基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)

張亦飛

【摘 要】單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)是學(xué)科核心素養(yǎng)有效落實(shí)的重要手段，以“遺傳的分子基礎(chǔ)”單元教學(xué)為例，通過重溫史實(shí)、建構(gòu)模型、問題串聯(lián)、挖掘社會熱點(diǎn)等教學(xué)活動，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主體地位的回歸，并最終幫助學(xué)生發(fā)展與提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng);單元教學(xué)設(shè)計(jì);遺傳的分子基礎(chǔ)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》要求教師圍繞生物大概念組織并開展教學(xué)活動。對于教師來說，實(shí)現(xiàn)這樣的教學(xué)任務(wù)是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，它不僅要求教師對生物學(xué)核心素養(yǎng)和大概念有清晰的認(rèn)識，更應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)能超越傳統(tǒng)的課例設(shè)計(jì)，開發(fā)以重要概念為主題的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)。

《遺傳的分子基礎(chǔ)》是浙科版必修2《遺傳與進(jìn)化》中第3章的內(nèi)容，圍繞“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”這一重要概念組織學(xué)習(xí)。核酸是遺傳物質(zhì)的證據(jù);DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn);遺傳信息的傳遞;遺傳向信息的表達(dá)是它的次位概念。本文即以“遺傳的分子基礎(chǔ)”為主題嘗試單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)，借助科學(xué)史情境探究科學(xué)問題，通過模型建構(gòu)進(jìn)行多樣化思維訓(xùn)練，并挖掘社會熱點(diǎn)在細(xì)節(jié)處體現(xiàn)生命觀念和社會責(zé)任。

一、凸顯生物學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)并圍繞培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

1.科學(xué)探究

學(xué)生分析噬菌體、肺炎雙球菌和煙草花葉病毒三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，并基于對相關(guān)資料的查閱，設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用多種方法如實(shí)記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度及對真理追求不懈的科學(xué)精神。

2.科學(xué)思維

學(xué)生利用提供的材料和信息，參與制作DNA雙螺旋模型;結(jié)合DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，闡明DNA分子作為遺傳物質(zhì)所具有的特征;通過對DNA雙螺旋模型建立科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)，提高觀察、探索以及動手操作能力，進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)思維方法。

3.生命觀念

學(xué)生利用文字、圖表、圖解等形式闡述復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程，能從分子與細(xì)胞水平認(rèn)識生物體的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的;能從進(jìn)化與適應(yīng)的角度思考DNA復(fù)制方式的生物學(xué)意義;還通過遺傳信息傳遞和表達(dá)過程的相關(guān)計(jì)算，歸納并概括出其規(guī)律。

4.體會責(zé)任

學(xué)生關(guān)注并參與社會熱點(diǎn)中的生物學(xué)議題的討論，基于對遺傳信息有序性、準(zhǔn)確性和獨(dú)特性的理解，初步形成關(guān)愛生命、敬畏生命、珍惜生命的情感;主動運(yùn)用傳染病的相關(guān)知識保護(hù)自身健康，具有通過科學(xué)實(shí)踐解決生活中問題的意識和想法。

二、融入生物學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)過程

（一）重溫史實(shí)，從事實(shí)資料的剖析中體驗(yàn)科學(xué)探究

生命科學(xué)史中有許多經(jīng)典史實(shí)，蘊(yùn)含著科學(xué)家獨(dú)特的生物學(xué)科學(xué)探究方法，通過對科學(xué)史中這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)及邏輯分析，學(xué)生體驗(yàn)生物學(xué)知識的形成過程，從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的探究方法。

1.活動

教師基于科學(xué)史發(fā)展主線向?qū)W生呈現(xiàn)重要的知識脈絡(luò)，學(xué)生基于歷史主線歸納總結(jié)各史實(shí)節(jié)點(diǎn)的重要結(jié)論。

2.階梯式思維探究

史實(shí)1：1928年，格里菲思研究肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，其中在加熱殺死的S型細(xì)菌與無毒性的R型活細(xì)菌混合后，在小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)化出有毒性的S型活細(xì)菌。這就表明了加熱殺死的S型細(xì)菌存在“轉(zhuǎn)化因子”。雖沒有指出轉(zhuǎn)化因子是什么，卻給人們對遺傳物質(zhì)的研究提出了實(shí)驗(yàn)的方法和思路。

史實(shí)2：1952年，赫爾希和蔡斯利用放射性元素35S標(biāo)記噬菌體蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記噬菌體DNA，用離心方法將噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA分開，以此追蹤蛋白質(zhì)和DNA在侵染過程中的作用。結(jié)果表明只有DNA參與其生化過程。親代與子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是DNA，也就是說，DNA才是真正的遺傳物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)材料的選取和同位素示蹤法技術(shù)的運(yùn)用，解決了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的各種疑惑，使實(shí)驗(yàn)更具有說服力。

3.總結(jié)：針對這些層層相扣的難題，科學(xué)家巧妙設(shè)置實(shí)驗(yàn)的探究過程：理論推斷—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——得出結(jié)論，從發(fā)現(xiàn)“轉(zhuǎn)化因子”到尋覓“轉(zhuǎn)化因子”，到最后確定“轉(zhuǎn)化因子”，是這些精辟的實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)過程，最終得出DNA是主要遺傳物質(zhì)的結(jié)論。

（二）建構(gòu)模型，從模擬活動的分析中發(fā)展科學(xué)思維

有效地組織學(xué)生綜合運(yùn)用分析與比較、歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等方法進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練，幫助學(xué)生理解知識，獲得經(jīng)驗(yàn)，最終闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。在“DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)”學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生層層深入地搭建模型，有利于提高課堂效率，發(fā)展學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

1.構(gòu)建模型1：脫氧核苷酸的搭建

教師：

a.教師提供材料和用具：提供不同形狀、不同大小和不同顏色物體，用來代表脫氧核糖、磷酸和不同的堿基;提供一定強(qiáng)度和韌性的材料作為支架和連接物。

b.教師用多媒體展示正確的鏈接方式

學(xué)生：

a.學(xué)生4人一組，自選材料和用具，完成脫氧核苷酸模型的制作。

b.學(xué)生理解堿基、磷酸與脫氧核糖的位置關(guān)系

2.構(gòu)建模型2：搭建10個(gè)脫氧核苷酸組成的長鏈

教師：

a.教師提供課本圖片和文字資料，組織探究、討論并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)連接方式。并提問：DNA分子中脫氧核苷酸之間是怎樣連接成鏈的？

b.教師提出問題：你們所搭建的脫氧核苷酸鏈與所展示的脫氧核苷酸鏈有什么異同？相同在哪里？不同在哪里？你還可以搭出不同的脫氧核苷酸鏈嗎？

學(xué)生：

a.學(xué)生搭建10個(gè)脫氧核苷酸組成的長鏈，注意脫氧核苷酸之間的鏈接（磷酸二酯鍵），并互相指出各自搭建的長鏈的區(qū)別。

b.學(xué)生在搭建過程中不斷嘗試比較，鍛煉了動手能力、觀察能力和分析能力，為得出DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)埋下伏筆。

3總結(jié)：共同總結(jié)出DNA分子結(jié)構(gòu)多樣性，為DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的學(xué)習(xí)作鋪墊。

（三）問題串聯(lián)，從結(jié)構(gòu)與功能的高度培育生命觀念

通過“問題串”讓學(xué)生集中對那些模糊不清的重難點(diǎn)進(jìn)行辨析與區(qū)分，從而煥發(fā)出生物學(xué)課堂的生命力;利用問題串將活動難點(diǎn)進(jìn)行分解，形成逐級的臺階模式，可以有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)活動，相比直接講授這種被動的學(xué)習(xí)方式，在“問題串”引導(dǎo)下的模擬建構(gòu)活動就是學(xué)生主動理解生命現(xiàn)象，樹立生命意識的過程，學(xué)生的參與和高階思維都會指向相關(guān)概念的理解和深入，最終指向特定的學(xué)科能力和核心素養(yǎng)要素。

1.導(dǎo)入

教師提出問題：通過上節(jié)課有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，理解DNA分子不僅能夠儲存大量的遺傳信息，遺傳信息的傳遞就是通過DNA分子的復(fù)制來完成的，怎樣復(fù)制？

解決學(xué)生問題：學(xué)生提出DNA復(fù)制的兩種假設(shè)：全保留復(fù)制和半保留復(fù)制

2.DNA復(fù)制方式探索

教師提出問題：DNA是肉眼觀察不到的，其復(fù)制過程不好直接觀察，那么要如何分辨原本DNA和新復(fù)制合成的DNA？怎樣把不一樣的DNA分開，密度大的DNA在試管的上方還是下方？密度小的呢？中的呢？請同學(xué)們思考用密度梯度離心之后，試管中的DNA條帶所在的位置，并畫出示意圖。

解決學(xué)生問題：學(xué)生討論作答：同位素示蹤技術(shù);密度梯度離心。在老師的啟發(fā)下，學(xué)生推導(dǎo)出這樣的可能實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如果是全保留復(fù)制，則離心的DNA條帶應(yīng)該只有兩條;如果是半保留復(fù)制，則離心后的DNA條帶應(yīng)該有三條，并畫出條帶的位置。

3.意義：DNA通過復(fù)制使遺傳信息從親代傳給了子代，從而保證了物種的穩(wěn)定性，保持了遺傳信息的連續(xù)性，使種族得以延續(xù)。

三、教學(xué)反思

單元教學(xué)是一種整體性的、系統(tǒng)化的理念，具有目標(biāo)更明確、結(jié)構(gòu)更完整、組成更全面、過程更優(yōu)化等特點(diǎn)。相對于課時(shí)教學(xué)，單元教學(xué)是指以圍繞某個(gè)主題（如知識章節(jié)），綜合相關(guān)知識，利用各種教學(xué)形式和教學(xué)策略，讓學(xué)習(xí)者達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的相對完整的教學(xué)過程。它打破了獨(dú)立課時(shí)的教學(xué)思維，使教師站在更高的視角統(tǒng)籌教學(xué)，更加適合核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周初霞.聚焦生物學(xué)重要概念的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（4）9

[2]蔣沂蒙.例談基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)單元教學(xué)策略[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（1）24

[3]黃秀芝.基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（2）19

（浙江省紹興市越州中學(xué)，浙江 紹興 312000）