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

姜濤 熊洪林 陳嶙

摘要：文章在課程思政的理念下，從教學(xué)構(gòu)思、教學(xué)設(shè)計等方面，對“DNA分子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)的思政元素進行深入挖掘.設(shè)計融入課程思政元素的教學(xué)活動，在教育教學(xué)過程中不僅能較好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“DNA分子的結(jié)構(gòu)”知識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和動手能力，而且能夠在課堂中潛移默化幫助學(xué)生領(lǐng)悟合作意識和科學(xué)精神、接受馬克思主義哲學(xué)思想指導(dǎo)、遵守社會規(guī)范等.

關(guān)鍵詞：思政元素；DNA分子的結(jié)構(gòu)；教學(xué)設(shè)計；高中生物

中圖分類號：G632文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2023）33-0133-03

“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)打下了堅實基礎(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”“基因突變”等知識至關(guān)重要.本節(jié)內(nèi)容蘊含了許多思政元素，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；闡明堿基互補配對的原則及意義[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?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)堿基互補配對原則配對的，堿基互補配對就是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)生真實感受科學(xué)家的合作意識和科學(xué)精神，進而領(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，教師點評和強調(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)計意圖：使學(xué)生進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)提供扎實基礎(chǔ)；同時，增強學(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)資料進行探究：堿基間應(yīng)該如何進行配對？

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)計意圖：學(xué)生通過探究堿基的互補配對原則，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.

3.3.3 DNA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)欠聪蚱叫械模虎刍竟羌苡闪姿岷兔撗鹾颂墙惶孢B接而成，它們位于DNA分子的外側(cè)；④堿基間按互補配對原則進行配對，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，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行對比，可以進一步加深對DAN結(jié)構(gòu)的認知和記憶.探究堿基互補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，突出重點

DNA分子的結(jié)構(gòu)特點是本節(jié)的教學(xué)重點.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，可以有效突破教學(xué)重點.

3.5 鞏固提升

出示課后習(xí)題，學(xué)生自主做題，提高運用所學(xué)解決問題的能力，且可進行查缺補漏，檢驗學(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.

參考文獻：

［1］?中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2020：5.

[2] 趙萍萍，劉恩山.新課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的高中生物學(xué)建模教學(xué)策略[J].生物學(xué)通報，2019，54（02）：10-14.

[3] 劉曉菊，李玉娜.基于“體驗式學(xué)習(xí)”的“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計[J].中學(xué)生物學(xué)，2018，34（7）：32-34.

［責(zé)任編輯：季春陽］