《DNA分子結(jié)構(gòu)》的探究式教學(xué)

摘 要：人教版必修二的《DNA分子的結(jié)構(gòu)》一節(jié)囊括了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史和模型構(gòu)建活動，本文的設(shè)計嘗試將二者有機融合，以科學(xué)史的學(xué)習作為腳手架，讓學(xué)生自主構(gòu)建出DNA分子的結(jié)構(gòu)模型，從而有效地提高學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史；模型構(gòu)建；生物學(xué)素養(yǎng)

一、 生物學(xué)核心素養(yǎng)

2017年的課程標準提出生物學(xué)科的核心素養(yǎng)包括生命概念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責任。通過本節(jié)課的學(xué)習，學(xué)生能夠在學(xué)習了DNA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，理解DNA分子結(jié)構(gòu)的多樣性和特異性，理解DNA分子與其功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)觀點。而本節(jié)課設(shè)計中讓學(xué)生在學(xué)習DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)史的過程中通過分析和歸納先形成對DNA分子結(jié)構(gòu)的初步認識，然后通過模型構(gòu)建來加深自己對該結(jié)構(gòu)的理解，最后通過對模型的評價和修正來形成對DNA分子結(jié)構(gòu)的正確認識，并發(fā)展批判性思維和科學(xué)探究精神。而科學(xué)史內(nèi)容的學(xué)習、科學(xué)精神的感悟，則是落實社會責任的好素材。

二、 教學(xué)亮點

1. 通過問題串的設(shè)計，學(xué)習DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)史。問題一：沃森和克里克利用了哪些他人的科學(xué)成果？問題二：沃森和克里克在構(gòu)建模型時出現(xiàn)過哪些錯誤，又是如何糾正的？問題三：沃森和克里克成功的原因是什么？科學(xué)史的學(xué)習過程實際上也是在幫助學(xué)生逐步建立知識概念的過程，而學(xué)生對知識的理解正誤將通過建模活動暴露出來。

2. 學(xué)生根據(jù)自己的理解制作的DNA模型會出現(xiàn)各種錯誤情況，如以下幾種（以下為模型平面圖）：錯誤一：沒有體現(xiàn)雙螺旋特征；錯誤二：堿基對間的氫鍵數(shù)目不對（如圖一）；錯誤三：磷酸基團的數(shù)目不對（如圖二、三）；錯誤四：未正確體現(xiàn)雙鏈的反向平行（如圖四、圖五、圖六）。

錯誤的模型充分暴露了學(xué)生在對DNA分子結(jié)構(gòu)理解的偏差，也給后續(xù)學(xué)生對各種模型的評價和修正創(chuàng)造了機會。學(xué)生通過自己建模和模型的評價與修正過程，實現(xiàn)對DNA分子結(jié)構(gòu)理解的深化。

三、 教學(xué)反思

由于知識的有限，學(xué)生一般無法從本質(zhì)上理解堿基間的配對原因，也無法正確地解釋兩條鏈的“反向平行”的含義。此時教師可以根據(jù)學(xué)生的理解接受能力，在課前應(yīng)準備好相應(yīng)的圖片、視頻、模型等素材，對這些知識點進行補充講解。

關(guān)于堿基互補配對原則的講解：

由于嘌呤分子直徑比嘧啶分子大，所以嘌呤要和嘧啶配對，才能保證DNA分子內(nèi)部具有穩(wěn)定的直徑。A與T之間有2個氫鍵相連，C與G之間則有3個氫鍵相連。

關(guān)于兩條鏈的反向平行的講解：

一個脫氧核苷酸的分子結(jié)構(gòu)中的脫氧核苷酸縮合而成的脫氧核苷酸鏈是有方向的，所以DNA雙鏈中，若左邊的單鏈從上到下是5′向3′方向，則右邊的單鏈從上到下是3′向5′方向，兩條單鏈方向相反，因此稱為“反向平行”。

模型構(gòu)建引入教學(xué)給教師帶來巨大的挑戰(zhàn)是可能出現(xiàn)各種不可預(yù)期的錯誤模型（或?qū)嶒灛F(xiàn)象），這就要求教師日常教學(xué)時要注意觀察和積累，事先做好教學(xué)預(yù)設(shè)，不打無準備之戰(zhàn)。如果出現(xiàn)了教學(xué)預(yù)設(shè)外情況，教師也要注意巧妙處理：比如讓學(xué)生思考、討論、各抒己見；讓學(xué)生課后上網(wǎng)查閱，下節(jié)課交流……切不要裝傻跳過。

參考文獻：

[1]普通高中生物學(xué)課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017.

作者簡介：

池君，福建省南安市，福建省南安第一中學(xué)。