学科思想方法统领下的生物课堂教学——以“DNA分子的结构”一节教学为例

吴开其 张 晋 （四川省泸县第二中学 四川泸州 646100）

1 对生物学科思想方法的认识

学科思想是指对学科发展和学科学习最具影响力的那些观念、思想和见解。很多时候，学科思想与学科方法并没有明确的界限，因此统称学科思想方法。笔者结合教学实践经验，将高中生物学的学科思想方法进行以下分类。

（1）本体性学科思想方法，植根于学科本身，具有学科特色，能够理解和解释生物学相关事件和现象的观念和思想方法。生物学学科核心素养中的“生命观念”，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等就是生物学的本体性学科思想方法。

（2）条件性学科思想方法，生物作为一门自然科学，在问题分析和解决上需要自然科学探究和发现的通用的思想方法，如实验探究、模型构建、数据分析和科学推理等思想方法。

本体性学科思想方法和条件性学科思想方法共同包含着生物学“生命”和“科学”的内涵，高中生物课程对学生核心素养发展的价值是让学生形成基本的生命观和生物学基本观点，提升科学素养。学科思想方法的教学是学科教学的灵魂，教师在课堂中需要关注学科思想方法的建立，从学科思想方法入手，让生物学科思想方法统摄生物的学习。下面以“DNA分子的结构”一节教学为例进行展示。

2 学科思想方法统领下的“DNA分子的结构”课堂教学

2.1 由“功能由结构决定”的观念起领课堂

教师结合本章引言里的小诗“遗传物质是什么，DNA或蛋白质，几多实验，几多争论，谜底已经揭晓，主要是DNA”，由此引出DNA作为主要遗传物质，是因为其特有的功能和结构。以此让学生由DNA的功能特点，推测DNA分子的结构特点。例如，由“DNA分子是遗传物质，能够储存大量信息”的特点，推测DNA是一个大分子物质并且含有序列性的结构；由“格里菲思肺炎双球菌体外转化试验中，加热杀死S型细菌后转化因子仍具有活性”的特点，推测DNA分子结构比较稳定；若是在高三复习中，可由“作为遗传物质能准确将遗传信息传递给子代”的特点，引导学生推测DNA要有怎样的结构基础才能保证复制的稳定；由“DNA能控制生物性状，指导蛋白质合成”，引导学生试着猜想DNA需要怎样的结构才能使遗传信息得以传递和表达。这样可以使学科思想统领整章单元学习。

2.2 借助“模型构建”分析DNA分子结构承接课堂

首先，拆解模型快速学习DNA的结构。教师拿出一个DNA模型，“模型里面里蕴含着DNA分子结构原理，让我们借助模型进行学习，小时候拿到一个玩具，很想弄懂里面的构造原理，因此总想将其……，结果……”“大家都拥有工匠精神，但缺少抽丝剥茧的工匠技术。”教师用这些语言唤起学生的学习兴趣，通过拆解模型进行DNA结构的学习，且按“体”—“面”—“线”—“点”的逻辑进行教学，具体参照图1。

图1 DNA分子的结构教学逻辑示意图

其次，小组合作拼接模型并展示模型。小组合作要求：在规定的3 min内，让小组分工合作按“点”—“线”—“面”—“体”顺序，尽量拼接更长的DNA模型；再让2~4个小组代表展示自己小组所拼接的模型，并在黑板上画出平面结构图（只需要画包含最开始的3个碱基对的片段且用字母标出碱基类型）；其他学生对小组拼接的模型和所画的DNA片段平面图进行评价。教师要引导学生讨论不同展示小组DNA片段的不同点（重点关注碱基对排列顺序），从而使学生结合“结构与功能的关系”推演DNA分子的多样性，进而阐明遗传信息蕴含在DNA的碱基排列顺序之中。

2.3 追溯学科交叉中的科学史延伸课堂

回顾科学史。选取科学史中对科学发展起推动作用的关键环节进行教学。比如故事化地讲述1952年春天奥地利科学家查哥夫访问剑桥大学。“At first，they talked some issues about protein，and then，Crick asked about the research status of DNA.After a word，‘1：1’.Chargaff paused a moment and just said.”教师声情并茂地展现化学家提到克里克时的情景。接着，故事化地呈现在1952年威尔金斯给沃森展示富兰克林拍摄的B型DNA图片时的情景。教师拿出一张打印好的DNA的X晶体衍射图并且有感情地讲述：“When Watson saw the picture，‘what a beautiful and clear picture only the double DNA chain can be show.’he said excitedly.”让学生仿佛看到当时沃森得到物理学家点拨时的喜悦。多年后，也许学生已经忘了DNA的分子结构，但依然会记得曾经物理学家和化学家共同成就这一伟大发现，同时让学生埋下了在学科交叉中创新的意识。

在回顾历史中，展望未来历史，教师可结合对X射线晶体衍射技术的简单介绍延伸到该技术对当今结构生物学中研究蛋白质和DNA的研究帮助，再介绍我国结构生物学家施一公在X射线晶体学上的一些研究成果以及当今国际结构生物学取得的重大成果。如介绍2017年Science公布的且与英国剑桥大学相关的年度十大科学进展——低温电子显微镜技术，并介绍这种结构生物学主流技术应用对医学和人类的贡献。这样让学生深刻理解人类认识的意义、过程与方法，从而使学生能够走入历史并具有创造未来历史的能力、品格与情怀。

3 学科思想方法统领下的教学对生物学核心素养培养的启示

3.1 培养学生“生命观念”的核心素养

学科思想方法统领下，教师在确定课程目标时必须联系章节之间的关系，确定学科大概念“遗传信息主要编码在DNA分子上”。课后，学生问及“在课堂开始提及DNA作为主要遗传物质，是因为有其特有的功能和结构。那么，也可作为遗传物质的RNA和DNA相比结构和功能上的优点是什么？”学生已经在围绕新课标中的大概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”思考问题。这样，难道教师还担心当学生遇到“设计实验证明一种病毒是以DNA和RNA作为遗传物质”这样的高考题时，会不知所措吗？

3.2 培养学生“科学思维”的核心素养

本节课借助“模型构建”的学科方法进行DNA结构的学习，需要将DNA结构的学习通过教师的组织（学科活动）将其“泡”开。拆解模型是为了快速获得结构机理，拼接模型是为了让学生再次自主实践，使学生运用科学的学科方法进行学习，同时自身在“模型与建模”的过程中得到发展，生物学“科学思维”核心素养自然得到培养。

3.3 培养学生“社会责任”的核心素养

对于本节，模型构建的科学方法和相应的科学技术，是前人为了探求生命科学真理历经曲折后总结的宝贵经验，让学生从历史中感受物理、化学、数学在生物领域创造的奇迹，让学生在科学发展中见识科学技术的与日更新与社会进步，将STEAM和STS的融合教育观念一点一滴地浸润课堂。