基于概念模型構(gòu)建的支架式教學(xué)研究
——以“核酸是遺傳信息的攜帶者”一課為例

廣西南寧市第三中學(xué)（530021）顏婷婷

概念模型是指一種為了達(dá)到某一應(yīng)用目的而用語(yǔ)言文字、符號(hào)、圖形等簡(jiǎn)化、概括某種信息表述的模型，具有可視、形象、直觀等特點(diǎn)。

支架式教學(xué)是指為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供適當(dāng)?shù)木€索或提示（支架），讓學(xué)生通過(guò)這些支架一步一步地攀升，逐漸發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，掌握所學(xué)知識(shí)的一種教學(xué)法。它以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為理論基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)者為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)。

概念模型與支架式教學(xué)的結(jié)合有利于學(xué)生構(gòu)建生物學(xué)知識(shí)體系。在進(jìn)行教學(xué)之前，教師要了解學(xué)生的前概念（學(xué)習(xí)前對(duì)某一事物的觀點(diǎn)、認(rèn)知和想法），并且根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，明確教學(xué)中需要傳授哪些大概念與重要概念，如何通過(guò)一系列支架，即問(wèn)題設(shè)計(jì)以及學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生越過(guò)最近發(fā)展區(qū)，構(gòu)建更高層次的知識(shí)體系。

要想開(kāi)展基于概念模型構(gòu)建的支架式教學(xué)，教師應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）問(wèn)題設(shè)計(jì)要貼合概念本身含義，由淺入深、由現(xiàn)象至本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升；（2）問(wèn)題設(shè)計(jì)要具有探究性，能調(diào)動(dòng)學(xué)生思維，提升課堂活躍度；（3）問(wèn)題設(shè)計(jì)要注重聯(lián)系生活實(shí)際，引入特定真實(shí)情景供學(xué)生分析，提升學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力；（4）學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)要注重合作學(xué)習(xí)，能引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)同伴互助提高學(xué)習(xí)效率。

本文基于大概念教學(xué)的理論研究和最近發(fā)展區(qū)的核心理念，以“核酸是遺傳信息的攜帶者”一課為例，重點(diǎn)闡述如何基于概念模型的構(gòu)建，組織和實(shí)施支架式教學(xué)。

一、學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了組成細(xì)胞的元素和化合物（如糖類(lèi)和蛋白質(zhì)等），對(duì)“生物大分子是由許多基本組成單位連接而成的”有了初步的認(rèn)識(shí)，但由于核苷酸的種類(lèi)多樣，且自身的化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備不足，他們很容易產(chǎn)生知識(shí)上的混亂，故教師在引導(dǎo)時(shí)應(yīng)告知學(xué)生不要糾結(jié)于化學(xué)基團(tuán)的書(shū)寫(xiě)，而要以化學(xué)基團(tuán)為單位，構(gòu)建核酸結(jié)構(gòu)的模式圖。

二、教學(xué)目標(biāo)

生命觀念：總結(jié)細(xì)胞的物質(zhì)組成，了解各物質(zhì)在細(xì)胞生命活動(dòng)中所起的作用；通過(guò)學(xué)習(xí)核酸的結(jié)構(gòu)與功能、生物大分子以碳鏈為骨架等，認(rèn)識(shí)到“結(jié)構(gòu)決定功能”的生物學(xué)原理，從而形成結(jié)構(gòu)與功能觀。

科學(xué)思維：在前概念的基礎(chǔ)上，采用概括、推理和建模的方法自主構(gòu)建概念模型，概括核酸的結(jié)構(gòu)與功能這一重點(diǎn)內(nèi)容；通過(guò)評(píng)價(jià)概念模型，培養(yǎng)批判性思維。

科學(xué)探究：在科學(xué)探究和解決問(wèn)題的過(guò)程中，通過(guò)與他人合作交流，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)探究精神。

社會(huì)責(zé)任：通過(guò)學(xué)習(xí)“每個(gè)生命的特征體現(xiàn)都是其核酸攜帶相應(yīng)遺傳信息的結(jié)果”，認(rèn)識(shí)到每個(gè)生命都是獨(dú)一無(wú)二的，從而培養(yǎng)尊重生命、保護(hù)生命以及愛(ài)惜生命的社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)重難點(diǎn)與破解方法

重點(diǎn)：核酸的種類(lèi)與結(jié)構(gòu)組成。教師引導(dǎo)學(xué)生聚焦本節(jié)課的關(guān)鍵詞（如核酸、核苷酸、五碳糖、磷酸、堿基等），并提出層級(jí)遞進(jìn)的支架式問(wèn)題，讓學(xué)生思考解決并構(gòu)建相應(yīng)的概念圖。

難點(diǎn)：概念圖的構(gòu)建。教師首先根據(jù)教材內(nèi)容給出部分完整的概念圖，讓學(xué)生了解概念圖的基本形式；然后給出留白的概念圖，讓學(xué)生嘗試完善概念圖；最后給出關(guān)鍵詞，鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)建概念圖。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）利用熱點(diǎn)情境導(dǎo)入

教師展示核酸檢測(cè)場(chǎng)景圖與核酸檢測(cè)報(bào)告（圖略），并創(chuàng)設(shè)情境：“當(dāng)前，我國(guó)疫情防控形勢(shì)依然嚴(yán)峻，核酸檢測(cè)是疫情防控的重要手段，也是抗擊疫情中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過(guò)大規(guī)模的核酸篩查，可精準(zhǔn)定位感染人群?，F(xiàn)在我國(guó)通過(guò)混檢等核酸檢測(cè)技術(shù)，大大降低了檢測(cè)成本?！?/p>

提出問(wèn)題：（1）病毒主要由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成，為什么要檢測(cè)病毒的核酸？（2）核酸檢測(cè)為什么能準(zhǔn)確識(shí)別患者感染的是新冠病毒，甚至還能識(shí)別其感染的是哪種毒株？（3）新冠病毒的核酸是哪種類(lèi)型？為什么其容易發(fā)生變異？

說(shuō)明：以新冠病毒的事實(shí)情境導(dǎo)入課堂，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到核酸的普遍存在及獨(dú)特性，并且知道身邊的生活現(xiàn)象能用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)來(lái)解釋?zhuān)岣邔W(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）借助概念模型，搭建教學(xué)支架

教師在了解學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上，先搭建第一個(gè)知識(shí)層級(jí)“核酸是一種普遍存在于生物體內(nèi)、具有獨(dú)特性的生物大分子”；接著展示資料，從中引出實(shí)驗(yàn)研究，證明生物體內(nèi)的核酸包括脫氧核糖核酸和核糖核酸；然后通過(guò)圖片展示核酸是由核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈，搭建第二個(gè)知識(shí)層級(jí)“生物體內(nèi)的核酸有DNA 和RNA，其基本單位是核苷酸”；最后在學(xué)生了解DNA和RNA的基本組成單位及其結(jié)構(gòu)后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生了解DNA 和RNA中核苷酸排列的多樣性，搭建第三個(gè)知識(shí)層級(jí)“核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)，在生物體的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的生物合成中具有極其重要的作用”。具體過(guò)程如下：

1.核酸的種類(lèi)及其分布

教師展示資料：（1）1868 年，瑞士科學(xué)家米歇爾（F.Miescher）從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出一種含磷量很高的酸性物質(zhì)，這就是核酸，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，核酸有兩種類(lèi)型：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）；（2）通過(guò)甲基綠和吡羅紅染色可觀察DNA 和RNA 在細(xì)胞中的分布，甲基綠把DNA染成綠色，把RNA 染成紅色；（3）觀察甲基綠和吡羅紅染色后的圖片，推測(cè)DNA 和RNA 在細(xì)胞中的分布；（4）1951 年，科學(xué)家千葉（Chiba Y.）發(fā)現(xiàn)葉綠體某些部位能通過(guò)甲基綠染成綠色，后來(lái)，人們又發(fā)現(xiàn)甲基綠也可以將線粒體中的某些物質(zhì)染成綠色，這說(shuō)明了什么？結(jié)合以上學(xué)習(xí)支架，學(xué)生進(jìn)行思考探究，并在教師的幫助下構(gòu)建出“核酸的種類(lèi)及其分布”概念圖（如圖1）。

圖1 “核酸的種類(lèi)及其分布”概念圖

2.核酸的結(jié)構(gòu)

教師首先提出問(wèn)題：核酸是一種生物大分子，它的基本單位是什么？它們是如何連接構(gòu)成核酸的？然后引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本文字，提取關(guān)鍵信息，完成概念圖（如圖2）的填充。這個(gè)過(guò)程把構(gòu)建概念圖的主導(dǎo)權(quán)交給了學(xué)生。此概念圖可視為通往第二個(gè)知識(shí)層級(jí)的支架。在構(gòu)建概念圖的過(guò)程中，學(xué)生不僅培養(yǎng)了精細(xì)閱讀的能力，還培養(yǎng)了歸納、比較等科學(xué)思維能力。

圖2 核酸的結(jié)構(gòu)概念圖

學(xué)生自主構(gòu)建有關(guān)核酸的知識(shí)體系：核苷酸包括脫氧核苷酸和核糖核苷酸；脫氧核苷酸連接組成兩條脫氧核苷酸鏈，進(jìn)而構(gòu)成DNA；核糖核苷酸連接組成一條核糖核苷酸鏈，進(jìn)而構(gòu)成RNA。

接著，教師結(jié)合教材圖片，利用圖3 讓學(xué)生進(jìn)行識(shí)圖辨析。

圖3 核糖核苷酸和脫氧核苷酸

學(xué)生通過(guò)討論對(duì)比得出：（1）每分子核苷酸由一分子含氮堿基、一分子五碳糖和一分子磷酸組成；（2）脫氧核苷酸中的五碳糖為脫氧核糖，核糖核苷酸中的五碳糖為核糖；（3）堿基的種類(lèi)總共有5種，核糖核苷酸中的堿基為A、G、C、U，脫氧核苷酸中的堿基為A、G、C、T。

然后，教師將復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)化為核苷酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（如圖4），并鼓勵(lì)學(xué)生將之前討論得出的結(jié)果填寫(xiě)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中，從而得到概念模型（如圖5）。

圖4 核糖核苷酸和脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 核糖核苷酸和脫氧核苷酸相關(guān)概念模型

最后，結(jié)合以上概念模型，教師針對(duì)教材中的圖片（如圖6）提出問(wèn)題：核苷酸之間是如何連接在一起的？通過(guò)形成磷酸二酯鍵（如圖7），讓學(xué)生明白：核苷酸分子可以經(jīng)過(guò)脫水，形成分子質(zhì)量非常大的結(jié)構(gòu)，由此將核苷酸與生物大分子聯(lián)系起來(lái)。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)問(wèn)題討論與概念模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)知識(shí)層級(jí)2的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

圖6 核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈

圖7 核苷酸之間通過(guò)磷酸二酯鍵連接

3.核酸是細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的物質(zhì)

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師給學(xué)生分發(fā)若干圓形、五角形與長(zhǎng)方形的卡片，讓學(xué)生小組合作構(gòu)建由四個(gè)核苷酸連接的DNA 和RNA 核苷酸鏈模型，并用筆在不同的卡片上寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的基團(tuán)名稱(chēng)。教師巡視指導(dǎo)，關(guān)注學(xué)生所構(gòu)建的模型中的DNA 和RNA 對(duì)應(yīng)的核苷酸是否準(zhǔn)確，相應(yīng)的堿基與五碳糖書(shū)寫(xiě)以及核苷酸之間連接的位置是否正確等。

在學(xué)生完成相應(yīng)的活動(dòng)后，教師利用多媒體課件展示不同小組的模型構(gòu)建結(jié)果，再讓學(xué)生之間相互點(diǎn)評(píng)、糾錯(cuò)。教師進(jìn)行總結(jié)：大家組裝出的雖然都是鏈狀結(jié)構(gòu)，但并不是一模一樣的核苷酸鏈，原因是選用的核苷酸種類(lèi)不同，排列的順序也不相同。由此可知，生物體內(nèi)的脫氧核苷酸（核糖核苷酸）雖然只有4 種，但是如果數(shù)量不限，在連接成長(zhǎng)鏈時(shí)，排列順序便極其多樣，脫氧核苷酸的排列順序儲(chǔ)存著生物的遺傳信息。核酸在生物體的遺傳、變異和蛋白質(zhì)的生物合成中具有極其重要的作用。

聯(lián)系導(dǎo)入問(wèn)題1：病毒主要由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成，為什么要檢測(cè)病毒的核酸？

核酸是攜帶遺傳信息的物質(zhì)，核酸與遺傳、變異及控制蛋白質(zhì)的生物合成息息相關(guān)，可決定生物體的性狀。

聯(lián)系導(dǎo)入問(wèn)題2：核酸檢測(cè)為什么能準(zhǔn)確識(shí)別患者感染的是新冠病毒，甚至還能識(shí)別其感染的是哪種毒株？

不同生物的核酸攜帶著不同的遺傳信息，核酸決定了生物的性狀和生理功能，因此核酸具有獨(dú)特性，檢測(cè)核酸可鑒定其是否是新冠病毒的核酸。

聯(lián)系導(dǎo)入問(wèn)題3：新冠病毒的核酸是哪種類(lèi)型？為什么其容易發(fā)生變異？

新冠病毒的核酸是DNA。新冠病毒的遺傳信息儲(chǔ)存在RNA中，RNA 的結(jié)構(gòu)只有一條單鏈，更容易受到環(huán)境的影響而發(fā)生變異。

這樣以概念模型以及問(wèn)題設(shè)計(jì)作為支架，逐步搭建通往第三個(gè)知識(shí)層級(jí)的階梯，可使教學(xué)有條不紊地進(jìn)行。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課基于大概念和重要概念搭建了知識(shí)層級(jí)支架，并通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生精細(xì)閱讀、相互討論以及構(gòu)建概念模型實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)和能力的躍遷。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生合作學(xué)習(xí)、自主知識(shí)建構(gòu)，教師及時(shí)反饋、高效評(píng)價(jià)，并且注重學(xué)生之間的相互評(píng)價(jià)。這體現(xiàn)了學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的教學(xué)理念。