《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(dòng)，本文的設(shè)計(jì)嘗試將二者有機(jī)融合，以科學(xué)史的學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)責(zé)任。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)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(diǎn)。而本節(jié)課設(shè)計(jì)中讓學(xué)生在學(xué)習(xí)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(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的初步認(rèn)識(shí)，然后通過模型構(gòu)建來加深自己對(duì)該結(jié)構(gòu)的理解，最后通過對(duì)模型的評(píng)價(jià)和修正來形成對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的正確認(rèn)識(shí)，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(xí)、科學(xué)精神的感悟，則是落實(shí)社會(huì)責(zé)任的好素材。

二、 教學(xué)亮點(diǎn)

1. 通過問題串的設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)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(shí)出現(xiàn)過哪些錯(cuò)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(xí)過程實(shí)際上也是在幫助學(xué)生逐步建立知識(shí)概念的過程，而學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解正誤將通過建模活動(dòng)暴露出來。

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

錯(cuò)誤的模型充分暴露了學(xué)生在對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)理解的偏差，也給后續(xù)學(xué)生對(duì)各種模型的評(píng)價(jià)和修正創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。學(xué)生通過自己建模和模型的評(píng)價(jià)與修正過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)理解的深化。

三、 教學(xué)反思

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

關(guān)于堿基互補(bǔ)配對(duì)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(duì)，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(gè)氫鍵相連，C與G之間則有3個(gè)氫鍵相連。

關(guān)于兩條鏈的反向平行的講解：

一個(gè)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?zhǔn)怯蟹较虻模訢NA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(cuò)誤模型（或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象），這就要求教師日常教學(xué)時(shí)要注意觀察和積累，事先做好教學(xué)預(yù)設(shè)，不打無準(zhǔn)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(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)介：

池君，福建省南安市，福建省南安第一中學(xué)。