基于核心素養(yǎng)下的模型建構教學案例DNA分子的結構為例

1、基于生物核心素養(yǎng)的教學設計以DNA分子的結構為例核心素養(yǎng)的培養(yǎng)已成為新一輪課程改革的方向，而生物作為與生活息息相關的學科，是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的良好載體。生物學科根據(jù)自己的學科特色，也提出了相應的生物核心素養(yǎng)，即：生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任?？梢姡锖诵乃仞B(yǎng)是核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)，重視生物核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要途徑。本文便是基于生物核心素養(yǎng)下的一篇教學設計。1教材的簡要分析DNA分子的結構是普通高中課程標準實驗教科書（人教版）生物必修模塊第三章第二節(jié)的內(nèi)容，它由DNA雙螺旋結構模型的建構、DNA分子的結構特點以及制作DNA雙螺旋結構模型三部分內(nèi)容構成。與舊教材相比，

2、本節(jié)教材沒有直接講述DNA分子的結構特點，而是以科學家沃森和克里克的研究歷程為主線，并通過學生動手嘗試建構模型，加深對DNA分子結構特點的理解。從知識結構的角度看，本節(jié)內(nèi)容是在學生學習了“遺傳因子的發(fā)現(xiàn)”和“基因和染色體上的關系”以后，從分子水平上進一步闡明遺傳的本質(zhì)。關于DNA雙螺旋結構的特點和堿基互補配對原則又是學習“DNA分子的復制”以及“基因表達”等內(nèi)容的重要基礎。2教學目標的確立2.1知識目標簡述組成DNA分子的基本單位四種脫氧核苷酸；概述四種脫氧核苷酸構成DNA分子雙螺旋結構的方式；闡明堿基互補配對的原則及意義。2.2能力目標通過嘗試DNA雙螺旋結構模型的制作，初步知曉科學探究的基

3、本方法（如模型建構法，學科知識的交叉應用）。2.3情感態(tài)度價值觀體驗科學家鍥而不舍、執(zhí)著追求、合作交流的科學精神；認同人類對遺傳物質(zhì)的認識是不斷深化、不斷完善的過程。3教學重難點的處理DNA分子結構的主要特點及堿基互補配對原則是本節(jié)課的教學重點。突出重點的方法擬采用：設計問題串：如“DNA是雙螺旋還是三螺旋？”“堿基排列在螺旋內(nèi)側還是外側？”“堿基對如何連接起來？”，進行不斷質(zhì)疑和解疑；建構知識鏈：在“制作DNA分子雙螺旋結構模型”的活動中，通過討論和交流，建構以“基本單位脫氧核苷酸長鏈平面脫氧核苷酸雙鏈立體雙螺旋結構”的知識鏈，完成對DNA分子雙螺旋結構的初步認識。如何有效地組織開展模型建構

4、的活動是本節(jié)課的教學難點。突破該難點的方法擬采用課件動態(tài)的分步演示、教師恰當?shù)氖痉?、啟發(fā)和引導、并注意直觀教具（DNA分子雙螺旋結構模型）的使用，幫助學生順利完成該活動的基本內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容中的“堿基互補配對原則的應用”是另一個教學難點，也是高考中的重要知識考點，可考慮安排在下一節(jié)課種，以習題的變式求解和討論逐步解決。4教學策略模型建構法、“導學案”教學法、小組合作、自主探究、多媒體教學5教學過程的設計5.1創(chuàng)設真實情境，形成生命觀念教師提問：請問大家了解乙肝嗎？如果你身邊有乙肝患者，你會歧視他嗎？播放新聞視頻，介紹在天津師范大學發(fā)生的有關乙肝患者的悲劇事件。教師介紹：全球有將近3.5億乙肝攜帶

5、者，中國有將近1億，乙肝病毒和艾滋病毒的傳播途徑一樣，有性傳播，母嬰傳播，血液傳播三種途徑，乙肝病毒是DNA病毒，相比艾滋病毒（RNA）更加穩(wěn)定，我國已經(jīng)研制出乙肝疫苗和治療乙肝的藥。教師提問：為什么DNA會更加穩(wěn)定？這就需要從認識DNA的結構開始。DNA分子具有獨特的結構，對于DNA分子結構的研究經(jīng)歷了一個漫長的過程，其中有2位科學家做出了卓越的貢獻，沃森和克里克。課件展示四川大學為沃森慶祝90歲生日的照片。教師：今天就讓我們伴隨沃森和克里克的腳步一起探究DNA分子的結構。設計意圖：利用天津師范大學乙肝患者被歧視而自殺的新聞快速吸引學生的興趣，借此增加學生對乙肝和DNA病毒的了解，訓練學生將

6、生命現(xiàn)象與生命科學聯(lián)系起來，嘗試思考結構與功能的關系，感悟生命的奧妙，形成生命觀念。展示四川大學為沃森慶祝90歲生日的照片，讓學生感受到偉大的科學家就在我們身邊，科學研究就在我們身邊，激發(fā)學生的探究欲望。5.2模型建構，培養(yǎng)理性思維5.2.1引導學生有序回憶1.組成DNA的基本單位是什么？2.每個脫氧核苷酸是由哪幾部分組成的？（課件先展示一個脫氧核苷的分子結構，再連接一個磷酸分子。）3.組成DNA的堿基有哪幾種？脫氧核苷酸有哪幾種？設計意圖：溫故知新，復習舊知，便于后續(xù)DNA分子模型建構的順利開展。5.2.2建構模型一：脫氧核苷酸教師對模型做簡要介紹：即講臺上的用磁性貼裁剪的磷酸、脫氧核糖、堿

7、基模型及各小組磁盤中盛放的DNA分子的模型。請兩位同學上臺建構DNA分子的結構模型，其他同學利用各小組手中的模型，每人建構3個脫氧核苷酸。5.2.3模型建構二：脫氧核苷酸脫氧核苷酸鏈教師提問：一個個游離的脫氧核苷酸如何連接成一條脫氧核苷酸鏈呢？課件展示資料：1951年11月富蘭克林通過數(shù)據(jù)計算得知，每個脫氧核苷酸之間是在脫氧核糖和磷酸的某部位連接的。教師追問：到底是在脫氧核糖和磷酸的哪個部分連接呢？引導學生小組合作，把一個個游離的脫氧核苷酸連接成一條脫氧核苷酸長鏈。學生小組合作，動手連接脫氧核苷酸長鏈，每個小組建構出2條脫氧核苷酸長鏈，相互交流和自我評價。模型建構好的同學對導學案上之前畫的模型

8、進行修改。某學生代表上臺連接黑板上的幾個游離的脫氧核苷酸。教師課件展示正確的連接方法。5.2.4模型建構三：單鏈雙鏈教師提問：現(xiàn)在我們已經(jīng)建構出一條一條的脫氧核苷酸長鏈，脫氧核苷酸長鏈又是如何構成具有獨特雙螺旋結構的DNA分子的呢？學生閱讀課本P48第2-7行，思考以下3個問題：1.DNA分子是雙螺旋還是三螺旋？2.堿基排在螺旋外側，還是螺旋內(nèi)側？3.連接兩條鏈的堿基如何配對?學生閱讀教材后，小組合作討論，解決課件上的三個問題，對于前2個問題，學生能自行解決，對于問題3，教師做如下引導：沃森和克里克是一開始就推出A與T配對，C與G配對嗎？他們經(jīng)歷了一個很漫長的探索過程。沃森和克里克先認為是相同

9、堿基配對，即A與A配對，T與T配對，可是，堿基在大小形狀上的不同不是使模型的堿基間產(chǎn)生缺口就是使形成的骨架變形。模型被否定！A不能與A配對，那你們覺得A還可以和哪些堿基配對呢？學生嘗試說出所有可能性。教師引導：又已知嘌呤堿是雙環(huán)化合物，占有空間大；嘧啶堿是單環(huán)化合物，占有空間小。而DNA分子的兩條鏈的距離是固定的。從這個信息中你得到了什么啟示呢？學生回答：A不能與G配對教師追問：不可能是嘌呤和嘌呤配對，嘧啶與嘧啶配對。到底是A與C配對，還是A與T配對呢？課件播放資料：沃森和克里克的研究陷入了低谷，這時，化學家查哥夫訪問了劍橋大學，帶來了振奮人心的研究成果：腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量

10、，鳥嘌呤（G）的量等于胞嘧啶（C）的量。教師提問：從這則資料中你得到了什么啟示？學生根據(jù)教師提供的資料，能順利推測出應該是A與T配對，C與G配對。教師展示資料：沃森和克里克也得到了相同的啟示，他們還發(fā)現(xiàn)A、T堿基對與C、G堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有穩(wěn)定的直徑，后來又有科學家發(fā)現(xiàn)，A與T之間是由兩個氫鍵連接，G、C之間是由3個氫鍵連接。這種配對方式稱為堿基互補配對原則。教師引導：根據(jù)以上分析，現(xiàn)在大家能否將手中的兩條單鏈通過堿基互補配對建構成一個雙鏈DNA分子呢？學生小組合作，動手建構雙鏈DNA，相互交流和自我評價。模型建構好的同學對導學案上之前畫的模型進行修改。教師再

11、請同學上臺將黑板上的兩條鏈連接成一個DNA分子。學生發(fā)現(xiàn)黑板上的兩條鏈要連接成一個DNA分子需要將一條鏈進行旋轉(zhuǎn)，教師借此提出“反向平行”這一概念，課件動畫再次演示如何反向平行。學生總結DNA分子反向平行的特點。5.2.5模型建構四：雙鏈DNA雙螺旋結構教師提問：我們已經(jīng)得到DNA分子的平面結構，怎樣把它變成獨特的雙螺旋結構呢？教師引導學生旋轉(zhuǎn)手中的平面模型。學生：旋轉(zhuǎn)手中的模型，得到DNA雙螺旋結構。設計意圖：學生利用教師提供的教具親自建構DNA分子“基本單位脫氧核苷酸長鏈平面脫氧核苷酸雙鏈立體雙螺旋結構”的模型，不僅可以培養(yǎng)學生合作學習的能力和理性思維，還能讓學生感受科學探究的歷程，培養(yǎng)科

12、學探究精神。5.3總結交流，培養(yǎng)科學探究精神5.3.1相互交流，感悟科學家精神教師總結：到此，我們便一起建構出了出DNA分子的雙螺旋結構，沃森和克里克并不是DNA分子結構領域的專家，但確是他兩建構出了DNA分子的雙螺旋結構，摘得若貝爾生理學獎的桂冠，小組討論，你們認為沃森和克里克成功的原因有哪些？你們從中得到了什么啟示？學生相互討論并交流，體會科學研究應該具備的精神和能力。小組派代表發(fā)表自己小組的意見。設計意圖：全班交流科學探究后的心得，通過學習科學史及科學家們的故事，培養(yǎng)科學探究精神。5.3.2觀察模型，總結DNA分子的結構特點教師引導學生仔細觀察手中的模型，總結DNA分子的結構特點，并對導

13、學案上的內(nèi)容進行修正。學生觀察、交流，總結出DNA分子的雙螺旋結構的要點。教師提問：DNA分子又有什么特性呢？請觀察DNA結構中的哪個結構是穩(wěn)定不變的?學生觀察后總結出磷酸和脫氧核糖排在外側不變，堿基互補配對原則不變，由此得出DNA分子具有穩(wěn)定性。教師提問：現(xiàn)在大家能解釋為什么通過DNA鑒定技術就可以判斷兇手或鑒別尸體了嗎？學生觀察課件中展示的DNA分子，便會發(fā)現(xiàn)正常情況下，對一個生物體來講，它身體中每個細胞中的DNA的堿基排列順序都是一樣，特定的，由此得出DNA分子具有特異性。教師提問：請觀察每個小組建構出來的DNA有什么不同？學生發(fā)現(xiàn)各組建構的DNA分子堿基的排列順序不同，由此得出DNA分子具有多樣性。設計意圖：學生觀察DNA分子的結構，自行發(fā)現(xiàn)并總結DNA分子的特點，培養(yǎng)學生的觀察能力及歸納總結能力。5.4總結歸納，鞏固練習教師小結，學生完成導學案上的練習題。思考，解答，交流與互評。5.5聯(lián)系生活，樹立社會責任感教師再次回到導課時提出有關乙肝的問題，提問：現(xiàn)在大家能解釋為什么乙肝病毒比艾滋病毒穩(wěn)定嗎？如果你身邊出現(xiàn)了乙肝患者，你會怎么對待他？學生學習了DNA分子的結構后，能將結構與功能相聯(lián)系，正確說出DNA病毒比RNA病毒穩(wěn)定的原因。設計意圖：首尾呼應，聯(lián)系生活，使學生體會到“學以致用”的樂趣，感悟結