高中生物學(xué)“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的教學(xué)設(shè)計(jì)

周穎

摘 要：以STEAM教育理念為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的探究實(shí)踐，讓學(xué)生合作探究實(shí)踐，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，注重生物學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。生物與其他學(xué)科的知識(shí)交叉融合，指導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)和建模學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)藝術(shù)。

關(guān)鍵詞：STEAM;探究實(shí)踐;DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

STEAM教育理念是由美國(guó)提出的，即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）和藝術(shù)（Arts），這五個(gè)學(xué)科交叉補(bǔ)充既能培養(yǎng)學(xué)生各方面的知識(shí)技能，又能發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，尤其在生物學(xué)教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)參與動(dòng)腦動(dòng)手活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)生。

一、教材分析

“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”是新教材必修2第三章第二節(jié)的探究實(shí)踐，本節(jié)內(nèi)容中沃森和克里克制作的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型就是物理模型，形象反映出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征。上節(jié)課體驗(yàn)了沃森和克里克構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程，下節(jié)課將學(xué)習(xí)DNA分子的復(fù)制。因此，本節(jié)課具有承前啟后的作用。

二、學(xué)情分析

DNA分子是立體結(jié)構(gòu)，學(xué)生理論上學(xué)習(xí)了DNA雙螺旋，但對(duì)于其結(jié)構(gòu)還缺乏空間認(rèn)識(shí)，所以讓學(xué)生小組合作選取構(gòu)建模型所需材料設(shè)計(jì)模型圖并親自操作，既能鞏固學(xué)生對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的掌握，也能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

三、教學(xué)目標(biāo)

基于新課標(biāo)生物學(xué)科核心素養(yǎng)和遺傳與進(jìn)化模塊中的內(nèi)容要求確定教學(xué)目標(biāo)如下：1.通過(guò)復(fù)習(xí)回憶DNA結(jié)構(gòu)的建立，描述DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（生命觀念）;2.通過(guò)舉例展示DNA結(jié)構(gòu)模型并提供材料，小組合作選出所需材料（科學(xué)思維）;3.根據(jù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，小組合作繪制DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型圖，列出DNA結(jié)構(gòu)的形狀及空間和數(shù)量上的比例關(guān)系，注重知識(shí)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性（科學(xué)思維）;4.參照DNA結(jié)構(gòu)圖，教師指導(dǎo)下小組合作構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，注意準(zhǔn)確性和藝術(shù)性（科學(xué)探究）;

四、教學(xué)重難點(diǎn)：

重點(diǎn)：說(shuō)出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特征，繪制結(jié)構(gòu)模型圖;

難點(diǎn)：小組合作選擇合適的建模材料及構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)圖;

五、準(zhǔn)備工作

1.準(zhǔn)備材料：足夠數(shù)量的乒乓球、硬紙板、泡沫塑料、訂書釘、橡皮泥、牙簽、鐵絲、美工刀等;2.分組：教師將全班同學(xué)48人平均分成8組，每組6人，并選出一名組長(zhǎng)，組長(zhǎng)和各成員之間分工明確;

六、教學(xué)過(guò)程：

1. 回憶舊知，導(dǎo)入新課

教師指引學(xué)生回顧沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的歷程，引出本節(jié)課“制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”，教師展示DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，請(qǐng)學(xué)生觀察回憶并回答以下問(wèn)題：（1）DNA分子由什么組成？是如何排列的？（2）遵循了什么原則？（3）DNA分子由幾條鏈構(gòu)成？是如何排列的？

設(shè)計(jì)意圖：回憶DNA分子雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為本節(jié)課的自主動(dòng)手建構(gòu)DNA模型奠定扎實(shí)理論知識(shí)基礎(chǔ)，體現(xiàn)生物學(xué)教學(xué)的科學(xué)性

2. 講授新課，明確DNA結(jié)構(gòu)模型形狀、特點(diǎn)及比例

2.1 多媒體展示規(guī)則的DNA雙螺旋圖片和資料，學(xué)生仔細(xì)觀察閱讀

2.2教師出示以前的學(xué)生制作的簡(jiǎn)易DNA雙螺旋，并提出問(wèn)題：（1）該模型使用了那些材料？每種材料分別代表什么物質(zhì)？（2）該模型是否符合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征，是否科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和美觀？（3）如果是你來(lái)建構(gòu)DNA模型，你會(huì)選用何種材料？如何設(shè)計(jì)制作？

設(shè)計(jì)意圖：從科學(xué)（Science）和數(shù)學(xué)（Mathematics）角度加深學(xué)生對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，并提醒學(xué)生在繪制DNA模型圖和制作模型時(shí)注意各部分結(jié)構(gòu)的形狀、以及在數(shù)量和空間上的比例的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，并在此滲透STEAM教育理念

3. 學(xué)生活動(dòng)，探究實(shí)踐

3.1學(xué)生以小組為單位展開(kāi)討論，在教師提前準(zhǔn)備的多種建模材料中選擇本小組所需材料（用乒乓球或橡皮泥代表磷酸，泡沫塑料替代脫氧核糖，硬紙板代表堿基，牙簽、訂書釘?shù)却須滏I或磷酸二酯鍵等）

3.2小組成員探討建模材料和DNA結(jié)構(gòu)比例特點(diǎn)等，設(shè)計(jì)并繪制DNA結(jié)構(gòu)模型圖（A和T由兩個(gè)氫鍵連接，G和C由三個(gè)氫鍵連接，制作DNA模型的螺旋直徑和螺距比為1：1.7，雙螺旋一周為10個(gè)堿基對(duì)）

3.3小組成員合作，利用材料和模型圖共同構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型，盡量體現(xiàn)模型的科學(xué)性、技術(shù)性和美觀性

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)STEAM教育理念讓學(xué)生感受生物學(xué)與數(shù)學(xué)、科學(xué)和藝術(shù)的交叉融合，小組合作自己動(dòng)手加深對(duì)DNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，遵循DNA結(jié)構(gòu)比例展現(xiàn)DNA的藝術(shù)之美

4. 展示成果，交流討論

各小組代表展示制作的DNA模型，介紹所用材料、是否符合DNA結(jié)構(gòu)比例、產(chǎn)生的新想法以及遇到的問(wèn)題，學(xué)生對(duì)此提出問(wèn)題和建議，師生共同學(xué)習(xí)解決

設(shè)計(jì)意圖：師生共同探討分享不同的想法和思路，提高學(xué)生的語(yǔ)言藝術(shù)和合作學(xué)習(xí)能力

5. 教師總結(jié)，布置作業(yè)

通過(guò)本節(jié)課的探究，學(xué)生對(duì)于DNA的結(jié)構(gòu)有了更深入和準(zhǔn)確的了解，發(fā)展了科學(xué)探究能力，將STEAM教育理念傳遞給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)地探索生物學(xué)知識(shí)，并注重跨學(xué)科之間的聯(lián)系。學(xué)生回去以后進(jìn)一步完善本小組的DNA模型，不斷延伸和擴(kuò)大本節(jié)課的學(xué)習(xí)效果。

七、教學(xué)反思

1.在學(xué)生制作模型過(guò)程中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析DNA是如何保證遺傳信息千變?nèi)f化的，又是如何維系穩(wěn)定性的，思考DNA可能的復(fù)制方式，為后面的學(xué)習(xí)做鋪墊;2.“建構(gòu)模型”是生物學(xué)學(xué)習(xí)中經(jīng)常用的方法，讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，提高科學(xué)思維和探究能力，同時(shí)深化學(xué)生的理論知識(shí);3.在以后的生物學(xué)教學(xué)中，加強(qiáng)生物與數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)等的聯(lián)系，建構(gòu)相關(guān)學(xué)科交叉滲透的知識(shí)體系;深入貫徹STEAM教育理念，不能完全照搬國(guó)外的教育方式，要結(jié)合國(guó)內(nèi)的教育摸索研究適合我們的STEAM教育方式。

參考文獻(xiàn)

[1]楊建霞，etal.以STEM理念建構(gòu)“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”[J].中學(xué)生物學(xué)，2018，34（11）：29-31.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.