基本觀點，提升科學素養。學科思想方法的教學是學科教學的靈魂，教師在課堂中需要關注學科思想方法的建立，從學科思想方法入手，讓生物學科思想方法統攝生物的學習。下面以“DNA分子的結構”一節教學為例進行展示。

2 學科思想方法統領下的“DNA分子的結構”課堂教學

2.1 由“功能由結構決定”的觀念起領課堂

教師結合本章引言里的小詩“遺傳物質是什么，DNA或蛋白質，幾多實驗，幾多爭論，謎底已經揭曉，主要是DNA”，由此引出DNA作為主要遺傳物質，是因為其特有的功能和結構。以此讓學生由DNA的功能特點，推測DNA分子的結構特點。例如，由“DNA分子是遺傳物質，能夠儲存大量信息”的特點，推測DNA是一個大分子物質并且含有序列性的結構；由“格里菲思肺炎雙球菌體外轉化試驗中，加熱殺死S型細菌后轉化因子仍具有活性”的特點，推測DNA分子結構比較穩定；若是在高三復習中，可由“作為遺傳物質能準確將遺傳信息傳遞給子代”的特點，引導學生推測DNA要有怎樣的結構基礎才能保證復制的穩定；由“DNA能控制生物性狀，指導蛋白質合成”，引導學生試著猜想DNA需要怎樣的結構才能使遺傳信息得以傳遞和表達。這樣可以使學科思想統領整章單元學習。

2.2 借助“模型構建”分析DNA分子結構承接課堂

首先，拆解模型快速學習DNA的結構。教師拿出一個DNA模型，“模型里面里蘊含著DNA分子結構原理，讓我們借助模型進行學習，小時候拿到一個玩具，很想弄懂里面的構造原理，因此總想將其……，結果……”“大家都擁有工匠精神，但缺少抽絲剝繭的工匠技術。”教師用這些語言喚起學生的學習興趣，通過拆解模型進行DNA結構的學習，且按“體”—“面”—“線”—“點”的邏輯進行教學，具體參照圖1。

圖1 DNA分子的結構教學邏輯示意圖

其次，小組合作拼接模型并展示模型。小組合作要求：在規定的3 min內，讓小組分工合作按“點”—“線”—“面”—“體”順序，盡量拼接更長的DNA模型；再讓2~4個小組代表展示自己小組所拼接的模型，并在黑板上畫出平面結構圖（只需要畫包含最開始的3個堿基對的片段且用字母標出堿基類型）；其他學生對小組拼接的模型和所畫的DNA片段平面圖進行評價。教師要引導學生討論不同展示小組DNA片段的不同點（重點關注堿基對排列順序），從而使學生結合“結構與功能的關系”推演DNA分子的多樣性，進而闡明遺傳信息蘊含在DNA的堿基排列順序之中。

2.3 追溯學科交叉中的科學史延伸課堂

回顧科學史。選取科學史中對科學發展起推動作用的關鍵環節進行教學。比如故事化地講述1952年春天奧地利科學家查哥夫訪問劍橋大學。“At first，they talked some issues about protein，and then，Crick asked about the research status of DNA.After a word，‘1：1’.Chargaff paused a moment and just said.”教師聲情并茂地展現化學家提到克里克時的情景。接著，故事化地呈現在1952年威爾金斯給沃森展示富蘭克林拍攝的B型DNA圖片時的情景。教師拿出一張打印好的DNA的X晶體衍射圖并且有感情地講述：“When Watson saw the picture，‘what a beautiful and clear picture only the double DNA chain can be show.’he said excitedly.”讓學生仿佛看到當時沃森得到物理學家點撥時的喜悅。多年后，也許學生已經忘了DNA的分子結構，但依然會記得曾經物理學家和化學家共同成就這一偉大發現，同時讓學生埋下了在學科交叉中創新的意識。

在回顧歷史中，展望未來歷史，教師可結合對X射線晶體衍射技術的簡單介紹延伸到該技術對當今結構生物學中研究蛋白質和DNA的研究幫助，再介紹我國結構生物學家施一公在X射線晶體學上的一些研究成果以及當今國際結構生物學取得的重大成果。如介紹2017年Science公布的且與英國劍橋大學相關的年度十大科學進展——低溫電子顯微鏡技術，并介紹這種結構生物學主流技術應用對醫學和人類的貢獻。這樣讓學生深刻理解人類認識的意義、過程與方法，從而使學生能夠走入歷史并具有創造未來歷史的能力、品格與情懷。

3 學科思想方法統領下的教學對生物學核心素養培養的啟示

3.1 培養學生“生命觀念”的核心素養

學科思想方法統領下，教師在確定課程目標時必須聯系章節之間的關系，確定學科大概念“遺傳信息主要編碼在DNA分子上”。課后，學生問及“在課堂開始提及DNA作為主要遺傳物質，是因為有其特有的功能和結構。那么，也可作為遺傳物質的RNA和DNA相比結構和功能上的優點是什么？”學生已經在圍繞新課標中的大概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”思考問題。這樣，難道教師還擔心當學生遇到“設計實驗證明一種病毒是以DNA和RNA作為遺傳物質”這樣的高考題時，會不知所措嗎？

3.2 培養學生“科學思維”的核心素養

本節課借助“模型構建”的學科方法進行DNA結構的學習，需要將DNA結構的學習通過教師的組織（學科活動）將其“泡”開。拆解模型是為了快速獲得結構機理，拼接模型是為了讓學生再次自主實踐，使學生運用科學的學科方法進行學習，同時自身在“模型與建模”的過程中得到發展，生物學“科學思維”核心素養自然得到培養。

3.3 培養學生“社會責任”的核心素養

對于本節，模型構建的科學方法和相應的科學技術，是前人為了探求生命科學真理歷經曲折后總結的寶貴經驗，讓學生從歷史中感受物理、化學、數學在生物領域創造的奇跡，讓學生在科學發展中見識科學技術的與日更新與社會進步，將STEAM和STS的融合教育觀念一點一滴地浸潤課堂。