基于課程思政理念的“DNA的結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)

姜 濤 熊洪林 陳 嶙

(黔南民族師范學(xué)院生物科學(xué)與農(nóng)學(xué)院,貴州 都勻 558000)

“DNA的結(jié)構(gòu)”是人教版高中生物學(xué)教材必修2中第3章第2節(jié)的內(nèi)容.在本節(jié)內(nèi)容之前學(xué)生已經(jīng)掌握了基因與染色體的關(guān)系、DNA是主要的遺傳物質(zhì)等知識,這些知識為本節(jié)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).牢固掌握本節(jié)的知識對于學(xué)生后面學(xué)習(xí)“DNA的復(fù)制”“基因的表達(dá)”“基因突變”等知識至關(guān)重要.本節(jié)內(nèi)容蘊(yùn)含了許多思政元素,在教學(xué)過程中教師不僅要傳授學(xué)生知識,還應(yīng)該深入挖掘本節(jié)隱含的思政元素,把教書與育人結(jié)合起來,將立德樹人落到實(shí)處.

1 教學(xué)目標(biāo)

(1)說出四種脫氧核苷酸構(gòu)成DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的方式;闡述 DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);闡明堿基互補(bǔ)配對的原則及意義[1].

(2)觀察DNA 分子的直觀結(jié)構(gòu)模型,培養(yǎng)觀察和分析判斷能力;嘗試制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,培養(yǎng)動手能力,初步知曉科學(xué)探究的基本方法.

(3)認(rèn)同合作及鍥而不舍的精神在科學(xué)研究中的重要性;學(xué)習(xí)“DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”建構(gòu)的科學(xué)史及體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)的科學(xué)研究方法.

2 思政元素挖掘

2.1 合作意識與科學(xué)精神

經(jīng)過多個科學(xué)家的不懈努力,建構(gòu)出了DNA分子的結(jié)構(gòu)模型,由此可與科學(xué)史聯(lián)系起來.科學(xué)家根據(jù)已有知識、經(jīng)驗(yàn)的啟示或預(yù)見,不斷探索未知,為了更有效地完成任務(wù),科學(xué)家們還會相互協(xié)作和支持,由此可與合作意識和科學(xué)精神聯(lián)系起來.

2.2 馬克思主義哲學(xué)思想

DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)過程不是一蹴而就的,而是通過許多科學(xué)家的努力與合作不斷完善而形成的,說明科學(xué)是不斷發(fā)展的.由此可與馬克思主義哲學(xué)的辯證法聯(lián)系起來,即事物是發(fā)展變化的,要經(jīng)歷量變到質(zhì)變的過程.

2.3 道德意識和法規(guī)思想

DNA的兩條脫氧核苷酸鏈上的堿基是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則配對的,堿基互補(bǔ)配對就是DNA分子的構(gòu)成規(guī)則,沒有這個規(guī)則,DNA分子就無從談起.人類社會的構(gòu)成就是在一定的意識形態(tài)、道德規(guī)范和一系列法律法規(guī)下組成的,社會成員必須遵守這些道德規(guī)范和法律法規(guī),人類社會才能正常運(yùn)轉(zhuǎn).

3 教學(xué)過程

3.1 復(fù)習(xí)舊知,問題導(dǎo)入

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶:DNA是主要的遺傳物質(zhì).提出疑問:既然DNA是主要的遺傳物質(zhì),那么它是如何存儲遺傳信息的呢?生物體內(nèi)的DNA分子是千篇一律,還是千變?nèi)f化的呢?為什么通過鑒定DNA可以判斷親屬關(guān)系?為什么通過DNA鑒定可以定位犯罪嫌疑人?

設(shè)計(jì)意圖:由這一連串的問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望.要回答這些問題就要先弄清楚DNA的結(jié)構(gòu),由此引入課題“DNA分子的結(jié)構(gòu)”.

3.2 引入科學(xué)史教學(xué),提升學(xué)生合作意識及科學(xué)精神

教師首先播放介紹威爾金斯與富蘭克林合作研究DNA分子結(jié)構(gòu)的視頻,之后根據(jù)視頻材料提問:1951年的時候人們對DNA結(jié)構(gòu)的認(rèn)識是什么?預(yù)設(shè)學(xué)生回答:DNA分子是一種長鏈且以四種脫氧核苷酸為單位,這四種脫氧核苷酸分別含有A、G、T、C四種堿基.教師繼續(xù)提問:脫氧核苷酸的基本化學(xué)成分是什么?它的組成又是怎樣的?預(yù)設(shè)學(xué)生回答:脫氧核苷酸的基本化學(xué)成分是C、H、O、N、P;脫氧核苷酸由磷酸、脫氧核糖、含氮堿基組成;含氮堿基有四種,分別是A、T、C、G.

教師接著和學(xué)生探討沃森和克里克著手建構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的可能性.教師提示:就在沃森和克里克建構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵時候,富蘭克林的一張DNA的清晰X光衍射圖,成為了DNA結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)的關(guān)鍵證據(jù).然后視頻播放沃森和克里克得到了富蘭克林提供的關(guān)鍵證據(jù)后,他們嘗試了多種不同類型的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型,但這些模型都被否定了.視頻播放完后,教師又和學(xué)生探討如何安排堿基位置以及確定兩條鏈位置關(guān)系的難題.

最后引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀課文,了解科學(xué)家構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的故事.教師提醒學(xué)生:經(jīng)過多個科學(xué)家堅(jiān)持不懈的努力,最終建構(gòu)出了DNA分子結(jié)構(gòu)模型.科學(xué)家們根據(jù)已有的知識、經(jīng)驗(yàn)的啟示或預(yù)見,不斷探索未知;為了更有效地完成任務(wù),科學(xué)家們還會相互協(xié)作和支持.我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家契而不舍、合作共贏的精神.從DNA分子的結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)過程中,我們也可感受到科學(xué)過程就是一個不斷接受批評、指正并不斷發(fā)展的過程.

設(shè)計(jì)意圖:引入科學(xué)史教學(xué),通過教師提示,引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)科學(xué)家的世界,像科學(xué)家那樣去探討未知問題,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.通過視頻展示和閱讀教材,讓學(xué)生真實(shí)感受科學(xué)家的合作意識和科學(xué)精神,進(jìn)而領(lǐng)會合作意識和科學(xué)精神的重要性,并在今后的學(xué)習(xí)和生活中踐行合作意識和科學(xué)精神.同時啟發(fā)學(xué)生領(lǐng)會馬克思主義辯證法思想,從青年時期起自覺接受馬克思主義哲學(xué)思想的指導(dǎo).

3.3 小組建構(gòu)模型,學(xué)生體驗(yàn)合作精神和培養(yǎng)規(guī)則意識

3.3.1脫氧核苷酸分子模型的建構(gòu)

教師組織學(xué)生利用課前準(zhǔn)備的不同顏色和形狀的紙片、雙面膠材料,組裝DNA分子的組成單位—脫氧核苷酸模型并展示[2].每人組裝兩個,教師來回查看學(xué)生的展示.學(xué)生建構(gòu)完成后,教師用PPT展示脫氧核苷酸的組成模式圖并耐心講解.教師組織學(xué)生每四人為一組,將自己所組合的脫氧核苷酸連接成長鏈,教師點(diǎn)評和強(qiáng)調(diào):磷酸和脫氧核糖交替連接形成了長鏈,這樣的長鏈叫作脫氧核苷酸單鏈.

設(shè)計(jì)意圖:使學(xué)生進(jìn)一步理解和鞏固四種脫氧核苷酸的的組成和結(jié)構(gòu)、脫氧核苷酸之間的連接方式,為下一步學(xué)習(xí)DAN分子的結(jié)構(gòu)和模型建構(gòu)提供扎實(shí)基礎(chǔ);同時,增強(qiáng)學(xué)生之間合作和探討.

3.3.2探究堿基配對原則

PPT顯示資料,1952年沃森和克里克從查戈夫那里得到了一個重要的啟示:A與T、G與C的數(shù)量分別相等.教師先不講這個啟示的意義,而是要求學(xué)生根據(jù)資料進(jìn)行探究:堿基間應(yīng)該如何進(jìn)行配對?

預(yù)設(shè)學(xué)生探究結(jié)果:A和T、G和C分別相等的數(shù)量關(guān)系,說明A和T、G和C之間分別有著某種配對關(guān)系,A與T配對,G與C配對.教師補(bǔ)充:堿基間的配對方的確如同學(xué)們的探究結(jié)果,科學(xué)家通過研究后發(fā)現(xiàn)堿基是以氫鍵連接的,其中A與T是通過兩個氫鍵連接,G與C是通過三個氫鍵連接,這種堿基間的對應(yīng)關(guān)系被稱為堿基互補(bǔ)配對原則.氫鍵的連接維持了DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,使得遺傳信息能夠穩(wěn)定地從親代遺傳給子代.

設(shè)計(jì)意圖:學(xué)生通過探究堿基的互補(bǔ)配對原則,能夠深刻理解DNA分子兩條鏈之間的聯(lián)系紐帶,更容易建構(gòu)DNA分子的結(jié)構(gòu)模型.

3.3.3DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)

教師提出問題,引導(dǎo)學(xué)生帶著問題觀看介紹沃森和克里克建構(gòu)模型過程的視頻并思考:①堿基應(yīng)該排列在雙鏈的外側(cè)還是內(nèi)側(cè)?②兩條鏈的方向關(guān)系是怎樣的?③DNA單鏈結(jié)構(gòu)無法穩(wěn)定存在,那么DNA分子要怎樣才能穩(wěn)定存在呢?

教師讓學(xué)生用前面制作的單鏈以原小組為單位嘗試建構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),教師來回查看學(xué)生的合作建構(gòu)情況,可能會發(fā)現(xiàn)一些小組還是會以相同的堿基進(jìn)行配對.教師根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題給出指導(dǎo)意見:要求學(xué)生一定要遵循堿基互補(bǔ)配對的原則來建構(gòu)模型,原來制作的單鏈有可能拆卸和重新連接,進(jìn)一步建議只拆卸和重新連接其中的一條單鏈,為后面學(xué)習(xí)“DNA分子的復(fù)制”埋下伏筆.

教師出示DNA雙螺旋立體結(jié)構(gòu)模型,組織學(xué)生觀察模型[3],回答如下問題:①DNA由幾條鏈組成?它的立體結(jié)構(gòu)是怎樣的?②兩條脫氧核苷酸鏈的方向關(guān)系是什么?③哪些物質(zhì)組成了DNA的基本骨架?它們位于DNA分子的什么部位?④堿基對之間怎樣進(jìn)行配對?它們又位于DNA分子的什么部位?⑤堿基對之間是通過什么進(jìn)行連接的?

預(yù)設(shè)學(xué)生回答:①兩條脫氧核苷酸單鏈組成了DNA分子,這兩條單鏈反向平行盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu);②兩條脫氧核苷酸鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?③基本骨架由磷酸和脫氧核糖交替連接而成,它們位于DNA分子的外側(cè);④堿基間按互補(bǔ)配對原則進(jìn)行配對,位于DNA分子的內(nèi)側(cè);⑤堿基對之間是通過氫鍵連接的.

設(shè)計(jì)意圖:通過視頻、問題幫助學(xué)生建構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)模型并深入理解DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),還可以培養(yǎng)學(xué)生的合作精神;學(xué)生將自己建構(gòu)的模型與教具模型進(jìn)行對比,可以進(jìn)一步加深對DAN結(jié)構(gòu)的認(rèn)知和記憶.探究堿基互補(bǔ)配對原則及其在建構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)模型中的作用,能夠讓學(xué)生真正理解DNA分子結(jié)構(gòu)的核心要素;同時聯(lián)系人類社會的規(guī)則意識,教育學(xué)生遵紀(jì)守法,為社會培養(yǎng)遵守道德規(guī)范和法律法規(guī)思想的合格公民.

3.4 引導(dǎo)學(xué)生歸納DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn),突出重點(diǎn)

DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn).在前述教學(xué)環(huán)節(jié)完成后,教師引導(dǎo)學(xué)生歸納DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以有效突破教學(xué)重點(diǎn).

3.5 鞏固提升

出示課后習(xí)題,學(xué)生自主做題,提高運(yùn)用所學(xué)解決問題的能力,且可進(jìn)行查缺補(bǔ)漏,檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識的程度.教師引導(dǎo)學(xué)生解決難題,鞏固所學(xué)知識.