在生物学科教学中培养学生核心素养——以“DNA分子的结构”教学为例

文 | 刘文胜 龚慧婷

通过学习活动落实核心素养应是课堂教学设计的一个重要方面。在“DNA分子的结构”教学中，教师以DNA结构的构建科学史为主要探究资源，通过创设活动让学生体验科学家的探索历程，引导学生搭建DNA的分子结构模型，然后进行展示交流，最后归纳总结DNA结构的特点，继而建立概念模型，发现规律，形成生物学科核心素养。

创设情境引入，激发兴趣培养素养

在设置情境和问题时，教师要关注学生的经验、思维和情感参与这个核心，让情境成为激发学生思维发生、知识形成、能力提升和情感涵育的媒介。在“DNA分子的结构”这节课的导入环节，教师设计这样的活动情景：播放“爸爸去哪儿”音乐，接着展示某期节目中的一对明星父子的相片，再分别展示他们小时候的照片，问：“这对父子为什么长得这么像？”之后过渡引导学生回顾基因和染色体的关系，从而导入新课学习。

通过创设情境和问题解决的活动设计，可以激活学生原有的学科知识储备，激发学生的认识和情感态度，增加学生参与学习活动的生动性、情感性和趣味性。设置的情境能紧跟时代流行信息，有利于激发兴趣和集中注意力，培养学生的生命观念和理性思维素养，并顺利过渡到新内容的学习。

文献型探究活动，体验科学探究精神

DNA双螺旋结构模型的构建过程是一部很长的科学史，涉及许多科学家的辛勤探索和跨学科合作，其中每一步重要的发现都体现科学家敬业、执着、奉献的优良品质。其中，沃森和克里克跨学科的合作，体现出知识互补、精神一致、和谐配合的重要性；而罗莎琳德·富兰克林拍下的DNA衍射照片及数据，却是沃森和克里克发现DNA分子双螺旋结构模型的关键。教师充分利用本节的科学史资源，引导学生以某一个科学家为研究对象开展文献型探究活动，学生以小组为单位，借助互联网获取关于科学家的资料，然后分析从中提炼出跟本节课内容相关的资料，制作介绍科学家的幻灯片，最后小组将成果在课堂上交流。

文献型探究活动的设计，可以培养学生获取、分析、整合信息的能力，还可以培养学生之间的协作交流能力。学生体验到科学家研究历程的曲折，提高对生命科学探索的兴趣。

建模型探究活动，培养科学探究素养

在了解了DNA结构的发现科学史后，教师继续设计建模型活动，设置问题，假如你是克里克或沃森，在了解了许多科学家的研究成果后，你将如何搭建DNA的分子模型？学生以小组为单位，分工合作，尝试着搭建DNA的平面结构。活动形式：一是课前教师准备了4种不同颜色的硬纸片，剪裁成一定的模型分别代表4种脱氧核苷酸，学生进行模型构建；二是借助平板电脑，准备磷酸、脱氧核糖、四种碱基和四种脱氧核糖核苷酸，分别构建脱氧核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸链、DNA分子的平面结构和DNA分子的双螺旋结构。这个探究活动让学生意识到科学家能做到的事情，在自己掌握了相关信息后也可以做到，并且对科学家的探究过程有了系统性的把握。

建模型探究活动的优点在于：学生首先要充实自己的认知结构，占有与活动任务有关的空间概念等，从而指导自己的实践。在活动过程中，学生认同科学的发展是在曲折中前进的，科学发现需要锲而不舍和互助合作的科学精神，从而实现情感态度价值观教育，养成缜密的逻辑思维和较强的动手能力，提高对生命科学的兴趣。

展示模型活动，培养理性思维素养

进入DNA结构模型展示活动环节，各小组将搭建好的DNA的平面结构在课堂上展示，分享活动感想，增强合作意识。接着，教师引导学生观察自己或小组搭建的DNA平面结构模型，并提出活动问题：请注意，自己与组员或小组与小组间所构建模型的相同之处与不同之处？观察思考DNA中的两条链是如何配对在一起的？对于DNA的两条链来说，相对应的碱基是否是想当然的相同或者是毫无规律又或者遵循着某种规律？如果没有DNA衍射照片及数据，克里克或沃森能取得成功吗？学生可以以小组为单位进行讨论交流。

学生通过研究模型来认识模型的各种本质特征及其必然联系，继而建立生物概念，得出生物规律，促使学生在探究中思考，在实践中总结。活动还可以让学生理解科学、技术和社会的关系，明白假如没有X射线拍照技术，就不会有DNA衍射照片及数据，继而就不会真正发现DNA的分子结构。

趣味活动设计，培养归纳概括能力

在DNA的模型建构和展示之后，教师设计一个趣味活动：请8个学生进行角色扮演，分别代表一种脱氧核糖核苷酸，模拟构建DNA分子的双链，直观感受构成DNA的两条链是反向平行的关系。接着，教师追问：现在，请你们再认真观察自己构建的模型是不是符合实际情况？应如何改变？在DNA分子中，外侧由什么连接而成，内侧是什么？构成DNA核苷酸链有几条？这些链走向上有什么特点？链与链之间的碱基连接有什么规律？通过趣味活动设计，学生能逐渐概括、总结出DNA的结构特点，学会用数学语言描述生命现象，进一步认识结构与功能相适应的生命观念。

拓展活动设计，提升社会责任素养

在课的结尾，教师设计了拓展活动环节，引导学生自主构建DNA结构的概念图或思维导图，并请学生分享展示交流。接着，教师提出问题：沃森和克里克默契配合发现DNA双螺旋的过程被科学界传为佳话，你从中得到什么启示？请同学们展开想象力，思考你们希望DNA的研究与应用能再给人类带来什么样的好处？最后，教师告诉学生：DNA结构模型的发现标志着分子生物学的开端，从此人类开始进入了设计生命改造生命的阶段。目前来讲，DNA的研究与应用还在继续进行当中，如基因工程、蛋白质工程等。生命科学就是这样的生生不息，而生命科学的发展一定是在其发展到一定阶段的产物，也需要众多学科的新的理论、新的方法来支持。

自主构建概念图或思维导图，有助于学生理清课堂思路，让学生明白：依靠科学家创造性的劳动才能够有今天这样的生命科学成就，激励对生命科学感兴趣的学生能够投身到对生命科学的研究中去，为我们人类自己以及其他生物谋求福利。

教学反思

课堂教学的首要任务是培养和提高学生必备的能力和可持续发展的生物学科素养，教学的关注点发生转向，即从关注知识点的落实转向到素养的形成，从关注“教什么”转向到关注学生学会什么。以任务为导向的学习活动是一个动态的过程，精心设计的学习活动可以凸显学习者的主体地位，可以促进个体与群体的融合。以学生活动设计为主的课堂教学，主要任务应是让学习者在参与课堂教学的学习活动中掌握核心知识与形成关键能力，获取直接与间接经验，促进自身素养的发展。