高中生物学“制作DNA双螺旋结构模型”的教学设计

周颖

摘 要：以STEAM教育理念为基础，设计“制作DNA双螺旋结构模型”的探究实践，让学生合作探究实践，发展学生的科学思维和科学探究能力，注重生物学科核心素养的落实。生物与其他学科的知识交叉融合，指导学生跨学科学习和建模学习，提高学生的语言表达艺术。

关键词：STEAM;探究实践;DNA双螺旋结构模型

STEAM教育理念是由美国提出的，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）和艺术（Arts），这五个学科交叉补充既能培养学生各方面的知识技能，又能发展学生的创造力和实践能力，尤其在生物学教学中，学生主动参与动脑动手活动，加深学生对生物学知识的理解和应用，培养全面发展的学生。

一、教材分析

“制作DNA双螺旋结构模型”是新教材必修2第三章第二节的探究实践，本节内容中沃森和克里克制作的DNA双螺旋结构模型就是物理模型，形象反映出DNA双螺旋结构的特征。上节课体验了沃森和克里克构建DNA结构模型的过程，下节课将学习DNA分子的复制。因此，本节课具有承前启后的作用。

二、学情分析

DNA分子是立体结构，学生理论上学习了DNA双螺旋，但对于其结构还缺乏空间认识，所以让学生小组合作选取构建模型所需材料设计模型图并亲自操作，既能巩固学生对DNA双螺旋结构的掌握，也能培养学生的综合能力。

三、教学目标

基于新课标生物学科核心素养和遗传与进化模块中的内容要求确定教学目标如下：1.通过复习回忆DNA结构的建立，描述DNA分子的结构特点（生命观念）;2.通过举例展示DNA结构模型并提供材料，小组合作选出所需材料（科学思维）;3.根据DNA双螺旋结构特点，小组合作绘制DNA双螺旋结构模型图，列出DNA结构的形状及空间和数量上的比例关系，注重知识的科学性和准确性（科学思维）;4.参照DNA结构图，教师指导下小组合作构建DNA双螺旋结构模型，注意准确性和艺术性（科学探究）;

四、教学重难点：

重点：说出DNA双螺旋结构特征，绘制结构模型图;

难点：小组合作选择合适的建模材料及构建DNA双螺旋结构图;

五、准备工作

1.准备材料：足够数量的乒乓球、硬纸板、泡沫塑料、订书钉、橡皮泥、牙签、铁丝、美工刀等;2.分组：教师将全班同学48人平均分成8组，每组6人，并选出一名组长，组长和各成员之间分工明确;

六、教学过程：

1. 回忆旧知，导入新课

教师指引学生回顾沃森和克里克构建DNA双螺旋结构的历程，引出本节课“制作DNA双螺旋结构模型”，教师展示DNA分子的双螺旋结构模型，请学生观察回忆并回答以下问题：（1）DNA分子由什么组成？是如何排列的？（2）遵循了什么原则？（3）DNA分子由几条链构成？是如何排列的？

设计意图：回忆DNA分子双螺旋的结构特点，为本节课的自主动手建构DNA模型奠定扎实理论知识基础，体现生物学教学的科学性

2. 讲授新课，明确DNA结构模型形状、特点及比例

2.1 多媒体展示规则的DNA双螺旋图片和资料，学生仔细观察阅读

2.2教师出示以前的学生制作的简易DNA双螺旋，并提出问题：（1）该模型使用了那些材料？每种材料分别代表什么物质？（2）该模型是否符合DNA双螺旋结构的特征，是否科学、严谨和美观？（3）如果是你来建构DNA模型，你会选用何种材料？如何设计制作？

设计意图：从科学（Science）和数学（Mathematics）角度加深学生对DNA结构的认识，并提醒学生在绘制DNA模型图和制作模型时注意各部分结构的形状、以及在数量和空间上的比例的科学性和严谨性，并在此渗透STEAM教育理念

3. 学生活动，探究实践

3.1学生以小组为单位展开讨论，在教师提前准备的多种建模材料中选择本小组所需材料（用乒乓球或橡皮泥代表磷酸，泡沫塑料替代脱氧核糖，硬纸板代表碱基，牙签、订书钉等代表氢键或磷酸二酯键等）

3.2小组成员探讨建模材料和DNA结构比例特点等，设计并绘制DNA结构模型图（A和T由两个氢键连接，G和C由三个氢键连接，制作DNA模型的螺旋直径和螺距比为1：1.7，双螺旋一周为10个碱基对）

3.3小组成员合作，利用材料和模型图共同构建DNA结构模型，尽量体现模型的科学性、技术性和美观性

设计意图：通过STEAM教育理念让学生感受生物学与数学、科学和艺术的交叉融合，小组合作自己动手加深对DNA结构特点的科学认识，遵循DNA结构比例展现DNA的艺术之美

4. 展示成果，交流讨论

各小组代表展示制作的DNA模型，介绍所用材料、是否符合DNA结构比例、产生的新想法以及遇到的问题，学生对此提出问题和建议，师生共同学习解决

设计意圖：师生共同探讨分享不同的想法和思路，提高学生的语言艺术和合作学习能力

5. 教师总结，布置作业

通过本节课的探究，学生对于DNA的结构有了更深入和准确的了解，发展了科学探究能力，将STEAM教育理念传递给学生，激发学生主动地探索生物学知识，并注重跨学科之间的联系。学生回去以后进一步完善本小组的DNA模型，不断延伸和扩大本节课的学习效果。

七、教学反思

1.在学生制作模型过程中，应引导学生分析DNA是如何保证遗传信息千变万化的，又是如何维系稳定性的，思考DNA可能的复制方式，为后面的学习做铺垫;2.“建构模型”是生物学学习中经常用的方法，让学生自己动手实践，提高科学思维和探究能力，同时深化学生的理论知识;3.在以后的生物学教学中，加强生物与数学、科学、艺术等的联系，建构相关学科交叉渗透的知识体系;深入贯彻STEAM教育理念，不能完全照搬国外的教育方式，要结合国内的教育摸索研究适合我们的STEAM教育方式。

参考文献

[1]杨建霞，etal.以STEM理念建构“DNA双螺旋结构模型”[J].中学生物学，2018，34（11）：29-31.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.