劉曉菊 李玉娜 （河北省盧龍縣中學 河北秦皇島 066400）

體驗式學習注重為學習者提供真實或模擬真實的環(huán)境，通過設計模擬活動，讓學習者通過個人在活動中充分“參與”來獲得個人的經(jīng)驗、感受、覺悟，然后進行交流和分享，并通過反思再總結提升為理論成果，最后將理論成果放到實踐應用中去檢驗。體驗式教學注重學習者主觀能動性的發(fā)揮，并使其學習能力得到提升，因而體驗式教學在新課改中被廣泛應用。而對于生物學這門與實際生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密的學科，體驗式教學更容易使學習者抓住知識的內涵，理解知識的形成過程及運用知識解決實際問題，使知識內化成學習者可把握的“點”和“面”。筆者以“DNA分子的結構”一節(jié)課為例，著重實施了引導學生“體驗”并“學習”DNA分子的雙螺旋結構。

1 教材分析及學情分析

1.1 教材分析

DNA分子的結構是對前面已學習的孟德爾遺傳定律和減數(shù)分裂知識進一步的深化理解，也是學習整個遺傳模塊的基礎。它與必修1中所學的核酸和細胞的增殖等知識相聯(lián)系，同時也是學習DNA的復制、基因的表達、基因突變等知識及選修3中基因工程的基礎。

1.2 學情分析

學生已經(jīng)掌握核酸的種類、元素組成及其基本組成單位，認識了有絲分裂、減數(shù)分裂和受精作用等生物學基礎，掌握了生物的生殖過程、染色體的化學組成等相關知識，懂得DNA是主要的遺傳物質，這為新知識的學習奠定了認知基礎。

2 教學目標

（1）了解DNA雙螺旋結構模型構建的科學史；概述DNA分子結構的主要特點；制作DNA分子雙螺旋結構模型，總結DNA分子的特性。

（2）通過動手制作模型，培養(yǎng)觀察分析能力、動手能力，結合資料分析DNA雙螺旋結構模型的科學性，反思建模過程，體會建模的思想，提高建模能力。

（3）體驗科學家建立DNA雙螺旋結構模型的艱辛與曲折，體驗科學家的堅持不懈、團結合作的精神，形成勇于創(chuàng)新的科學態(tài)度與為科學獻身的精神。

3 教學過程

3.1 導入激趣

教師展示北京中關村高科技園區(qū)的DNA雕塑圖片、雅典奧運會上“DNA的燈光秀”經(jīng)典場景。師生達成共識：DNA分子已經(jīng)成為現(xiàn)代高科技的標志和象征。

教師繼續(xù)展示兇殺案圖片，并說明：這起兇殺案的案情撲朔迷離，犯罪嫌疑人卻提供了不在現(xiàn)場的證據(jù)。這時，法醫(yī)在現(xiàn)場找到了留在被害人指甲中的一些皮膚組織，警方應該如何破案？學生思考后回答：從被害人指甲中的皮膚細胞中提取到DNA，利用DNA鑒定技術協(xié)助破案 。

設計意圖：通過播放與社會熱點相聯(lián)系的圖片，激發(fā)學生學習興趣，促進學生回憶已有生物學相關知識。

3.2 學習“DNA分子規(guī)則的雙螺旋結構模型”建構的科學史

教師引導學生閱讀人教版教材P47-48科學家建構DNA雙螺旋結構模型的故事，要求學生：總結每位科學家所做出的貢獻，并談談你受到的啟發(fā)。

第1組學生代表回答：威爾金斯和富蘭克林的貢獻是獲得了DNA衍射圖譜；查哥夫提供了非常有用的信息：A的數(shù)量等于T，C的數(shù)量等于G；沃森和克里克構建了“DNA雙螺旋結構模型”。我們小組得到啟示：科學研究的過程可能是曲折的，最后的成果是建立在前人研究成果之上的，因此科學成果是科學家堅持不懈、團隊合作的成果。

設計意圖：教師引導學生了解DNA分子模型構建中的關鍵要點：堿基數(shù)目規(guī)律（A=T，C=G）。通過設問引導學生樹立科研志向，培養(yǎng)學生的團隊合作意識，使學生形成勇于創(chuàng)新的科學態(tài)度與為科學獻身的正確的價值觀。

3.3 模型建構，發(fā)揮學習者的主觀能動性

3.3.1 模型建構1：一個“脫氧核苷酸”

教師引導學生回顧人教版必修1“核酸”有關的內容，組成DNA分子的基本組成單位是什么？是由哪些成分構成？教師提示學生拿出課前分發(fā)到每個小組的相關教具（圖1），學生以小組為單位活動，用相關教具組裝DNA基本組成單位的模型（脫氧核苷酸）。在學生分組制作模型的過程中，教師引導學生認識五碳糖的5個碳原子的位置。

5 min后，第2組學生代表展示模型并講解分析：DNA分子的基本組成單位是脫氧核苷酸，一分子脫氧核苷酸是由一分子含氮堿基、一分子脫氧核糖、一分子磷酸基團構成。我們組構建了4種脫氧核苷酸模型，字母A代表腺嘌呤，該模型代表“腺嘌呤脫氧核苷酸”，展示模型（圖2）。

圖1 模型構建所需教具

圖2 第2組學生制作“腺嘌呤脫氧核苷酸”模型

設計意圖：讓學生動手制作并區(qū)分4種“脫氧核苷酸模型”，并認識各“元件”所代表的成分，為下一步制作“脫氧核苷酸鏈”模型做準備。這樣可以分散難點，使學生學習循序漸進。

3.3.2 模型建構2：一條“脫氧核苷酸鏈”

教師繼續(xù)設問，一條脫氧核苷酸鏈中脫氧核苷酸之間是在什么部位相互連接的?通過什么化學鍵連接的?學生分小組活動，用不同顏色的導線作為新形成的化學鍵，使單個脫氧核苷酸形成脫氧核苷酸長鏈，第3組學生代表展示模型并做出相應板畫（圖3）。

第3組學生代表根據(jù)板畫講解分析：一個脫氧核苷酸的3′碳原子上的-OH與另一個脫氧核苷酸的磷酸基團通過反應，形成3′5′—磷酸二酯鍵，使兩個“脫氧核苷酸”連接起來，依此類推便可形成脫氧核苷酸長鏈，并展示模型（圖4）。教師對形成3′5′—磷酸二酯鍵過程進行拓展：一個脫氧核苷酸的3′羥基失去H原子，另一個脫氧核苷酸5′碳原子上的磷酸基失去H、O兩個原子，完成脫水縮合形成3′5′—磷酸二酯鍵。

圖3 第3組學生脫氧核苷酸鏈的板畫

圖4 第3組學生制作“脫氧核苷酸長鏈”模型

設計意圖：學生通過自己動手制作，演示單個脫氧核苷酸形成脫氧核苷酸長鏈的過程，就更加清楚脫氧核苷酸長鏈中與磷酸基團所連的兩個化學鍵中哪個是后形成的磷酸二酯鍵，哪個是一個“脫氧核苷酸單位”內部的化學鍵，幫助學生區(qū)分容易混淆的知識點。通過模型制作活動中學生的親自動手操作，結合思考與小組內討論以及展示活動中生與生之間交流、師生交流的深入，化解了知識難點，訓練了學生的科學思維，符合中學生物教學的核心素養(yǎng)提升目標。

3.3.3 模型建構3：DNA分子的平面結構模型

教師繼續(xù)引導學生分析以下問題：①DNA分子是由兩條脫氧核苷酸鏈構成，這兩條鏈通過什么化學鍵結合在一起?②空間結構中兩鏈位置關系如何?如何體現(xiàn)出來?然后，教師組織學生分組活動，要求學生用教具制作出另一條鏈，并把兩條鏈連接起來。教師提示學生可參考人教版教材P51練習里基礎題的第1題內容。

幾分鐘后小組活動完成，第4組學生代表甲在第3組學生所做板畫基礎之上完成兩條脫氧核苷酸鏈的連接（圖5），并著重展示分析堿基互補配對原則、堿基對、氫鍵等重要概念。

第4組學生代表乙根據(jù)板畫進行補充分析：DNA分子的兩條鏈位置關系為反向平行（在板畫上標出兩鏈的3'端和5'端），中間的“堿基對”以氫鍵相連，其中A與T配對，G與C配對，A與T之間為兩條氫鍵，圖上用兩條虛線表示，C與G之間三條氫鍵，用三條虛線表示。同時展示本小組建構的模型（圖6），模型中不同的顏色代表不同的堿基，氫鍵的條數(shù)用導線的條數(shù)表示。

圖5 第四組同學完成兩條脫氧抗苷酸鏈的連接

圖6 “DNA分子平面結構模型”

設計意圖：學生通過觀察DNA分子結構模式圖，制作模型，并在討論和相互糾錯中更能直觀地、深刻地理解DNA兩條脫氧核苷酸鏈的反向平行，并且對不同“堿基對”之間的氫鍵數(shù)目等細節(jié)知識形成“深刻記憶”。教師展示講解環(huán)節(jié)，訓練了學生對概念及專業(yè)術語的學習和恰當表述。

3.3.4 模型建構4：DNA分子規(guī)則的雙螺旋結構模型

教師再次展示DNA雕塑圖片，引導學生觀察DNA分子的螺旋結構，引出螺旋的方向討論。學生用2段銅芯導線代替DNA的兩條鏈，制作螺旋模型，小組間相互評價。

第5組學生展示模型并講解分析：指出生物體內天然DNA分子大多為“右手螺旋”，展示本組制作的導線模型（圖7）。

圖7 “DNA右手螺旋”模型

3.4 問題串幫助學生總結提升

教師展示問題串，總結知識，并要求學生補充：（1）穩(wěn)定性：DNA分子的雙螺旋結構是相對穩(wěn)定的，原因有：①內側堿基通過_____形成堿基對。②堿基間縱向的堆積力加固了穩(wěn)定性。③______平行的雙鏈結構，磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側構成_____。（2）多樣性：DNA分子只含有4種脫氧核苷酸，它如何能夠儲存足夠多的遺傳信息？DNA分子的____千變萬化。例如：一個具有n個堿基對的DNA分子所攜帶的遺傳信息是_____種。（3）特異性：不同DNA分子堿基對的排列順序不同。

參考答案：（1）氫鍵、反向、基本骨架 （2）堿基對排列順序、4n

3.5 師生共同總結DNA分子的“一、二、三、四、五”記憶口訣

DNA分子具有一種基本組成單位（脫氧核苷酸）、兩條反向平行鏈（脫氧核苷酸鏈）、三種小分子（脫氧核糖、磷酸、含氮堿基）、四種堿基對（G-C、A-T、T-A、C-G），五種組成元素（C、H、O、N、P）。

3.6 反饋練習：挑戰(zhàn)高考真題

（2016年高考上海卷28題）在DNA分子模型的搭建實驗中，若僅有訂書釘將脫氧核糖、磷酸、堿基連為一體并構建一個含 10對堿基（A有6個）的DNA雙鏈片段，那么使用的訂書釘個數(shù)為 （ ）

A.58 B.78 C.82 D.88

答案及解析：10對堿基的DNA雙鏈片段，共含有20個脫氧核苷酸，構成一個脫氧核苷酸需要2個訂書釘，20個脫氧核苷酸總共需要40個；一條DNA單鏈上10個脫氧核苷酸相連需要9個訂書釘，連接成一條單鏈，兩條鏈共需要18個；A-T之間2條氫鍵，C-G之間3條氫鍵，A-T為6個，C-G為4個，則雙鏈間的氫鍵數(shù)共有6×2+3×4=24，總共需要訂書釘40+18+24=82，因此C選項正確。

4 教學反思

這節(jié)課通過教師精心設計學生活動，引導學生分組制作一系列模型，提高了學生動手建模能力，培養(yǎng)了學生小組的團隊合作意識。在制作模型后的分組展示交流環(huán)節(jié)，學生展示小組作品，成就感十足，提高了語言表述、知識總結、識圖畫圖、分析探討等綜合能力。

通過模型制作這種體驗式學習獲得的知識不僅可以借助相關概念、文字等抽象符號激活，還可以借助相應的情緒記憶激活，知識“復現(xiàn)”的效果更為理想，有利于學生知識結構由抽象到具體的逐步“拉近”，展現(xiàn)了體驗式教學的優(yōu)勢。這種體驗式學習不僅讓學生對知識理解更直觀、更深刻，還有利于學生對后面各章節(jié)知識的學習和理解，為后續(xù)知識學習奠定基礎。

教師在課上要注意傾聽學生的表述，并及時糾錯和點評、引導，才能達到好的教學效果。教師在教學中發(fā)揮引導作用，重視科學史教學，培養(yǎng)學生科學研究的態(tài)度和熱愛科學的情感，把知識的傳授過程優(yōu)化成一個體驗式的探究過程，培養(yǎng)了學生科學探究、科學思維，利于中學生生物學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。