基于生物学学科核心素养的教学设计——以“遗传信息的携带者——核酸”为例

（重庆市第十一中学校 重庆 400060）

《普通高中生物学课程标准（2017版）》明确指出：“着眼于学生适应未来社会的发展和个人生活的需要，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面发展学生的学科核心素养，充分体现本课程的学科特点和育人价值，是本课程的设计宗旨和实施中的基本要求。”而学生核心素养的发展离不开课堂教学，合理的教学设计将会促进学生的主动参与、深度思考，促进学生逻辑思维的发展、核心素养的落实，从而成为具有终身学习能力的人。下面以“遗传信息的携带者——核酸”一节为例，进行基于生物学核心素养的的教学设计探讨。

“遗传信息的携带者——核酸”是人教版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》第二章“组成细胞的分子”的第三节。本教学设计重组教材内容，以“亲子鉴定”引入新课，并围绕这个其原理开展整节内容的学习，在推理思辨中内化知识，发展学生的生物学学科核心素养。

1 创设情境，激发兴趣，增强社会责任感

“社会责任”是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。社会责任是学生“在形成生命观念，进行科学思维和科学探究的过程中，最终形成一定的社会责任意识和义务”。培养学生的社会责任，教师需要结合实际生活，组织学生参与讨论，作出理性判断，辨别迷信和伪科学，主动向他人宣传关爱生命和健康生活的观念和知识等。

教学环节1：利用多媒体，播放“滴血验亲”片段。

教师提问：滴血认亲靠谱吗？并简要说明原因。通过短暂交流，学生能说明血液能融合只能代表可能具有相同的血型，但血型相同并不等同于具有亲子关系。教师介绍更科学判定亲子关系——DNA亲子鉴定方式，追问：你能设想为什么DNA可以用来推断双方的亲子关系呢？学生往往从DNA作为遗传物质，个体间具有差异性的角度出发进行解释，亲缘关系相近的DNA相似程度更大。

基于以上分析，教师进一步指出：“在生物学中，结构和功能是生物学的基本观念之一，DNA可以作为遗传物质，决定个体间性状的差异，与其结构是分不开的。”这样从而为下一个学习目标埋下伏笔。

设计意图：在本节教学中，教师创设情境，激发学生的学习兴趣，引导学生利用生物学相关知识，辨别迷信和伪科学，成为信息的明智消费者，体会向他人宣传关爱生命和健康生活的成就感和责任感。同时，追问DNA亲子鉴定的原理，为学生逐渐形成结构和功能相适应的生命观念奠定基础。

2 基于实证的逻辑，发展科学思维

“科学思维”是指尊重事实证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。

教学环节2：学生阅读教材P28文字及核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸的结构图，讨论以下问题：①类比蛋白质和氨基酸，思考核酸和核苷酸的关系？②根据图1，比较并归纳两种核苷酸的化学组成。

根据氨基酸是蛋白质的基本组成单位，每个蛋白质都是由氨基酸脱水缩合形成这一前概念，学生能够比较容易地推理出核酸也是由核苷酸聚合而成，构建新知。观察核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸的结构图，学生发现核苷酸的差异性主要在于五碳糖的2号碳原子连接基团的差异，从而认可脱氧核糖核苷酸的命名，同时总结出两者都由磷酸、五碳糖和含氮碱基组成。这样可以训练学生基于事实材料进行归纳和概括的能力。

在此基础上，教师呈递科学证据：通过化学方法，发现碱基含有C、H、O、N四种元素，那么请你推理核酸的元素组成？并说明原因。学生能够根据核苷酸的结构，推断其元素组成，并运用核酸由核苷酸聚合而成这一新学概念，解决上述问题，锻炼了演绎与推理能力。

教学环节3：教师呈现脱氧核苷酸长链形成示意图，引导学生思考问题：

①找出两个核苷酸之间的连接部位，用笔画一个圈，将连接的化学键圈出来。

②观察核苷酸结构，类比蛋白质形成过程，推理核苷酸的结合方式。

学生观察图片，找出连接核苷酸的化学键，并结合有机化学的基础，理解核酸是通过核苷酸脱水缩合形成。结合教材“DNA和RNA在化学组成上的区别”示意图，教师进一步设置问题串：图中与腺嘌呤相连的五碳糖是哪一种？此核苷酸的全称是什么？此核苷酸长链可称为DNA链，还是RNA链？说明原因。在此基础上，学生归纳出DNA和RNA在结构上的差异性。经小组合作研讨，学生能够进一步归纳：核苷酸的差异不仅仅在于五碳糖的差异，还体现在含氮碱基的不同；核酸由于由核苷酸聚合而成，除上述差异以外，往往还具有二级结构的差异，即DNA常常以双链的形式存在，而RNA一般为单链。

教师为了加强学生对核酸结构的理解和应用，设置例1，让学生进行巩固训练，培养学生的归纳与概括和演绎与推理的能力。

【例1】不同生物含有的核酸种类不同。细胞生物同时含有DNA和RNA，病毒体内含有DNA或RNA中的一种，根据以上信息，完成表1所列生物中关于碱基、核苷酸种类的归纳。

表1 某些生物中所含有的碱基、核苷酸种类

设计意图：科学思维是基于事实证据、运用科学概念、通过科学推理和论证对客观事物的本质、规律及其相互关系作出判断和解释、对客观事物的发展变化作出预测的认识方式。本环节从教材示意图出发，在尊重事实和证据的基础上要运用归纳和概括的能力，对不同的核苷酸和核酸求同求异，提升辩证思维；在构建概念时，类比蛋白质形成过程，层层递进，培养演绎与推理等科学思维。

3 以问题驱动，构建生物学结构和功能观

教学环节4：教师出示下列两条核苷酸链（图1），引导学生思考以下问题。

①两条核苷酸链的差异性取决于什么？

②由n个核苷酸聚合而成的一条核苷酸长链最多有多少种排列组合方式？（提示：从n=1，n=2，……以此类推）

③科学发现人类DNA分子大约有31.6亿个碱基对，基于以上事实，尝试解释DNA可以作为亲子鉴定的有效依据。

观察图1，学生很容易发现两条核苷酸链的差异在于核苷酸（碱基）的排列顺序不同，即携带的遗传信息不同。由于核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子，通过问题②的推导，学生能够发现虽然核苷酸只有4种，但数量不限，在连成长链时，排列顺序就极其多样化，核酸贮存的遗传信息量也就非常大了。

设计意图：开课导入时，学生对于DNA可以作为亲子鉴定是有感性认识的，也能说出DNA是遗传物质，每个人的DNA具有差异性。但通过本环节的问题设置，学生能从结构与功能相适应的观念去理解并解释，DNA之所以可以作为遗传物质且具有多样性，其因为之一是DNA作为生物大分子，贮存了丰富的遗传信息，从而渗透生命观念。

4 结合微视频，体会实验思路和方法，提升科学探究能力

实验能力的要求已经不再是只局限于对实验的目的、原理、方法和操作步骤等方面，而是更广泛地包括对解释、分析实验现象，要求学生具备根据实验现象推导实验结论，对简单的实验方案做出恰当的评价和修订，提出假说并设计实验方案验证等能力。教材中“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验是很好的素材，笔者在播放了“细胞中DNA和RNA分布”的微视频之后，引导学生思考：

①操作人员为什么选择洋葱鳞片叶内表皮细胞或者人的口腔上皮细胞进行观察？可以选择洋葱鳞片叶外表皮细胞或者哺乳动物的成熟红细胞吗？

②如何才能“看到”无色的DNA和RNA在细胞中的准确定位呢？你能归纳出实验选材一般思路吗？

③结合教材所示的实验结果图片，能否得出“DNA的分布重要在细胞核，RNA的分布主要在细胞质”这一结论？如果要得出此结论，你认为还需寻求什么事实证据？

设计意图：“科学探究”是能够让学生发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。在此教学环节，教师要注重引导学生体会实验设计的思路和方法，归纳科学研究的一般规律。在问题③的设问基础上，教师呈现事实材料：“检测绿色植物的DNA在细胞中分布，发现84%在染色体上，14%在叶绿体中，2%在线粒体中”。学生通过分析资料，认识到实验结论的产生往往不只依赖于一个实验结果，从而培养批判性思维和严谨务实的求真态度。

5 小结

至此可以看出，整节课并没有过多强调事实性新知，而是将其作为事实证据呈现给学生，发展其逻辑思维和推理演绎的能力。

在进行“DNA和RNA在细胞中的分布”实验教学时，教师尝试以微视频的形式给学生进行了播放实验过程，并非想弱化实验操作，而是在实际操作中，发现甲基绿吡咯红的染色效果并不理想，也很难清晰可辨的看到DNA和RNA的分布，因此强行得出“DNA的分布主要在细胞核，RNA的分布主要在细胞质”其实是不科学的。所以，本环节的侧重点就转变为发展学生的科学思维和基本的科学探究能力，以问题导学的形式，让学生有意识地归纳鉴定类实验选材的一般思路和方法，以及得出实验结论的求真务实的科学态度。要在课堂中渗透生物学核心素养，养成结构和功能相适应的生命观，训练逻辑和实证相联系的科学思维方式，教师必须深度思考，合理结合信息技术，以问题驱动教学，促进学生在解决问题的同时尝试提出新问题。