基于课程思政理念的“DNA的结构”教学设计

姜 涛 熊洪林 陈 嶙

(黔南民族师范学院生物科学与农学院,贵州 都匀 558000)

“DNA的结构”是人教版高中生物学教材必修2中第3章第2节的内容.在本节内容之前学生已经掌握了基因与染色体的关系、DNA是主要的遗传物质等知识,这些知识为本节的学习打下了坚实基础.牢固掌握本节的知识对于学生后面学习“DNA的复制”“基因的表达”“基因突变”等知识至关重要.本节内容蕴含了许多思政元素,在教学过程中教师不仅要传授学生知识,还应该深入挖掘本节隐含的思政元素,把教书与育人结合起来,将立德树人落到实处.

1 教学目标

(1)说出四种脱氧核苷酸构成DNA分子双螺旋结构的方式;阐述 DNA分子的结构特点;阐明碱基互补配对的原则及意义[1].

(2)观察DNA 分子的直观结构模型,培养观察和分析判断能力;尝试制作DNA双螺旋结构模型,培养动手能力,初步知晓科学探究的基本方法.

(3)认同合作及锲而不舍的精神在科学研究中的重要性;学习“DNA分子的双螺旋结构模型”建构的科学史及体验模型建构的科学研究方法.

2 思政元素挖掘

2.1 合作意识与科学精神

经过多个科学家的不懈努力,建构出了DNA分子的结构模型,由此可与科学史联系起来.科学家根据已有知识、经验的启示或预见,不断探索未知,为了更有效地完成任务,科学家们还会相互协作和支持,由此可与合作意识和科学精神联系起来.

2.2 马克思主义哲学思想

DNA分子的双螺旋结构模型的建构过程不是一蹴而就的,而是通过许多科学家的努力与合作不断完善而形成的,说明科学是不断发展的.由此可与马克思主义哲学的辩证法联系起来,即事物是发展变化的,要经历量变到质变的过程.

2.3 道德意识和法规思想

DNA的两条脱氧核苷酸链上的碱基是根据碱基互补配对原则配对的,碱基互补配对就是DNA分子的构成规则,没有这个规则,DNA分子就无从谈起.人类社会的构成就是在一定的意识形态、道德规范和一系列法律法规下组成的,社会成员必须遵守这些道德规范和法律法规,人类社会才能正常运转.

3 教学过程

3.1 复习旧知,问题导入

教师引导学生回忆:DNA是主要的遗传物质.提出疑问:既然DNA是主要的遗传物质,那么它是如何存储遗传信息的呢?生物体内的DNA分子是千篇一律,还是千变万化的呢?为什么通过鉴定DNA可以判断亲属关系?为什么通过DNA鉴定可以定位犯罪嫌疑人?

设计意图:由这一连串的问题激发学生的学习兴趣和探究欲望.要回答这些问题就要先弄清楚DNA的结构,由此引入课题“DNA分子的结构”.

3.2 引入科学史教学,提升学生合作意识及科学精神

教师首先播放介绍威尔金斯与富兰克林合作研究DNA分子结构的视频,之后根据视频材料提问:1951年的时候人们对DNA结构的认识是什么?预设学生回答:DNA分子是一种长链且以四种脱氧核苷酸为单位,这四种脱氧核苷酸分别含有A、G、T、C四种碱基.教师继续提问:脱氧核苷酸的基本化学成分是什么?它的组成又是怎样的?预设学生回答:脱氧核苷酸的基本化学成分是C、H、O、N、P;脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖、含氮碱基组成;含氮碱基有四种,分别是A、T、C、G.

教师接着和学生探讨沃森和克里克着手建构DNA双螺旋结构的可能性.教师提示:就在沃森和克里克建构DNA结构模型的关键时候,富兰克林的一张DNA的清晰X光衍射图,成为了DNA结构模型建构的关键证据.然后视频播放沃森和克里克得到了富兰克林提供的关键证据后,他们尝试了多种不同类型的双螺旋和三螺旋结构模型,但这些模型都被否定了.视频播放完后,教师又和学生探讨如何安排碱基位置以及确定两条链位置关系的难题.

最后引导学生自主阅读课文,了解科学家构建DNA双螺旋结构模型的故事.教师提醒学生:经过多个科学家坚持不懈的努力,最终建构出了DNA分子结构模型.科学家们根据已有的知识、经验的启示或预见,不断探索未知;为了更有效地完成任务,科学家们还会相互协作和支持.我们要学习科学家契而不舍、合作共赢的精神.从DNA分子的结构模型建构过程中,我们也可感受到科学过程就是一个不断接受批评、指正并不断发展的过程.

设计意图:引入科学史教学,通过教师提示,引导学生走进科学家的世界,像科学家那样去探讨未知问题,提升学生的科学思维能力.通过视频展示和阅读教材,让学生真实感受科学家的合作意识和科学精神,进而领会合作意识和科学精神的重要性,并在今后的学习和生活中践行合作意识和科学精神.同时启发学生领会马克思主义辩证法思想,从青年时期起自觉接受马克思主义哲学思想的指导.

3.3 小组建构模型,学生体验合作精神和培养规则意识

3.3.1脱氧核苷酸分子模型的建构

教师组织学生利用课前准备的不同颜色和形状的纸片、双面胶材料,组装DNA分子的组成单位—脱氧核苷酸模型并展示[2].每人组装两个,教师来回查看学生的展示.学生建构完成后,教师用PPT展示脱氧核苷酸的组成模式图并耐心讲解.教师组织学生每四人为一组,将自己所组合的脱氧核苷酸连接成长链,教师点评和强调:磷酸和脱氧核糖交替连接形成了长链,这样的长链叫作脱氧核苷酸单链.

设计意图:使学生进一步理解和巩固四种脱氧核苷酸的的组成和结构、脱氧核苷酸之间的连接方式,为下一步学习DAN分子的结构和模型建构提供扎实基础;同时,增强学生之间合作和探讨.

3.3.2探究碱基配对原则

PPT显示资料,1952年沃森和克里克从查戈夫那里得到了一个重要的启示:A与T、G与C的数量分别相等.教师先不讲这个启示的意义,而是要求学生根据资料进行探究:碱基间应该如何进行配对?

预设学生探究结果:A和T、G和C分别相等的数量关系,说明A和T、G和C之间分别有着某种配对关系,A与T配对,G与C配对.教师补充:碱基间的配对方的确如同学们的探究结果,科学家通过研究后发现碱基是以氢键连接的,其中A与T是通过两个氢键连接,G与C是通过三个氢键连接,这种碱基间的对应关系被称为碱基互补配对原则.氢键的连接维持了DNA分子结构的稳定性,使得遗传信息能够稳定地从亲代遗传给子代.

设计意图:学生通过探究碱基的互补配对原则,能够深刻理解DNA分子两条链之间的联系纽带,更容易建构DNA分子的结构模型.

3.3.3DNA双螺旋结构模型的建构

教师提出问题,引导学生带着问题观看介绍沃森和克里克建构模型过程的视频并思考:①碱基应该排列在双链的外侧还是内侧?②两条链的方向关系是怎样的?③DNA单链结构无法稳定存在,那么DNA分子要怎样才能稳定存在呢?

教师让学生用前面制作的单链以原小组为单位尝试建构DNA双螺旋结构,教师来回查看学生的合作建构情况,可能会发现一些小组还是会以相同的碱基进行配对.教师根据发现的问题给出指导意见:要求学生一定要遵循碱基互补配对的原则来建构模型,原来制作的单链有可能拆卸和重新连接,进一步建议只拆卸和重新连接其中的一条单链,为后面学习“DNA分子的复制”埋下伏笔.

教师出示DNA双螺旋立体结构模型,组织学生观察模型[3],回答如下问题:①DNA由几条链组成?它的立体结构是怎样的?②两条脱氧核苷酸链的方向关系是什么?③哪些物质组成了DNA的基本骨架?它们位于DNA分子的什么部位?④碱基对之间怎样进行配对?它们又位于DNA分子的什么部位?⑤碱基对之间是通过什么进行连接的?

预设学生回答:①两条脱氧核苷酸单链组成了DNA分子,这两条单链反向平行盘旋成双螺旋结构;②两条脱氧核苷酸链是反向平行的;③基本骨架由磷酸和脱氧核糖交替连接而成,它们位于DNA分子的外侧;④碱基间按互补配对原则进行配对,位于DNA分子的内侧;⑤碱基对之间是通过氢键连接的.

设计意图:通过视频、问题帮助学生建构DNA结构模型并深入理解DNA的结构特点,还可以培养学生的合作精神;学生将自己建构的模型与教具模型进行对比,可以进一步加深对DAN结构的认知和记忆.探究碱基互补配对原则及其在建构DNA结构模型中的作用,能够让学生真正理解DNA分子结构的核心要素;同时联系人类社会的规则意识,教育学生遵纪守法,为社会培养遵守道德规范和法律法规思想的合格公民.

3.4 引导学生归纳DNA分子结构特点,突出重点

DNA分子的结构特点是本节的教学重点.在前述教学环节完成后,教师引导学生归纳DNA分子的结构特点,可以有效突破教学重点.

3.5 巩固提升

出示课后习题,学生自主做题,提高运用所学解决问题的能力,且可进行查缺补漏,检验学生掌握知识的程度.教师引导学生解决难题,巩固所学知识.