资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 生物学 年级 高一 学期 春季
课题 探究·实践——制作DNA双螺旋结构模型
教科书 书 名：遗传与进化（必修2） 出版社：人民教育出版社
教学目标
通过制作、观察DNA双螺旋结构模型，感知DNA能够储存遗传信息的结构优势，认同生命的物质性和信息性，形成结构与功能相适应的生命观念。 运用“奥斯本检核表法”对DNA双螺旋模型进行多维度的优化设计，发展模型与建模、“评价-质疑-溯源/迁移”的科学思维。 3.通过完成小组探究活动，体会合作学习和互动交流在知识、技能学习中的重要性，利用创新思维提升“发现问题——设计实验——实施方案——解决问题”的科学探究能力。 4.了解我国科学家在“古DNA研究”领域的成果，认同科技造福人类，领悟多学科交叉在生物学研究中的重要作用，激发为国家、为社会做贡献的意识，培养社会责任感。
教学重难点
学情分析： 通过之前的系统学习，学生已经初步了解DNA分子的结构与功能，但DNA的双螺旋结构比较抽象，对于某些空间想象力较弱的同学，随着后续章节知识的学习难度逐步加大，当遇到以DNA结构为依托的内容（例如“DNA分子复制”、“遗传信息的表达”以及相关计算规律等）时会比较吃力。本节课起到承前启后的作用，既能让学生感知DNA结构的特点，还可使学生加深对碱基互补配对原则的理解，从而为学习遗传信息的传递与表达、基因突变、表观遗传学、DNA分子杂交技术、PCR扩增技术、基因工程等内容打好基础。 教学重点： 1. DNA双螺旋结构模型的优化设计 2. DNA双螺旋结构模型的拓展应用 教学难点： DNA双螺旋模型的优化设计与拓展应用 解决策略： 本课例运用“教、学、评”一致性理念，以“奥斯本检核表”中多维度的创新技法为导向，结合情境化教学，制定了指向培养学生高阶思维能力的教学目标体系。在学习模型建构之初，选择以一个简单的模型展开教学，让学生由浅入深，按照“单体→单体的链接方式→DNA单链结构→DNA双链平面结构→DNA立体空间结构”的顺序，引导学生扎实基础、完善模型的结构层次，逐渐构建出具有直观性、简约性、遗传信息可变的DNA模型。本堂课着重关注学生完成任务时的思维发展、及其动手操作过程，可通过学生自评、小组间互评的表现性评价，促进学生高效学习。 2. 通过“探究引领”和“任务驱动”的形式引导学生掌握“DNA双螺旋结构特点”的相关知识。以任务驱动的形式呈现学习目标，将建模思维融入探究活动，进行了重难点的突破。在局部的探究任务中，通过巧设问题串加强问题间的逻辑关联与层次性，建立“创设情境——发现问题——分析、解决问题——切换情境角度——发现新问题——分析、解决新问题”的递进模式，准确了解学生的知识薄弱点，培养学生遵循事实和证据进行正确严谨的逻辑分析，创造性地提出观点，逐步形成“质疑批判调整”的认知品质，最终实现学生科学思维的高阶发展。 3.按照教科书的编排顺序，“DNA与生物进化”的新授课内容位于必修二第六章，但关于“以DNA序列为重点研究内容的生物信息学在生物进化领域的应用”最早出现在第三章第1节（即“DNA是主要的遗传物质”）正文结束后的“生物科技进展”拓展阅读部分，而“应用DNA分子杂交技术判断不同物种之间的差异”位于第三章的章末复习题中，这三部分内容高度一致，却零散分布在教科书的不同位置，本节课巧妙将其串联成一条知识迁移线，对“DNA分子序列多样性与特异性”加以拓展应用，完善了教学情境主线。 4.本课例根据ＳＴＥＭ的教育理念，以生物科学为理论基础，引导学生综合运用工程学、数学、物理及信息技术等跨学科知识和技能开展“构建DNA分子结构模型”的探究活动，培养了学生设计方案、解决特定问题的能力。
教学过程
一、教学流程图 二、学习过程 （一）课前准备，探求新知 教师组织与引导布置课前学习任务： 阅读教材48-52页； 思考与讨论制作“DNA分子双螺旋模型”的原理、材料的用法、用量。制定模型构建的方案。学生活动熟悉教材，填写预习案，并写出遇到的问题，留待课堂答疑解惑； 小组合作搜集关于DNA分子结构特点的资料等。设计意图增强学生的学习能力与对新知识初步掌握的踏实感，提高学生在课堂上对庞杂知识点进行模块式系统教学的接受度，并为小组合作学习打好认知基础。
（二）引入新课：回顾DNA双螺旋结构的探究历程 教师组织 与引导播放视频，展示访谈节目“面对面”片段：付巧妹（中科院古脊椎与古人类研究所的青年科学家）谈论与习近平总书记对话后的感悟。引入“我是谁、我从哪里来”的进化学研究初衷。播放自制的微课：“DNA双螺旋结构的发现历程”。 学生活动尝试在熟悉的生活片段中找到与本课知识点的关联。 体会人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程，进一步领悟多学科交叉在生物学研究中的重要作用。设计意图1.积极应用、开发各种多媒体素材，丰富课程资源； 2.【德育渗透】 将本节课的探究学习目标融入到社会热点议题中，体现生物学的实用性。致敬科学工作者，提升民族自豪感。核心素养达成社会责任
任务驱动一： 制作DNA分子的结构模型 探究活动1：尝试构建DNA分子的平面模型及立体模型（模型一） 教师 组织 与引导展示图片，回顾DNA分子的结构特点。 引导学生用纸片等材料构件“DNA分子的平面结构模型”，并开展小组间评价。观看“构建DNA空间结构模型”的示范操作视频。学生 活动复习巩固小组合作完成“脱氧核苷酸→脱氧核苷酸链→DNA平面结构→DNA空间结构”的制作。纠错与深度思考 设计 意图深化物理模型构建的理论依据。厘清DNA的结构层次， 提高团结协作能力。引导学生注重模型的科学性，强调模型与原型的对应关系。核心素养达成科学思维科学思维 科学探究科学思维
任务驱动二： 运用“奥斯本检核表法”优化DNA双螺旋结构模型 探究活动2：制作DNA分子的结构模型（模型二） 教师组织与引导引导学生对“模型一”进行修正和完善。引导学生对“模型二”进行科学性评价与拓展分析。学生活动发现模型一只能体现DNA分子的特异性，无法体现多样性，于是进行模型修改，并在动手制作过程中体会DNA分子结构的稳定性。 分析评价DNA分子模型可否上下颠倒使用，思考讨论DNA分子的“手性”问题。设计意图在实验材料的选取上预留出探究空间；引导学生发散思维，重视对实验结果的合理分析、运用模型阐释生命现象、解决生物学问题。避免思维定式，使模型制作流于形式。核心素养达成生命观念：结构与功能观 科学思维：归纳与概括、模型与建模、批判性思维、创造性思维 科学探究：观察、提问、设计、实施、评价
探究活动3：制作DNA分子的结构模型（模型三） 教师组织与引导引导学生对“模型一”、“模型二”进行观察，引发新思考。讲述“DNA分子杂交技术”概念及其在生物进化中的应用。 展示付巧妹研究员与导师斯万特·帕博（2022年诺贝尔生理学或医学奖得主）共同开发了从古人类遗骸中提取DNA的技术，追溯DNA里的进化标记。介绍DNA序列数据库——“Genbank”的用途。 学生活动提出“氢键”产生部位的疑惑，查阅资料，制作新模型，并类比应用到RNA的模型制作中。分析DNA碱基互补配对与判断不同物种亲缘关系之间的关系。了解“分子生物学”在进化领域的应用。了解基于大数据对遗传信息进行分析的科学前沿技术。设计意图充分利用教材中的情境素材，引导学生发散思维，合理分析、运用模型阐释生命现象、解决生物学问题。避免思维定式，使模型制作流于形式。核心素养达成生命观念：结构与功能观、进化与适应观 科学思维：归纳与概括、模型与建模、批判性思维、创造性思维 科学探究：观察、提问、设计、实施、评价
探究活动4：制作DNA分子的结构模型（模型四） 教师组织与引导引导学生对“模型一”、“模型二”、“模型三”进行观察，尝试制作新的模型。举例展示从获批的“国家实用新型专利”及参考文献中获得灵感制作的简易模型。 进行知识拓展，用该简易模型演示“DNA变性”的过程。学生活动简化制作工艺，体现DNA分子双螺旋的特点。思考分析： 变性后的DNA分子有何结构特点？ 哪种化学键断裂，哪种化学键不发生改变？ 3、DNA稳定性与碱基对的种类、数量有何关系？设计意图引导学生发散思维，合理分析、运用模型阐释生命现象、解决生物学问题。避免思维定式，使模型制作流于形式。引导学生分析归纳出DNA分子的基本骨架在变性环境中依然保持稳定性，认同DNA作为遗传物质的结构优势，进而推测出DNA分子复制后，亲代DNA有可能以单链为整体，保持较稳定的结构长期存在。为下一教学环节做铺垫。核心素养达成科学思维：归纳与概括、模型与建模、批判性思维、创造性思维 科学探究：观察、提问、设计、实施、评价生命观念：结构与功能观、 进化与适应观 科学思维：归纳与概括、模型与建模 科学探究：观察、提问
（五）思维发散，课堂延伸 任务驱动三：推测DNA分子的复制方式 教师组织与引导引导学生小结本节课构建的一系列模型。引导学生结合DNA双螺旋结构的特点、DNA变性相关知识，推测DNA分子的复制方式学生活动思考、总结、归纳， 尝试构建“物理-概念融合模型”。 设计实验方案，用模型演示“全保留复制”和“半保留复制”的猜想：设计意图对本节课知识进行结构化梳理，同时激发学生自主学习的动力。引导学生发散思维，运用模型特点合理分析DNA作为遗传信息执行“传递”功能的结构基础，培养敏锐的洞察力和严密的逻辑思维能力。核心素养达成科学思维生命观念：结构与功能观 科学思维：模型与建模、创造性思维 科学探究：观察、提问、设计、实施、评价
（六）课后训练、知识巩固 布置课后作业 （七）本节课的亮点 1.本课例根据学生在“基础教育精品课”平台获取知识的方式及特点，有针对性地进行了如下设计： （1）每节新课由不同教师讲授，为了提高知识的衔接性与学生的接受能力，做课教师观看分析了上一节（第三章第2节——DNA的结构）和下一节（第三章第3节——DNA的复制）两节部级优课内容后，设计了课程之初自制微课导入科学史——“DNA分子结构的探究历程”，用“时间轴”总结了上一节课的主要内容；又以“点破不说破”、“留白”的形式，激发学生的好奇心和思维惯性，承接下节课“DNA分子复制”的相关知识，使同一个观课学生即便在与不同教师进行思维交流，也始终未脱离“遗传的物质基础”这一大单元学习主线。 （2）观看“基础教育精品课”的学生来自全国不同地域，为了使教学情境更具“代表性”、“规范性”、与“普适性”，本课例最大程度提高了对教材的依赖性，选取的探究任务情境和随堂练习情境皆源自于此。“教科书”在教师的角度被称作“教材”，在学生的角度被称作“课本”。教师只有认同教材在教学过程中的“权威性”和“参照性”，充分挖掘教材的内容，多元整合教育资源，才能实现“用教材教”而非“教教材”，继而使学生更深刻地理解到，“课本”乃“课堂之本”，而非多媒体课件与教辅资料的“附属品”。在充分挖掘教材，整合教育资源的同时，又结合了近年诺贝尔奖在生物学科前沿的最新研究成果，使“教”与“学”更具趣味性、实用性与科研价值。 2. 本课例运用“教、学、评”一致性理念，以提高生物学科核心素养为宗旨，结合情境化教学，制定了指向培养学生高阶思维能力的教学目标体系。为了确保模型设计与建构的科学性和严谨性，教学过程中，以“奥斯本检核表”为依托实施了DNA双螺旋结构的模型拓展，并着重关注学生完成任务时的思考、操作过程，教师进行了多角度的过程性评价，激发了学生的学习热情和自我效能感。 3.本课例根据ＳＴＥＭ的教育理念，以生物科学为理论基础， 引导学生综合运用工程学、数学、物理及信息技术等跨学科知识和技能开展构建DNA分子结构模型的探究活动，培养设计方案，解决特定问题的能力。学科综合素养得以提升，为学生进一步深造学习、获得职业技能等奠定基础。

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