基于核心素养下的模型建构教学案例DNA分子的结构为例

1、基于生物核心素养的教学设计以DNA分子的结构为例核心素养的培养已成为新一轮课程改革的方向，而生物作为与生活息息相关的学科，是培养学生核心素养的良好载体。生物学科根据自己的学科特色，也提出了相应的生物核心素养，即：生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。可见，生物核心素养是核心素养的具体体现，重视生物核心素养的培养，是发展学生核心素养的重要途径。本文便是基于生物核心素养下的一篇教学设计。1教材的简要分析DNA分子的结构是普通高中课程标准实验教科书（人教版）生物必修模块第三章第二节的内容，它由DNA双螺旋结构模型的建构、DNA分子的结构特点以及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。与旧教材相比，

2、本节教材没有直接讲述DNA分子的结构特点，而是以科学家沃森和克里克的研究历程为主线，并通过学生动手尝试建构模型，加深对DNA分子结构特点的理解。从知识结构的角度看，本节内容是在学生学习了“遗传因子的发现”和“基因和染色体上的关系”以后，从分子水平上进一步阐明遗传的本质。关于DNA双螺旋结构的特点和碱基互补配对原则又是学习“DNA分子的复制”以及“基因表达”等内容的重要基础。2教学目标的确立2.1知识目标简述组成DNA分子的基本单位四种脱氧核苷酸；概述四种脱氧核苷酸构成DNA分子双螺旋结构的方式；阐明碱基互补配对的原则及意义。2.2能力目标通过尝试DNA双螺旋结构模型的制作，初步知晓科学探究的基

3、本方法（如模型建构法，学科知识的交叉应用）。2.3情感态度价值观体验科学家锲而不舍、执着追求、合作交流的科学精神；认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。3教学重难点的处理DNA分子结构的主要特点及碱基互补配对原则是本节课的教学重点。突出重点的方法拟采用：设计问题串：如“DNA是双螺旋还是三螺旋？”“碱基排列在螺旋内侧还是外侧？”“碱基对如何连接起来？”，进行不断质疑和解疑；建构知识链：在“制作DNA分子双螺旋结构模型”的活动中，通过讨论和交流，建构以“基本单位脱氧核苷酸长链平面脱氧核苷酸双链立体双螺旋结构”的知识链，完成对DNA分子双螺旋结构的初步认识。如何有效地组织开展模型建构

4、的活动是本节课的教学难点。突破该难点的方法拟采用课件动态的分步演示、教师恰当的示范、启发和引导、并注意直观教具（DNA分子双螺旋结构模型）的使用，帮助学生顺利完成该活动的基本内容。本节内容中的“碱基互补配对原则的应用”是另一个教学难点，也是高考中的重要知识考点，可考虑安排在下一节课种，以习题的变式求解和讨论逐步解决。4教学策略模型建构法、“导学案”教学法、小组合作、自主探究、多媒体教学5教学过程的设计5.1创设真实情境，形成生命观念教师提问：请问大家了解乙肝吗？如果你身边有乙肝患者，你会歧视他吗？播放新闻视频，介绍在天津师范大学发生的有关乙肝患者的悲剧事件。教师介绍：全球有将近3.5亿乙肝携带

5、者，中国有将近1亿，乙肝病毒和艾滋病毒的传播途径一样，有性传播，母婴传播，血液传播三种途径，乙肝病毒是DNA病毒，相比艾滋病毒（RNA）更加稳定，我国已经研制出乙肝疫苗和治疗乙肝的药。教师提问：为什么DNA会更加稳定？这就需要从认识DNA的结构开始。DNA分子具有独特的结构，对于DNA分子结构的研究经历了一个漫长的过程，其中有2位科学家做出了卓越的贡献，沃森和克里克。课件展示四川大学为沃森庆祝90岁生日的照片。教师：今天就让我们伴随沃森和克里克的脚步一起探究DNA分子的结构。设计意图：利用天津师范大学乙肝患者被歧视而自杀的新闻快速吸引学生的兴趣，借此增加学生对乙肝和DNA病毒的了解，训练学生将

6、生命现象与生命科学联系起来，尝试思考结构与功能的关系，感悟生命的奥妙，形成生命观念。展示四川大学为沃森庆祝90岁生日的照片，让学生感受到伟大的科学家就在我们身边，科学研究就在我们身边，激发学生的探究欲望。5.2模型建构，培养理性思维5.2.1引导学生有序回忆1.组成DNA的基本单位是什么？2.每个脱氧核苷酸是由哪几部分组成的？（课件先展示一个脱氧核苷的分子结构，再连接一个磷酸分子。）3.组成DNA的碱基有哪几种？脱氧核苷酸有哪几种？设计意图：温故知新，复习旧知，便于后续DNA分子模型建构的顺利开展。5.2.2建构模型一：脱氧核苷酸教师对模型做简要介绍：即讲台上的用磁性贴裁剪的磷酸、脱氧核糖、碱

7、基模型及各小组磁盘中盛放的DNA分子的模型。请两位同学上台建构DNA分子的结构模型，其他同学利用各小组手中的模型，每人建构3个脱氧核苷酸。5.2.3模型建构二：脱氧核苷酸脱氧核苷酸链教师提问：一个个游离的脱氧核苷酸如何连接成一条脱氧核苷酸链呢？课件展示资料：1951年11月富兰克林通过数据计算得知，每个脱氧核苷酸之间是在脱氧核糖和磷酸的某部位连接的。教师追问：到底是在脱氧核糖和磷酸的哪个部分连接呢？引导学生小组合作，把一个个游离的脱氧核苷酸连接成一条脱氧核苷酸长链。学生小组合作，动手连接脱氧核苷酸长链，每个小组建构出2条脱氧核苷酸长链，相互交流和自我评价。模型建构好的同学对导学案上之前画的模型

8、进行修改。某学生代表上台连接黑板上的几个游离的脱氧核苷酸。教师课件展示正确的连接方法。5.2.4模型建构三：单链双链教师提问：现在我们已经建构出一条一条的脱氧核苷酸长链，脱氧核苷酸长链又是如何构成具有独特双螺旋结构的DNA分子的呢？学生阅读课本P48第2-7行，思考以下3个问题：1.DNA分子是双螺旋还是三螺旋？2.碱基排在螺旋外侧，还是螺旋内侧？3.连接两条链的碱基如何配对?学生阅读教材后，小组合作讨论，解决课件上的三个问题，对于前2个问题，学生能自行解决，对于问题3，教师做如下引导：沃森和克里克是一开始就推出A与T配对，C与G配对吗？他们经历了一个很漫长的探索过程。沃森和克里克先认为是相同

9、碱基配对，即A与A配对，T与T配对，可是，碱基在大小形状上的不同不是使模型的碱基间产生缺口就是使形成的骨架变形。模型被否定！A不能与A配对，那你们觉得A还可以和哪些碱基配对呢？学生尝试说出所有可能性。教师引导：又已知嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的。从这个信息中你得到了什么启示呢？学生回答：A不能与G配对教师追问：不可能是嘌呤和嘌呤配对，嘧啶与嘧啶配对。到底是A与C配对，还是A与T配对呢？课件播放资料：沃森和克里克的研究陷入了低谷，这时，化学家查哥夫访问了剑桥大学，带来了振奋人心的研究成果：腺嘌呤（A）的量等于胸腺嘧啶（T）的量

10、，鸟嘌呤（G）的量等于胞嘧啶（C）的量。教师提问：从这则资料中你得到了什么启示？学生根据教师提供的资料，能顺利推测出应该是A与T配对，C与G配对。教师展示资料：沃森和克里克也得到了相同的启示，他们还发现A、T碱基对与C、G碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有稳定的直径，后来又有科学家发现，A与T之间是由两个氢键连接，G、C之间是由3个氢键连接。这种配对方式称为碱基互补配对原则。教师引导：根据以上分析，现在大家能否将手中的两条单链通过碱基互补配对建构成一个双链DNA分子呢？学生小组合作，动手建构双链DNA，相互交流和自我评价。模型建构好的同学对导学案上之前画的模型进行修改。教师再

11、请同学上台将黑板上的两条链连接成一个DNA分子。学生发现黑板上的两条链要连接成一个DNA分子需要将一条链进行旋转，教师借此提出“反向平行”这一概念，课件动画再次演示如何反向平行。学生总结DNA分子反向平行的特点。5.2.5模型建构四：双链DNA双螺旋结构教师提问：我们已经得到DNA分子的平面结构，怎样把它变成独特的双螺旋结构呢？教师引导学生旋转手中的平面模型。学生：旋转手中的模型，得到DNA双螺旋结构。设计意图：学生利用教师提供的教具亲自建构DNA分子“基本单位脱氧核苷酸长链平面脱氧核苷酸双链立体双螺旋结构”的模型，不仅可以培养学生合作学习的能力和理性思维，还能让学生感受科学探究的历程，培养科

12、学探究精神。5.3总结交流，培养科学探究精神5.3.1相互交流，感悟科学家精神教师总结：到此，我们便一起建构出了出DNA分子的双螺旋结构，沃森和克里克并不是DNA分子结构领域的专家，但确是他两建构出了DNA分子的双螺旋结构，摘得若贝尔生理学奖的桂冠，小组讨论，你们认为沃森和克里克成功的原因有哪些？你们从中得到了什么启示？学生相互讨论并交流，体会科学研究应该具备的精神和能力。小组派代表发表自己小组的意见。设计意图：全班交流科学探究后的心得，通过学习科学史及科学家们的故事，培养科学探究精神。5.3.2观察模型，总结DNA分子的结构特点教师引导学生仔细观察手中的模型，总结DNA分子的结构特点，并对导

13、学案上的内容进行修正。学生观察、交流，总结出DNA分子的双螺旋结构的要点。教师提问：DNA分子又有什么特性呢？请观察DNA结构中的哪个结构是稳定不变的?学生观察后总结出磷酸和脱氧核糖排在外侧不变，碱基互补配对原则不变，由此得出DNA分子具有稳定性。教师提问：现在大家能解释为什么通过DNA鉴定技术就可以判断凶手或鉴别尸体了吗？学生观察课件中展示的DNA分子，便会发现正常情况下，对一个生物体来讲，它身体中每个细胞中的DNA的碱基排列顺序都是一样，特定的，由此得出DNA分子具有特异性。教师提问：请观察每个小组建构出来的DNA有什么不同？学生发现各组建构的DNA分子碱基的排列顺序不同，由此得出DNA分子具有多样性。设计意图：学生观察DNA分子的结构，自行发现并总结DNA分子的特点，培养学生的观察能力及归纳总结能力。5.4总结归纳，巩固练习教师小结，学生完成导学案上的练习题。思考，解答，交流与互评。5.5联系生活，树立社会责任感教师再次回到导课时提出有关乙肝的问题，提问：现在大家能解释为什么乙肝病毒比艾滋病毒稳定吗？如果你身边出现了乙肝患者，你会怎么对待他？学生学习了DNA分子的结构后，能将结构与功能相联系，正确说出DNA病毒比RNA病毒稳定的原因。设计意图：首尾呼应，联系生活，使学生体会到“学以致用”的乐趣，感悟结