在生物學(xué)科教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)
——以“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)為例

文 | 劉文勝 龔慧婷

通過學(xué)習(xí)活動(dòng)落實(shí)核心素養(yǎng)應(yīng)是課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。在“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)中，教師以DNA結(jié)構(gòu)的構(gòu)建科學(xué)史為主要探究資源，通過創(chuàng)設(shè)活動(dòng)讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的探索歷程，引導(dǎo)學(xué)生搭建DNA的分子結(jié)構(gòu)模型，然后進(jìn)行展示交流，最后歸納總結(jié)DNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，繼而建立概念模型，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

創(chuàng)設(shè)情境引入，激發(fā)興趣培養(yǎng)素養(yǎng)

在設(shè)置情境和問題時(shí)，教師要關(guān)注學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)、思維和情感參與這個(gè)核心，讓情境成為激發(fā)學(xué)生思維發(fā)生、知識(shí)形成、能力提升和情感涵育的媒介。在“DNA分子的結(jié)構(gòu)”這節(jié)課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師設(shè)計(jì)這樣的活動(dòng)情景：播放“爸爸去哪兒”音樂，接著展示某期節(jié)目中的一對(duì)明星父子的相片，再分別展示他們小時(shí)候的照片，問：“這對(duì)父子為什么長(zhǎng)得這么像？”之后過渡引導(dǎo)學(xué)生回顧基因和染色體的關(guān)系，從而導(dǎo)入新課學(xué)習(xí)。

通過創(chuàng)設(shè)情境和問題解決的活動(dòng)設(shè)計(jì)，可以激活學(xué)生原有的學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)識(shí)和情感態(tài)度，增加學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的生動(dòng)性、情感性和趣味性。設(shè)置的情境能緊跟時(shí)代流行信息，有利于激發(fā)興趣和集中注意力，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和理性思維素養(yǎng)，并順利過渡到新內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

文獻(xiàn)型探究活動(dòng)，體驗(yàn)科學(xué)探究精神

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程是一部很長(zhǎng)的科學(xué)史，涉及許多科學(xué)家的辛勤探索和跨學(xué)科合作，其中每一步重要的發(fā)現(xiàn)都體現(xiàn)科學(xué)家敬業(yè)、執(zhí)著、奉獻(xiàn)的優(yōu)良品質(zhì)。其中，沃森和克里克跨學(xué)科的合作，體現(xiàn)出知識(shí)互補(bǔ)、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(shù)據(jù)，卻是沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵。教師充分利用本節(jié)的科學(xué)史資源，引導(dǎo)學(xué)生以某一個(gè)科學(xué)家為研究對(duì)象開展文獻(xiàn)型探究活動(dòng)，學(xué)生以小組為單位，借助互聯(lián)網(wǎng)獲取關(guān)于科學(xué)家的資料，然后分析從中提煉出跟本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的資料，制作介紹科學(xué)家的幻燈片，最后小組將成果在課堂上交流。

文獻(xiàn)型探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生獲取、分析、整合信息的能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生之間的協(xié)作交流能力。學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)家研究歷程的曲折，提高對(duì)生命科學(xué)探索的興趣。

建模型探究活動(dòng)，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)

在了解了DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)科學(xué)史后，教師繼續(xù)設(shè)計(jì)建模型活動(dòng)，設(shè)置問題，假如你是克里克或沃森，在了解了許多科學(xué)家的研究成果后，你將如何搭建DNA的分子模型？學(xué)生以小組為單位，分工合作，嘗試著搭建DNA的平面結(jié)構(gòu)。活動(dòng)形式：一是課前教師準(zhǔn)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(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建；二是借助平板電腦，準(zhǔn)備磷酸、脫氧核糖、四種堿基和四種脫氧核糖核苷酸，分別構(gòu)建脫氧核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸鏈、DNA分子的平面結(jié)構(gòu)和DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這個(gè)探究活動(dòng)讓學(xué)生意識(shí)到科學(xué)家能做到的事情，在自己掌握了相關(guān)信息后也可以做到，并且對(duì)科學(xué)家的探究過程有了系統(tǒng)性的把握。

建模型探究活動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于：學(xué)生首先要充實(shí)自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，占有與活動(dòng)任務(wù)有關(guān)的空間概念等，從而指導(dǎo)自己的實(shí)踐。在活動(dòng)過程中，學(xué)生認(rèn)同科學(xué)的發(fā)展是在曲折中前進(jìn)的，科學(xué)發(fā)現(xiàn)需要鍥而不舍和互助合作的科學(xué)精神，從而實(shí)現(xiàn)情感態(tài)度價(jià)值觀教育，養(yǎng)成縝密的邏輯思維和較強(qiáng)的動(dòng)手能力，提高對(duì)生命科學(xué)的興趣。

展示模型活動(dòng)，培養(yǎng)理性思維素養(yǎng)

進(jìn)入DNA結(jié)構(gòu)模型展示活動(dòng)環(huán)節(jié)，各小組將搭建好的DNA的平面結(jié)構(gòu)在課堂上展示，分享活動(dòng)感想，增強(qiáng)合作意識(shí)。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察自己或小組搭建的DNA平面結(jié)構(gòu)模型，并提出活動(dòng)問題：請(qǐng)注意，自己與組員或小組與小組間所構(gòu)建模型的相同之處與不同之處？觀察思考DNA中的兩條鏈?zhǔn)侨绾闻鋵?duì)在一起的？對(duì)于DNA的兩條鏈來說，相對(duì)應(yīng)的堿基是否是想當(dāng)然的相同或者是毫無規(guī)律又或者遵循著某種規(guī)律？如果沒有DNA衍射照片及數(shù)據(jù)，克里克或沃森能取得成功嗎？學(xué)生可以以小組為單位進(jìn)行討論交流。

學(xué)生通過研究模型來認(rèn)識(shí)模型的各種本質(zhì)特征及其必然聯(lián)系，繼而建立生物概念，得出生物規(guī)律，促使學(xué)生在探究中思考，在實(shí)踐中總結(jié)?；顒?dòng)還可以讓學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的關(guān)系，明白假如沒有X射線拍照技術(shù)，就不會(huì)有DNA衍射照片及數(shù)據(jù)，繼而就不會(huì)真正發(fā)現(xiàn)DNA的分子結(jié)構(gòu)。

趣味活動(dòng)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)歸納概括能力

在DNA的模型建構(gòu)和展示之后，教師設(shè)計(jì)一個(gè)趣味活動(dòng)：請(qǐng)8個(gè)學(xué)生進(jìn)行角色扮演，分別代表一種脫氧核糖核苷酸，模擬構(gòu)建DNA分子的雙鏈，直觀感受構(gòu)成DNA的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械年P(guān)系。接著，教師追問：現(xiàn)在，請(qǐng)你們?cè)僬J(rèn)真觀察自己構(gòu)建的模型是不是符合實(shí)際情況？應(yīng)如何改變？在DNA分子中，外側(cè)由什么連接而成，內(nèi)側(cè)是什么？構(gòu)成DNA核苷酸鏈有幾條？這些鏈走向上有什么特點(diǎn)？鏈與鏈之間的堿基連接有什么規(guī)律？通過趣味活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生能逐漸概括、總結(jié)出DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)語言描述生命現(xiàn)象，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

拓展活動(dòng)設(shè)計(jì)，提升社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)

在課的結(jié)尾，教師設(shè)計(jì)了拓展活動(dòng)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)的概念圖或思維導(dǎo)圖，并請(qǐng)學(xué)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(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋的過程被科學(xué)界傳為佳話，你從中得到什么啟示？請(qǐng)同學(xué)們展開想象力，思考你們希望DNA的研究與應(yīng)用能再給人類帶來什么樣的好處？最后，教師告訴學(xué)生：DNA結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著分子生物學(xué)的開端，從此人類開始進(jìn)入了設(shè)計(jì)生命改造生命的階段。目前來講，DNA的研究與應(yīng)用還在繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)中，如基因工程、蛋白質(zhì)工程等。生命科學(xué)就是這樣的生生不息，而生命科學(xué)的發(fā)展一定是在其發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，也需要眾多學(xué)科的新的理論、新的方法來支持。

自主構(gòu)建概念圖或思維導(dǎo)圖，有助于學(xué)生理清課堂思路，讓學(xué)生明白：依靠科學(xué)家創(chuàng)造性的勞動(dòng)才能夠有今天這樣的生命科學(xué)成就，激勵(lì)對(duì)生命科學(xué)感興趣的學(xué)生能夠投身到對(duì)生命科學(xué)的研究中去，為我們?nèi)祟愖约阂约捌渌镏\求福利。

教學(xué)反思

課堂教學(xué)的首要任務(wù)是培養(yǎng)和提高學(xué)生必備的能力和可持續(xù)發(fā)展的生物學(xué)科素養(yǎng)，教學(xué)的關(guān)注點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)向，即從關(guān)注知識(shí)點(diǎn)的落實(shí)轉(zhuǎn)向到素養(yǎng)的形成，從關(guān)注“教什么”轉(zhuǎn)向到關(guān)注學(xué)生學(xué)會(huì)什么。以任務(wù)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)活動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，精心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)可以凸顯學(xué)習(xí)者的主體地位，可以促進(jìn)個(gè)體與群體的融合。以學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)為主的課堂教學(xué)，主要任務(wù)應(yīng)是讓學(xué)習(xí)者在參與課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)活動(dòng)中掌握核心知識(shí)與形成關(guān)鍵能力，獲取直接與間接經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)自身素養(yǎng)的發(fā)展。