智能环境下生物学“翻转+融合”教学实践——以“DNA 的结构”教学为例

张芳芳

（泉州第五中学，福建 泉州 362000）

随着基础教育课程改革的深入推进，如何于疫情常态化下借助不断发展的信息技术手段，探索智能环境下的课堂教学策略，推进课堂教学及育人方式的变革，这是作为教育实践者及研究者的教师必须承担的时代责任。笔者尝试在高中生物学教学中运用“翻转+融合”教学策略，旨在借助信息技术构建智能学习环境，开展混合学习及智慧学习，充分发挥线上预习、线下课堂学习相融合的优势，激发学生的学习兴趣与主动性，促进学科核心素养的提高。［1］现以“DNA 的结构”教学为例，探讨“翻转+融合”教学策略。

一、例析高中生物学“翻转+融合”教学策略

（一）以生物科学史创设问题情境，引导学生跨学科学习

基于智能环境的高中生物学教学活动具有信息化、智能化的特征。但是部分学生在学习过程中出现了一系列“不良反应”，如缺乏观看教学视频兴趣与耐心，学习流程混乱，不知如何整合、重构生物学知识等。为此，课前的线上预习阶段，基于学生学情及高中生物学教学要求，创设系列问题情境：1.根据威尔金斯的DNA 衍射图谱，沃森和克里克推算出了什么重要结果？2.查哥夫的重要信息为何让沃森和克里克重获灵感？3.请梳理DNA 的结构研究过程中使用物理、化学及数学的原理和方法。4.若时光倒流到1951年，基于当时的科研成果，科学家能否逐步摸索出DNA 的结构？学生带着这些问题预习DNA 结构研究科学史，体验科学家搜集、分析信息的严谨的科学态度，以及持之以恒、交流合作的科学精神，思考多学科交叉应用的重要意义。课堂教学时，组织学生交流、分享课前线上学习成果。例如沃森和克里克如何利用DNA 的衍射图谱验证所建构的DNA 分子结构模型、DNA 结构研究过程中遇到的困难及解决方法、DNA 结构研究史的启发等。帮助学生学会有条理地整合、表达所获得的网络信息、学习资料及课本知识等。同时，有助于学生了解DNA 衍射图谱分析、碱基互补配对原则等物理学及化学知识，提高综合运用生物学知识及跨学科知识的能力。

可见，实施“翻转+融合”教学策略时，教师可以充分利用有关科学史设计问题情境，激发学生学习兴趣，习得有关生物学知识及跨学科知识，学会生物学探究方法及生物学学习方法，发挥科学史实的育人价值。

（二）线上线下融合，有针对性地指导学生学习

要针对性地指导学生线上学习，并根据线上学习数据，针对性地指导学生开展课堂学习活动，充分发挥“翻转+融合”教学策略的优势。

1.视频指导，线上温故

为了降低学生的智能设备使用时长和依赖度，教师要优化教学视频内容，精心制作符合学生的认知水平的教学视频。［2］例如，围绕核酸的基本单位——核苷酸，制作时长1 分20 秒的“DNA 的基本组成单位——脱氧核苷酸”教学小视频，创设有关脱氧核苷酸的化学组成及结构的问题情境，帮助学生复习必修1模块学过的知识，针对性地指导学生课前线上学习。

2.动手建模，线下知新

在课前观看“DNA 的基本组成单位——脱氧核苷酸”教学小视频的基础上，课堂上组织学生动手建构脱氧核苷酸链模型（图1）。首先，组织学生学习模型建构方法，再指导学生两人一组利用学具建构由10 个脱氧核苷酸连接成的脱氧核苷酸链模型，并相互评价及修正，提高课前线上学习成果。

图1 脱氧核苷酸单链模型

可见，实施“翻转+融合”教学策略时，教师不能依赖智能手段及相应的辅助教学设备，直接从有关学科网站下载现成的学习视频，或让学生长时间线上观看视频学习，应根据学生学情及教学条件，有针对性地开展线上、线下学习。

（三）学习平台互补，指导学生个性化学习

利用公共教育资源平台、学校慕课平台及校园网等线上学习平台，“量身打造”适合学生发展的个性化学习。

1.利用学习平台指导学生课前线上学习

福建省公共教育资源平台上有关学习资源丰富，教师可以根据教学目标选择、指导学生观看“DNA 的结构”相关预习资料，如以DNA 双螺旋结构为创意的某建筑视频、DNA 科学研究小故事、“DNA 的基本组成单位——脱氧核苷酸”原创教学视频等，要求学生根据导学案阅读教科书，进行课前线上学习（图2）。

图2 “DNA 的结构”学习内容及流程

2.利用学习平台指导学生课堂上讨论交流

指导学生在课堂上利用学校慕课平台上的有关视频、表格及文字等学习资料进行讨论交流，并以抢答、即问即答等方式，及时了解学生知识掌握情况与存在的问题。

例如，“DNA 的结构”课堂教学时，创设问题情境：为什么DNA 双螺旋结构中碱基在单链的外侧是错的？为什么相同碱基配对的方式被化学家否定？两种嘌呤与两种嘧啶到底是如何配对的？两条单链是正向平行还是反向平行？指导学生应用学校慕课平台进行在线问题式、情境式互动，得出如下结论：DNA 双螺旋结构中，碱基必须排列在内侧，而磷酸和脱氧核糖交替连接必须排列在外侧。根据有关实验数据可知嘌呤是双环结构、嘧啶是单环结构，而DNA 双螺旋结构的直径是恒定的，故嘌呤应当和嘧啶配对。根据查哥夫对多种生物DNA 的碱基定量分析实验数据，得出碱基的配对规律是A-T 和G-C。随后，指导学生进行DNA 结构模拟游戏，体验只有反向平行才能“握手”，学习碱基互补配对原则（图3）。

图3 “DNA 双链反向平行”模拟游戏

3.利用学习平台指导学生课堂练习及课后拓展

利用学校慕课平台及其评测系统，指导学生课堂练习与课后拓展，促进学生理解与应用DNA 分子结构特点及其功能。

例如，指导学生讨论分析：碱基互补配对原则、DNA 分子中碱基的比值和数量之间的规律，线上作答：在双链DNA 中，根据嘌呤和嘧啶的数量关系，计算（A+G）和（C+T）的比值。推算（A+T）/（C+G）在甲链、互补的乙链和整个DNA 分子中的比值关系等。并利用学校慕课平台评测系统进行线上评测，再要求学生完成教科书“练习与应用”中的相关习题。同时，利用学校慕课平台提供课后阅读资料。例如探究DNA 分子螺旋的方向、沃森和克里克研究过程涉及的跨学科知识及研究方法、DNA 指纹技术等。促进学生深刻理解DNA 的结构特点及其功能，建立结构与功能观，学会运用数学语言描述生命现象，提高获取信息、分析信息的能力。

可见，实施“翻转+融合”教学策略时，要合理利用公共教育资源平台、学校慕课平台及校园网等线上学习平台，提供针对性的学习资源，并运用大数据技术与学习分析技术，建立精准的学生学业画像与智能的知识图谱，优化教师教学行为的同时，促进学生课前预习、课堂研讨及课后拓展。

二、高中生物学“翻转+融合”教学实践的反思

第一，高中生物学“翻转+融合”教学策略，重视学生认知水平差异，充分利用智能化手段，促进学生与教师高度互动、密切协同，推动课堂“翻转”与“融合”，有针对性地指导学生个性化学习。

第二，高中生物学“翻转+融合”教学策略尝试将教学所需的物理空间、资源空间和社交空间整合到一个学习环境中，充分应用教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台，形成智慧的教与学环境，逐步实现线上学习与线下学习、课堂学习与课前课后学习的一体化的智慧学习环境。

第三，高中生物学“翻转+融合”教学策略尝试改革教师、学生角色内涵。使得教师不仅仅是信息的传播者、讲授者，而是从“教”变为“导”，成为学生人生的导师与顾问，成为学生学习的支持者与帮助者。使得学生不再是被动的知识接受者，而是知识构建、交流、协作的主体，提高融会贯通地应用知识解决实际问题的能力。［3］

综上，高中生物学“翻转+融合”教学策略依托智能环境，结合生物学科学习特点，有机地融合线上、线下学习，促进“教学信息传递”及“知识吸收内化”，发展学生生物学学科核心素养。