刘敏敏-以做为中心的课堂教学叙事——“DNA的分子结构和特点”

作者: 来源: 发布时间:2017年11月08日 点击数:

以做为中心的课堂教学叙事——“DNA的分子结构和特点”

定海一中 刘敏敏

  要:因高中学生的生理心理特点,高中生物教学中关于“DNA的分子结构和特点”需要重视培养学生的科学思维、科学方法和科学精神等学科素养,教师在教学中要注重学科知识的学习过程和知识的发现过程,以做为中心的教学环节能锻炼学生的动手能力,开发学生的思维能力,亲身体验的效果比聆听的效果更好更持久。

关键字:DNA的分子结构和特点  以做为中心  动手能力  思维能力 

一、叙事背景

教学做合一是陶行知先生所提倡的生活教育理论的教学论,所谓教学做合一,我的理解是教师的教学行为和学生的学习行为都以“做”为中心,教师拿做来教才是真教,学生拿做来学才是实学。请不要误会,这里的做不是做题目,而是强调实践是获取知识的途径,通过实践来发现真理,检验真理。由做所获得的知识学生印象更深刻更持久,也即能达到高效的教学效果。

在高中生物教学中,有很多模型的教学,譬如细胞膜的模型教学、各细胞器的模型教学、种群数量增长方式的数学模型教学、DNA的结构模型教学等等。以往教师手捧满满的教学挂图、模型教具进入课堂;现在更多教师利用信息技术进行教学,借助图片、动画、视频、新闻等媒介来展示各种模型。因为这些教学方法能吸引学生,激发学习积极性,因而收到良好的教学效果。但也存在一些弊端,譬如当时学生印象深刻,但是到了一定时候容易遗忘,而且只是看和听,脑洞的开发程度远远没有做来得极致。所谓听一遍不如看一遍,看一遍不如做一遍,说的就是这个道理。

二、叙事案例

DNA的分子结构和特点》这节内容学生已在初中有所学习,DNA分子结构的主要特点和DNA多样性的原因以及如何储存遗传信息是教学的重难点。高中课堂如何打破瓶颈,不炒冷饭,让学生有耳目一新的感觉?笔者尝试了以做为中心的课堂教学模式。

这是一个理科班,学生的动手能力很强。为了创设积极有趣的教学氛围,让每个学生都有机会来参与,教师采用富有生物特色的方式对学生进行分组,而不是传统的简单的前后桌四个同学为一组。预备铃响后,教师让学生相互寻找伙伴进行游戏——“石头、剪子、布”,每个同学起始都为两栖类,赢了就进化为爬行类,输了则退化为鱼类,接着同类之间相互游戏,赢的同学再进化,而输的同学则退化,这样几分钟下来,整个班的学生都动起来了,最终形成鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类等若干组,对人较多的组则再分成若干小组。

经过一番游戏之后,学生个个眉开眼笑,带着好奇心盼望着老师早点揭晓今天的教学内容。接着,教师随即请代表上台领取DNA结构模型的组件,每组一份,包括20个磷酸(白色小球),细的化学键(40个)和粗的化学键(20个)10对碱基(CGAT的颜色各不相同),20个脱氧核糖(蓝色组件)。

教师先不对组件作介绍,而是用课件告知学生在德国生化学家米歇尔最早发现DNA存在之后的近一个世纪里,许多科学家投身到DNA的化学组成和结构的研究中。 在沃森和克里克创建DNA双螺旋结构之前,科学界对DNA的认识统一为“以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链”。

随后用图片展示脱氧核苷酸的三种小分子组成物质,以及这三种物质之间的连接方式与位置关系,让学生先有一个感性的认识。

随后,要求学生拿桌上的组件搭建脱氧核苷酸的模型。学生通过对照脱氧核苷酸的平面图片,动手搭建了脱氧核苷酸的模型。通过动手学生发现了白色球上的三个洞是两小一大的,同时又发现白色化学键的粗细是有区别的……

学生搞明白DNA的基本组成单位后,教师告知学生这些脱氧核苷酸都是游离的、独立的,设计问题1:小分子的脱氧核苷酸如何形成高分子的DNA呢?(是把一个脱氧核苷酸的碱基和下一个脱氧核苷酸的碱基连接,还是把磷酸基团连接,再或者是连接脱氧核糖?)

教师先组织学生讨论然后请学生尝试按本组的讨论结果进行组件的连接,最后学生讨论交流后得出结论:磷酸和脱氧核糖交替连接。

问题2DNA是怎样的两条长链构成的双螺旋结构呢?

问题3:脱氧核苷酸长链之间是如何连接起来的呢?

为解决这两个问题,教师随后出示相关的研究结果,DNA双链是反向平行的。碱基在内部,通过氢键相连接,AT配对,之间形成2个氢键,CG配对,之间形成3个氢键。

下一环节便是教学的升华阶段,教师要求学生开展小组合作动手学习,利用桌子上的各种组件进行DNA结构模型的制作探究,尝试把模型搭建起来后进行组间交流与展示。具体安排如下:12组完成DNA结构的特点探讨,34组完成思考DNA为什么具有多样性,56组完成DNA如何储存遗传信息的探讨。动手又动脑的学习就开始了。

10分钟后,每组先由代表对本组的探究问题进行阐述,不完整时由其他组员补充或完善,再进行组间交流,展示成果。

关于DNA结构的特点探讨:学生通过动手组建模型,发现DNA的两条链反向平行,磷酸与脱氧核糖排列在外侧,构成基本骨架,碱基对位于内部,该平面模型酷似一把梯子,扶手与台阶一目了然。接着教师再演示将DNA盘旋成规则的双螺旋结构,使学生产生立体感。

 

 

 

 

     脱氧核苷酸对数不同

 

 

 

 

 

 

 

碱基对的排列顺序不同

关于DNA如何储存遗传信息的探讨,这个问题的解决可以让每组的代表相互展示自己的DNA模型,经比较就能发现区别。通过分析DNA的多样性,学生不难分析出遗传信息储存在其内部的碱基排列顺序中,这好比是电话号码,虽然都由10个数字组成,但其排列组合方式多种多样,而多样的排列顺序就意味着里面贮存不同的遗传信息。

三、课堂教学效果

本节课是对己学孟德尔遗传定律和减数分裂知识的进一步深入,更是学习整个遗传部分的基础。如果只是知识的满堂灌难免提不起学习的兴趣,以做来学的形式解决了这个矛盾。以动手为主导的教学方式培养了学生对DNA模型的观察和分析能力,加强了学生之间的小组合作,大家通过踊跃发言锻炼了语言表达能力,体验了模型构建的科学研究方法。最后通过对DNA结构模型发现的历史资料开展阅读,近而体会到科学家通过一个世纪的探究,用衍射等方法发现DNA结构,科学家们合作研究、锲而不舍的科研精神值得我们学习;科学家们捕捉和分析信息等思维方式值得我们借鉴,师生形成共鸣,在知识、能力与情感态度价值观等三维教学目标上都有充分体现,最终培养了学生的学科素养。

参考资料:

1、吴慧《学以致用,科学设计实验程序—“DNA的复制”叙事案例》中学生物学,2016

2、曹志江《 中学生物学教师专业发展与课堂教学叙事案例分析》北京科学出版社,2012

3、傅敏、田慧生《课堂教学叙事研究:理论与实践》北京教育科学出版社,2009

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