資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 生物學 年級 高一 學期 春季
課題 探究·實踐——制作DNA雙螺旋結構模型
教科書 書 名：遺傳與進化（必修2） 出版社：人民教育出版社
教學目標
通過制作、觀察DNA雙螺旋結構模型，感知DNA能夠儲存遺傳信息的結構優勢，認同生命的物質性和信息性，形成結構與功能相適應的生命觀念。 運用“奧斯本檢核表法”對DNA雙螺旋模型進行多維度的優化設計，發展模型與建模、“評價-質疑-溯源/遷移”的科學思維。 3.通過完成小組探究活動，體會合作學習和互動交流在知識、技能學習中的重要性，利用創新思維提升“發現問題——設計實驗——實施方案——解決問題”的科學探究能力。 4.了解我國科學家在“古DNA研究”領域的成果，認同科技造福人類，領悟多學科交叉在生物學研究中的重要作用，激發為國家、為社會做貢獻的意識，培養社會責任感。
教學重難點
學情分析： 通過之前的系統學習，學生已經初步了解DNA分子的結構與功能，但DNA的雙螺旋結構比較抽象，對于某些空間想象力較弱的同學，隨著后續章節知識的學習難度逐步加大，當遇到以DNA結構為依托的內容（例如“DNA分子復制”、“遺傳信息的表達”以及相關計算規律等）時會比較吃力。本節課起到承前啟后的作用，既能讓學生感知DNA結構的特點，還可使學生加深對堿基互補配對原則的理解，從而為學習遺傳信息的傳遞與表達、基因突變、表觀遺傳學、DNA分子雜交技術、PCR擴增技術、基因工程等內容打好基礎。 教學重點： 1. DNA雙螺旋結構模型的優化設計 2. DNA雙螺旋結構模型的拓展應用 教學難點： DNA雙螺旋模型的優化設計與拓展應用 解決策略： 本課例運用“教、學、評”一致性理念，以“奧斯本檢核表”中多維度的創新技法為導向，結合情境化教學，制定了指向培養學生高階思維能力的教學目標體系。在學習模型建構之初，選擇以一個簡單的模型展開教學，讓學生由淺入深，按照“單體→單體的鏈接方式→DNA單鏈結構→DNA雙鏈平面結構→DNA立體空間結構”的順序，引導學生扎實基礎、完善模型的結構層次，逐漸構建出具有直觀性、簡約性、遺傳信息可變的DNA模型。本堂課著重關注學生完成任務時的思維發展、及其動手操作過程，可通過學生自評、小組間互評的表現性評價，促進學生高效學習。 2. 通過“探究引領”和“任務驅動”的形式引導學生掌握“DNA雙螺旋結構特點”的相關知識。以任務驅動的形式呈現學習目標，將建模思維融入探究活動，進行了重難點的突破。在局部的探究任務中，通過巧設問題串加強問題間的邏輯關聯與層次性，建立“創設情境——發現問題——分析、解決問題——切換情境角度——發現新問題——分析、解決新問題”的遞進模式，準確了解學生的知識薄弱點，培養學生遵循事實和證據進行正確嚴謹的邏輯分析，創造性地提出觀點，逐步形成“質疑批判調整”的認知品質，最終實現學生科學思維的高階發展。 3.按照教科書的編排順序，“DNA與生物進化”的新授課內容位于必修二第六章，但關于“以DNA序列為重點研究內容的生物信息學在生物進化領域的應用”最早出現在第三章第1節（即“DNA是主要的遺傳物質”）正文結束后的“生物科技進展”拓展閱讀部分，而“應用DNA分子雜交技術判斷不同物種之間的差異”位于第三章的章末復習題中，這三部分內容高度一致，卻零散分布在教科書的不同位置，本節課巧妙將其串聯成一條知識遷移線，對“DNA分子序列多樣性與特異性”加以拓展應用，完善了教學情境主線。 4.本課例根據ＳＴＥＭ的教育理念，以生物科學為理論基礎，引導學生綜合運用工程學、數學、物理及信息技術等跨學科知識和技能開展“構建DNA分子結構模型”的探究活動，培養了學生設計方案、解決特定問題的能力。
教學過程
一、教學流程圖 二、學習過程 （一）課前準備，探求新知 教師組織與引導布置課前學習任務： 閱讀教材48-52頁； 思考與討論制作“DNA分子雙螺旋模型”的原理、材料的用法、用量。制定模型構建的方案。學生活動熟悉教材，填寫預習案，并寫出遇到的問題，留待課堂答疑解惑； 小組合作搜集關于DNA分子結構特點的資料等。設計意圖增強學生的學習能力與對新知識初步掌握的踏實感，提高學生在課堂上對龐雜知識點進行模塊式系統教學的接受度，并為小組合作學習打好認知基礎。
（二）引入新課：回顧DNA雙螺旋結構的探究歷程 教師組織 與引導播放視頻，展示訪談節目“面對面”片段：付巧妹（中科院古脊椎與古人類研究所的青年科學家）談論與習近平總書記對話后的感悟。引入“我是誰、我從哪里來”的進化學研究初衷。播放自制的微課：“DNA雙螺旋結構的發現歷程”。 學生活動嘗試在熟悉的生活片段中找到與本課知識點的關聯。 體會人類對遺傳物質的認識是不斷深化、不斷完善的過程，進一步領悟多學科交叉在生物學研究中的重要作用。設計意圖1.積極應用、開發各種多媒體素材，豐富課程資源； 2.【德育滲透】 將本節課的探究學習目標融入到社會熱點議題中，體現生物學的實用性。致敬科學工作者，提升民族自豪感。核心素養達成社會責任
任務驅動一： 制作DNA分子的結構模型 探究活動1：嘗試構建DNA分子的平面模型及立體模型（模型一） 教師 組織 與引導展示圖片，回顧DNA分子的結構特點。 引導學生用紙片等材料構件“DNA分子的平面結構模型”，并開展小組間評價。觀看“構建DNA空間結構模型”的示范操作視頻。學生 活動復習鞏固小組合作完成“脫氧核苷酸→脫氧核苷酸鏈→DNA平面結構→DNA空間結構”的制作。糾錯與深度思考 設計 意圖深化物理模型構建的理論依據。厘清DNA的結構層次， 提高團結協作能力。引導學生注重模型的科學性，強調模型與原型的對應關系。核心素養達成科學思維科學思維 科學探究科學思維
任務驅動二： 運用“奧斯本檢核表法”優化DNA雙螺旋結構模型 探究活動2：制作DNA分子的結構模型（模型二） 教師組織與引導引導學生對“模型一”進行修正和完善。引導學生對“模型二”進行科學性評價與拓展分析。學生活動發現模型一只能體現DNA分子的特異性，無法體現多樣性，于是進行模型修改，并在動手制作過程中體會DNA分子結構的穩定性。 分析評價DNA分子模型可否上下顛倒使用，思考討論DNA分子的“手性”問題。設計意圖在實驗材料的選取上預留出探究空間；引導學生發散思維，重視對實驗結果的合理分析、運用模型闡釋生命現象、解決生物學問題。避免思維定式，使模型制作流于形式。核心素養達成生命觀念：結構與功能觀 科學思維：歸納與概括、模型與建模、批判性思維、創造性思維 科學探究：觀察、提問、設計、實施、評價
探究活動3：制作DNA分子的結構模型（模型三） 教師組織與引導引導學生對“模型一”、“模型二”進行觀察，引發新思考。講述“DNA分子雜交技術”概念及其在生物進化中的應用。 展示付巧妹研究員與導師斯萬特·帕博（2022年諾貝爾生理學或醫學獎得主）共同開發了從古人類遺骸中提取DNA的技術，追溯DNA里的進化標記。介紹DNA序列數據庫——“Genbank”的用途。 學生活動提出“氫鍵”產生部位的疑惑，查閱資料，制作新模型，并類比應用到RNA的模型制作中。分析DNA堿基互補配對與判斷不同物種親緣關系之間的關系。了解“分子生物學”在進化領域的應用。了解基于大數據對遺傳信息進行分析的科學前沿技術。設計意圖充分利用教材中的情境素材，引導學生發散思維，合理分析、運用模型闡釋生命現象、解決生物學問題。避免思維定式，使模型制作流于形式。核心素養達成生命觀念：結構與功能觀、進化與適應觀 科學思維：歸納與概括、模型與建模、批判性思維、創造性思維 科學探究：觀察、提問、設計、實施、評價
探究活動4：制作DNA分子的結構模型（模型四） 教師組織與引導引導學生對“模型一”、“模型二”、“模型三”進行觀察，嘗試制作新的模型。舉例展示從獲批的“國家實用新型專利”及參考文獻中獲得靈感制作的簡易模型。 進行知識拓展，用該簡易模型演示“DNA變性”的過程。學生活動簡化制作工藝，體現DNA分子雙螺旋的特點。思考分析： 變性后的DNA分子有何結構特點？ 哪種化學鍵斷裂，哪種化學鍵不發生改變？ 3、DNA穩定性與堿基對的種類、數量有何關系？設計意圖引導學生發散思維，合理分析、運用模型闡釋生命現象、解決生物學問題。避免思維定式，使模型制作流于形式。引導學生分析歸納出DNA分子的基本骨架在變性環境中依然保持穩定性，認同DNA作為遺傳物質的結構優勢，進而推測出DNA分子復制后，親代DNA有可能以單鏈為整體，保持較穩定的結構長期存在。為下一教學環節做鋪墊。核心素養達成科學思維：歸納與概括、模型與建模、批判性思維、創造性思維 科學探究：觀察、提問、設計、實施、評價生命觀念：結構與功能觀、 進化與適應觀 科學思維：歸納與概括、模型與建模 科學探究：觀察、提問
（五）思維發散，課堂延伸 任務驅動三：推測DNA分子的復制方式 教師組織與引導引導學生小結本節課構建的一系列模型。引導學生結合DNA雙螺旋結構的特點、DNA變性相關知識，推測DNA分子的復制方式學生活動思考、總結、歸納， 嘗試構建“物理-概念融合模型”。 設計實驗方案，用模型演示“全保留復制”和“半保留復制”的猜想：設計意圖對本節課知識進行結構化梳理，同時激發學生自主學習的動力。引導學生發散思維，運用模型特點合理分析DNA作為遺傳信息執行“傳遞”功能的結構基礎，培養敏銳的洞察力和嚴密的邏輯思維能力。核心素養達成科學思維生命觀念：結構與功能觀 科學思維：模型與建模、創造性思維 科學探究：觀察、提問、設計、實施、評價
（六）課后訓練、知識鞏固 布置課后作業 （七）本節課的亮點 1.本課例根據學生在“基礎教育精品課”平臺獲取知識的方式及特點，有針對性地進行了如下設計： （1）每節新課由不同教師講授，為了提高知識的銜接性與學生的接受能力，做課教師觀看分析了上一節（第三章第2節——DNA的結構）和下一節（第三章第3節——DNA的復制）兩節部級優課內容后，設計了課程之初自制微課導入科學史——“DNA分子結構的探究歷程”，用“時間軸”總結了上一節課的主要內容；又以“點破不說破”、“留白”的形式，激發學生的好奇心和思維慣性，承接下節課“DNA分子復制”的相關知識，使同一個觀課學生即便在與不同教師進行思維交流，也始終未脫離“遺傳的物質基礎”這一大單元學習主線。 （2）觀看“基礎教育精品課”的學生來自全國不同地域，為了使教學情境更具“代表性”、“規范性”、與“普適性”，本課例最大程度提高了對教材的依賴性，選取的探究任務情境和隨堂練習情境皆源自于此。“教科書”在教師的角度被稱作“教材”，在學生的角度被稱作“課本”。教師只有認同教材在教學過程中的“權威性”和“參照性”，充分挖掘教材的內容，多元整合教育資源，才能實現“用教材教”而非“教教材”，繼而使學生更深刻地理解到，“課本”乃“課堂之本”，而非多媒體課件與教輔資料的“附屬品”。在充分挖掘教材，整合教育資源的同時，又結合了近年諾貝爾獎在生物學科前沿的最新研究成果，使“教”與“學”更具趣味性、實用性與科研價值。 2. 本課例運用“教、學、評”一致性理念，以提高生物學科核心素養為宗旨，結合情境化教學，制定了指向培養學生高階思維能力的教學目標體系。為了確保模型設計與建構的科學性和嚴謹性，教學過程中，以“奧斯本檢核表”為依托實施了DNA雙螺旋結構的模型拓展，并著重關注學生完成任務時的思考、操作過程，教師進行了多角度的過程性評價，激發了學生的學習熱情和自我效能感。 3.本課例根據ＳＴＥＭ的教育理念，以生物科學為理論基礎， 引導學生綜合運用工程學、數學、物理及信息技術等跨學科知識和技能開展構建DNA分子結構模型的探究活動，培養設計方案，解決特定問題的能力。學科綜合素養得以提升，為學生進一步深造學習、獲得職業技能等奠定基礎。

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