基于實(shí)驗(yàn)活動(dòng)構(gòu)建生物學(xué)概念的教學(xué)實(shí)踐研究
——以“DNA分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)”的概念構(gòu)建為例

潘 煒

（浙江省桐廬中學(xué) 浙江桐廬 311500）

概念是對(duì)事物的高度概括和抽象。在概念學(xué)習(xí)中，學(xué)生若不能真正把握其含義和使用知識(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一些思維障礙及各種錯(cuò)誤。概念是不能直接給予的,根本原因在于每個(gè)人的知識(shí)都必須經(jīng)歷一個(gè)形成發(fā)展的過(guò)程。由于教學(xué)的時(shí)間有限，經(jīng)歷常不可能是真實(shí)充分的，但無(wú)論如何，一個(gè)縮略的過(guò)程也是必要的。這個(gè)縮略過(guò)程的設(shè)計(jì)就是概念教學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容［1］。美國(guó)心理學(xué)家布魯納曾提出：“教學(xué)生學(xué)習(xí)任何科目,絕不是向?qū)W生心靈中灌輸一些固定的知識(shí),而是啟發(fā)引導(dǎo)主動(dòng)去求取知識(shí)與組織知識(shí)”。建構(gòu)主義心理學(xué)家還認(rèn)為，在大腦中的知識(shí)結(jié)構(gòu)不是直線型的層次結(jié)構(gòu)，而是圍繞著一些關(guān)鍵概念所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)［2］。

如何將客觀的概念變得讓學(xué)生感覺(jué)親近，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解概念的“來(lái)歷”，即要回到學(xué)科的范疇，回到學(xué)科研究事物的某些屬性上去［3］。這就需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建生物學(xué)概念很好的“腳手架”，可幫助學(xué)生在真實(shí)情境中體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的抽象和概括，逐步建立生物學(xué)重要概念的知識(shí)框架，從而有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和知識(shí)的遷移運(yùn)用,也將很好地落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)構(gòu)建概念的教學(xué)實(shí)踐

2016年11月22日筆者有幸作為評(píng)委參與了本地區(qū)的優(yōu)質(zhì)課比賽，評(píng)比內(nèi)容是“DNA 分子的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)”。參賽教師充分挖掘和演繹了DNA結(jié)構(gòu)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，多位教師將“DNA 分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)”與“制作DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”相結(jié)合進(jìn)行教學(xué),讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中構(gòu)建概念——DNA 分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)。

1.1 教學(xué)分析 本節(jié)內(nèi)容包括DNA 分子結(jié)構(gòu)和制作DNA 分子結(jié)構(gòu)模型。教學(xué)重點(diǎn)是DNA 分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和制作DNA 分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。教學(xué)難點(diǎn)是DNA 分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn),其中制作DNA 平面結(jié)構(gòu)模型是制作模型中的難點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容是浙科版教材選修2《遺傳與進(jìn)化》中承前啟后的重要內(nèi)容，只有明確了DNA 分子結(jié)構(gòu)，才能明確DNA為什么作為生物的主要遺傳物質(zhì)、DNA 的半保留復(fù)制機(jī)制、DNA 如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成和如何變異。所涉教學(xué)內(nèi)容的所在章節(jié)的概念體系見(jiàn)圖1。

圖1 本節(jié)課程所在章節(jié)的概念體系

從概念層次分析,本節(jié)課最重要的概念是DNA 分子具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu),具有多樣性、穩(wěn)定性和特異性等。從結(jié)構(gòu)與功能的角度看，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)決定了DNA 分子的功能（DNA 具有攜帶遺傳信息和傳遞遺傳信息的作用），同時(shí)二者又一起支撐了重要概念（3.1 親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA 分子上）［4］,進(jìn)而支撐了大概念（概念3 遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳）［4］。大概念作為學(xué)科核心的概念，是通過(guò)深入探究而得到的來(lái)之不易的結(jié)果,是各領(lǐng)域?qū)＜业乃伎己透兄獑?wèn)題的方式［1］。磷酸、脫氧核糖、4種堿基、脫氧核苷酸、脫氧核苷酸鏈等是一般概念，又支撐著本節(jié)最重要的概念——次位概念（概念3.1.2 概述DNA 分子是由4 種脫氧核苷酸構(gòu)成的長(zhǎng)鏈,一般由2 條反向平行的長(zhǎng)鏈上的堿基互補(bǔ)配對(duì)形成雙螺旋結(jié)構(gòu),堿基的排列順序編碼了遺傳信息）［4］,即DNA 分子具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)，具有多樣性、穩(wěn)定性和特異性等。

通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)，即預(yù)期結(jié)果是：學(xué)生應(yīng)知道DNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、脫氧核苷酸的組成，理解脫氧核苷酸的連接方式、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則和卡伽夫法則。學(xué)習(xí)收獲，即評(píng)估證據(jù)是：制作出脫氧核苷酸模型、脫氧核苷酸鏈模型、DNA 的平面結(jié)構(gòu)模型和雙螺旋結(jié)構(gòu)模型和能利用DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型分析DNA 分子的特性。在制作模型過(guò)程中科學(xué)探究DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能觀的生命觀念，能用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨(dú)特性和復(fù)雜性；在互動(dòng)中相互評(píng)價(jià)、質(zhì)疑與探討，運(yùn)用模型與建模、批判思維等方法，促進(jìn)理性思維的深入與發(fā)展。

本文以本校一位參賽教師的教學(xué)案例進(jìn)行分析說(shuō)明。

1.2 教學(xué)過(guò)程

1.2.1 創(chuàng)設(shè)概念學(xué)習(xí)的情境 創(chuàng)設(shè)概念的學(xué)習(xí)情境，可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)概念的情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和好奇心。本節(jié)課中授課教師展示自己的家庭親子照,提出問(wèn)題串：①你是否認(rèn)識(shí)他們？②照片中3 人是什么關(guān)系？③如何證明夫妻關(guān)系或親子關(guān)系？

這樣從身邊的事件（教師的家庭）出發(fā)，貼近學(xué)生的生活，學(xué)生很快進(jìn)入情境想到DNA 及親子鑒定。

教師展示DNA 親子鑒定原理,引出：DNA 如此重要，它到底是一個(gè)怎樣的分子？學(xué)生帶著好奇心進(jìn)入了學(xué)習(xí)DNA 分子結(jié)構(gòu)概念的情境。

1.2.2 突破概念學(xué)習(xí)的難點(diǎn) DNA 分子是看不見(jiàn)、摸不著的事物，其結(jié)構(gòu)對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)抽象且難以感受到。因此，DNA 分子結(jié)構(gòu)是本節(jié)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。如何讓抽象的事物被學(xué)生感受到并理解？

1.2.2.1 明示要素，構(gòu)建脫氧核苷酸模型 要了解DNA 的結(jié)構(gòu)，必須要知道其基本結(jié)構(gòu)單位——脫氧核苷酸，而要構(gòu)建脫氧核苷酸，必須明確脫氧核苷酸構(gòu)件的組成。因此，此部分內(nèi)容學(xué)習(xí)要引導(dǎo)學(xué)生分析資料知道脫氧核苷酸組成,同時(shí)教師還要交待模型構(gòu)件的組成要素,使學(xué)生將抽象的脫氧核苷酸的組成部分與模型的各構(gòu)件建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則將會(huì)直接影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的深入開(kāi)展。

展示資料1：20 世紀(jì)初萊文和瓊斯（美）發(fā)現(xiàn)DNA 由6 種小分子組成：脫氧核糖、磷酸和4 種堿基（A、G、T、C）。

提問(wèn)：DNA 的基本單位是什么？它是由什么組成的？學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和閱讀資料1 回答。通過(guò)脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)式的分析,學(xué)生能理解脫氧核糖的1、3、5 號(hào)碳位（圖2），為制作DNA 分子模型做好準(zhǔn)備。教師對(duì)照模型組成介紹模型構(gòu)件和需要注意的事項(xiàng)。所用模型組成是球棍插接模型，強(qiáng)調(diào)各部件分別代表什么組成部分。

圖2 2-脫氧核糖［5］

教師再提示：3 種物質(zhì)是如何構(gòu)成基本單位的？學(xué)生明白脫氧核苷酸組成后，自己動(dòng)手嘗試制作。要求每位學(xué)生至少構(gòu)建2 個(gè)脫氧核苷酸模型，然后在小組內(nèi)展示并討論所制作的模型,教師巡視并及時(shí)糾錯(cuò),師生一起觀察展示4 種脫氧核苷酸，討論并糾錯(cuò)。

1.2.2.2 小組合作，構(gòu)建脫氧核苷酸鏈模型 學(xué)生構(gòu)建好脫氧核苷酸模型,有了構(gòu)建DNA 分子結(jié)構(gòu)的基本單位，教師可引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)構(gòu)建DNA 分子。

教師引導(dǎo)：脫氧核苷酸是如何連接成一個(gè)DNA 分子的？（提示：聯(lián)系蛋白質(zhì)的形成）學(xué)生思考后知道一個(gè)氨基酸的羧基上的羥基與另一個(gè)氨基酸的氨基上的氫通過(guò)脫水縮合形成肽鏈,聯(lián)想到DNA 應(yīng)該是由脫氧核苷酸間相互反應(yīng)形成核苷酸鏈。

展示資料2：1951年，英國(guó)化學(xué)家托德提出了核苷酸分子之間的化學(xué)連接方式。他認(rèn)為核苷酸與核苷酸之間是通過(guò)磷酸二酯鍵（脫氧核糖的3位碳原子與相鄰核苷酸的磷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的化學(xué)鍵）連接的。

教師展示2 個(gè)脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)模型,再提示：磷酸基團(tuán)很容易與脫氧核糖上的羥基反應(yīng)，讓學(xué)生分析基本單位之間的連接方式。這樣學(xué)生就會(huì)很快明白脫氧核苷酸間的連接方式。然后，教師要求每個(gè)小組利用剛才完成的脫氧核苷酸模型，連接一條脫氧核苷酸單鏈。各小組展示成果，進(jìn)行組與組間、師生間共同評(píng)價(jià)，及時(shí)糾正連接錯(cuò)誤，得到正確的脫氧核苷酸單鏈。再通過(guò)觀察，認(rèn)同磷酸與脫氧核糖的交替連接的排列方式。

1.2.2.3 嘗試探究,構(gòu)建DNA 空間結(jié)構(gòu)模型有了脫氧核苷酸鏈后，又如何構(gòu)成DNA 分子？教師引導(dǎo)提問(wèn)：4 種脫氧核苷酸通過(guò)3′，5′-磷酸二酯鍵相連，就形成了一條脫氧核苷酸鏈。DNA 分子就是這樣一條核苷酸鏈嗎？它們?nèi)绾谓M合構(gòu)成完整的DNA 分子？

展示資料3：1952年5月，富蘭克林利用X 射線晶體衍射技術(shù)獲得了DNA 分子照片（圖3），并指出了DNA 是由2 條長(zhǎng)鏈組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋直徑為2 nm。

圖3 富蘭克林獲得的DNA 分子X(jué)-衍射照片［6］

教師講述：沃森和克里克分析威爾金斯和富蘭克林提供了DNA 的衍射圖譜和相關(guān)數(shù)據(jù)，推斷出DNA 是一個(gè)螺旋體。但DNA 究竟是由幾條鏈組成的螺旋體？當(dāng)時(shí)有的知名科學(xué)家曾提出DNA的3 鏈、4 鏈模型，但都被科學(xué)界否定了。后來(lái)聯(lián)想到生命現(xiàn)象中常出現(xiàn)成對(duì)的結(jié)構(gòu),例如同源染色體等，沃森和克里克開(kāi)始構(gòu)建DNA 的雙鏈結(jié)構(gòu)模型，提出了如下構(gòu)想1：將核糖和磷酸組成的骨架在螺旋的外面，里面是堿基對(duì)。要求學(xué)生按小組利用脫氧核苷酸在KT 板上構(gòu)建DNA 雙鏈結(jié)構(gòu)（此處教學(xué)環(huán)節(jié)又選用了4 種脫氧核苷酸的平面剪紙圖，而不用球棍插接模型。因?yàn)榍蚬髂Ｐ驮趬A基間的3 個(gè)或2 個(gè)插接會(huì)提示學(xué)生,而平面剪紙圖沒(méi)有提示,可增加學(xué)生探究的機(jī)會(huì)和暴露錯(cuò)誤的思維）。學(xué)生嘗試進(jìn)行構(gòu)建，有的組A 與A、T 與T、G 與G、C 與C 配對(duì),有的組A 與T、G 與C 配對(duì)。引導(dǎo)提問(wèn)，學(xué)生思考：堿基如何結(jié)合？任意結(jié)合嗎？能穩(wěn)定存在嗎？

教師講述：沃森和克里克提出了如下構(gòu)想2：將相同的堿基進(jìn)行配對(duì),即A 與A 配對(duì)、T 與T配對(duì)、G 與G 配對(duì)、C 與C 配對(duì)。但A 與A 配對(duì)、T與T 配對(duì),又被化學(xué)家否定。展示學(xué)生中同型配對(duì)的模型,提問(wèn)：為什么被否定？學(xué)生觀察并討論,發(fā)現(xiàn)這樣形成的脫氧核苷酸對(duì)的直徑有大有小，脫氧核苷酸就很難連接另一條脫氧核苷酸鏈。

展示資料4：奧地利生物化學(xué)家卡伽夫測(cè)定部分生物的DNA 的分子組成,發(fā)現(xiàn)DNA 中的4種堿基的含量如表1。1952年他訪問(wèn)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室時(shí)，向克里克詳細(xì)解釋了其中的規(guī)律。

表1 奧地利生物化學(xué)家卡伽夫測(cè)定的部分生物的DNA 分子組成

引導(dǎo)提問(wèn)：根據(jù)這則資料，你能得到哪些信息？學(xué)生回答說(shuō)出：A 含量∶T 含量接近1∶1；G 含量∶C 含量接近1∶1。教師講述卡伽夫研究的結(jié)論：幾乎所有的DNA，其腺嘌呤含量與胸腺嘧啶含量相同,即A＝T；鳥(niǎo)嘌呤含量與胞嘧啶含量相等，即G＝C，總的嘌呤含量與總的嘧啶含量相等，即A+G＝T+C。提問(wèn)：根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn)，大家可推斷堿基是如何進(jìn)行連接的嗎？學(xué)生很容易說(shuō)出：A 與T 配對(duì)，C 與G 配對(duì)。

展示資料5：美國(guó)化學(xué)家多諾休提供的正確的A、T、G、C 4 種堿基分子結(jié)構(gòu)圖。由此，學(xué)生明白了A、G 為雙環(huán)結(jié)構(gòu)，T、C 為單環(huán)結(jié)構(gòu),同型配對(duì)得到的DNA 模型不規(guī)則。

教師講述：A 與T 配對(duì)，C 與G 配對(duì),成功地解釋了DNA 分子的堿基數(shù)量關(guān)系。事實(shí)也正是如此，在之后的研究中，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)A—T 堿基對(duì)與G—C 堿基對(duì)具有相同的形狀和直徑，堿基間通過(guò)氫鍵連在一起,而且A 與T 有2 個(gè)氫鍵，G與C 有3 個(gè)氫鍵,這樣組成的DNA 分子呈規(guī)則的雙鏈結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定的直徑，提出A 與T、G 與C 配對(duì)的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，堿基間以氫鍵相連。

要求學(xué)生再嘗試根據(jù)結(jié)論修正剛才的模型，并用筆在KT 板的堿基對(duì)間畫出氫鍵。在學(xué)生構(gòu)建好DNA 分子的平面結(jié)構(gòu)后,要求學(xué)生用球棍插件模型完成構(gòu)建DNA 分子結(jié)構(gòu)模型。教師巡查指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各小組制作中存在的問(wèn)題。這時(shí)主要出現(xiàn)了2 種結(jié)果：一種是不能形成螺旋結(jié)構(gòu)，另一種是形成了螺旋結(jié)構(gòu)。通過(guò)展示2 種模型，師生共同討論分析，達(dá)成共識(shí)：2 條鏈間是反向平行連接的。

1.2.2.4 利用模型,明確DNA 分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制作完成DNA 分子結(jié)構(gòu)模型，至此也完成了將抽象DNA 分子轉(zhuǎn)換為直觀DNA 分子的過(guò)程。

教師展示DNA 分子結(jié)構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生觀察并進(jìn)行小組討論。師生共同討論問(wèn)題，進(jìn)行小結(jié)。問(wèn)題：①DNA 分子中，外側(cè)由什么連接而成？?jī)?nèi)側(cè)是什么？②2 條鏈之間堿基的連接有什么規(guī)律？③構(gòu)成DNA 的2 條鏈有怎樣的關(guān)系？

利用模型，小結(jié)DNA 分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。至此，DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)從“點(diǎn)”（脫氧核苷酸）到“線”（DNA 單鏈）到“面”（DNA 平面結(jié)構(gòu)）再到“體”（DNA 空間結(jié)構(gòu)），就被完全構(gòu)建起來(lái)了。在這樣的“嘗試→犯錯(cuò)→討論→糾錯(cuò)”過(guò)程中，學(xué)生對(duì)DNA 分子的結(jié)構(gòu)有了深刻的感性認(rèn)識(shí)。

1.2.3 嘗試概念學(xué)習(xí)的遷移 大概念是一種概念性的工具，用于強(qiáng)化思維，連接不同的知識(shí)片段，使學(xué)生具備應(yīng)用和遷移的能力［1］。布魯姆（1981）等提出遷移是大概念的本質(zhì)和價(jià)值所在［1］。

教師展示不同小組的模型,引導(dǎo)學(xué)生觀察討論：比較不同組的DNA 模型有何異同？學(xué)生通過(guò)比較觀察,得出不同組模型的差異是堿基對(duì)的數(shù)量和排列順序不同，從而明確遺傳信息是指DNA中的堿基排列順序。同時(shí)也解決了本節(jié)課開(kāi)始的問(wèn)題：為什么DNA 分子可用于親子鑒定以確定一個(gè)人的身份。因?yàn)槊總€(gè)人體內(nèi)的DNA 的堿基排列順序是不同的，所以遺傳信息是不同的。

學(xué)生通過(guò)比較分析不同小組的模型,分析知道了堿基對(duì)的數(shù)量和排列順序的差異,由此知道DNA 分子有多種多樣,從而可推理得出DNA 分子具有多樣性的特性。比較觀察每一小組的DNA結(jié)構(gòu)模型各不相同，學(xué)生明白每個(gè)DNA 分子都是獨(dú)特的，從而可推理得出DNA 分子具有特異性的特性。通過(guò)比較相同之處，知道DNA 分子都是由4 種脫氧核苷酸組成,堿基對(duì)通過(guò)氫鍵連接且配對(duì)遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則,外側(cè)都是由磷酸基團(tuán)和脫氧核糖交替連接組成。由此，學(xué)生可推理得出DNA 分子具有穩(wěn)定性的特性（表2）。

表2 DNA 分子的組成、結(jié)構(gòu)及其特性

最后要求學(xué)生完成概念圖（圖4）。

圖4 要求學(xué)生完成的概念圖示意圖

通過(guò)利用模型分析，學(xué)生在嘗試中遷移解決了DNA 分子蘊(yùn)藏著豐富的遺傳信息及DNA 分子具有多樣性、特異性和穩(wěn)定性的特性。最后完成概念圖的構(gòu)建,又讓學(xué)生從具體的DNA 模型結(jié)構(gòu)遷移回歸到抽象的DNA 分子結(jié)構(gòu),學(xué)生從而在概念的螺旋上升學(xué)習(xí)中真正理解了DNA 分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)構(gòu)建概念的教學(xué)策略

2.1 教學(xué)的逆向設(shè)計(jì) 在教學(xué)設(shè)計(jì)上,進(jìn)行了教學(xué)的逆向設(shè)計(jì)。教師在開(kāi)展“教”與“學(xué)”活動(dòng)之前，先要努力思考此類學(xué)習(xí)要達(dá)到的目標(biāo)是什么，以及哪些證據(jù)能表明學(xué)習(xí)達(dá)到了目的，能培養(yǎng)學(xué)生什么核心素養(yǎng)。逆向設(shè)計(jì)的3 個(gè)階段：確定預(yù)期結(jié)果→確定合適的評(píng)估證據(jù)→設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)［1］。

首先,本節(jié)課教師確定了預(yù)期結(jié)果是學(xué)生學(xué)習(xí)后達(dá)成知道DNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、脫氧核苷酸的組成，理解脫氧核苷酸的連接方式、堿基互補(bǔ)配對(duì)原則和卡伽夫法則的目標(biāo)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行在合作探究中相互交流、互相評(píng)價(jià)，有意識(shí)地培養(yǎng)演繹與推理、模型與建模等科學(xué)的思維習(xí)慣與方法，幫助學(xué)生逐漸形成結(jié)構(gòu)與功能觀的生命觀念。

其次，為了達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)和落實(shí)核心素養(yǎng)，確定了合適的評(píng)估證據(jù)是學(xué)生學(xué)習(xí)中制作出脫氧核苷酸模型、脫氧核苷酸鏈模型、DNA 的平面結(jié)構(gòu)模型和雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，完善概念圖。

最后,根據(jù)確定的預(yù)期結(jié)果和合適的評(píng)估證據(jù)，設(shè)計(jì)了概念學(xué)習(xí)的情境引入學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)了在合作探究、糾錯(cuò)分析、共同評(píng)價(jià)中體驗(yàn)了科學(xué)家的探索過(guò)程，在構(gòu)建“基本單位—單鏈結(jié)構(gòu)—平面結(jié)構(gòu)—空間結(jié)構(gòu)”模型過(guò)程中逐步深入，最后形成了概念——DNA 分子具有雙螺旋的結(jié)構(gòu)。

這樣逆向設(shè)計(jì)的概念建模教學(xué)中,可圍繞教學(xué)預(yù)期的結(jié)果尋找合適的評(píng)估證據(jù),然后設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì),教學(xué)路徑更明確，教學(xué)效益更有效，教學(xué)目標(biāo)更有利于達(dá)成，核心素養(yǎng)的落實(shí)更有效。由此可知，逆向設(shè)計(jì)是一種追求理解的設(shè)計(jì)。

2.2 教學(xué)的合作探究 在教學(xué)組織上，采用小組合作討論、實(shí)驗(yàn)探究方式。獲得一個(gè)學(xué)科的核心大概念有時(shí)會(huì)非常緩慢,學(xué)生需要通過(guò)教師引導(dǎo)探究學(xué)習(xí)和反思才能獲得［1］。

本節(jié)課在“嘗試→犯錯(cuò)→討論→糾錯(cuò)”的過(guò)程中，學(xué)生主動(dòng)參與，在由“點(diǎn)”（脫氧核苷酸）到“線”（DNA 單鏈）到“面”（DNA 平面結(jié)構(gòu)）再到“體”（DNA 空間結(jié)構(gòu)）的合作討論和科學(xué)探究過(guò)程中，運(yùn)用科學(xué)思維中的演繹與推理、模型與建模等方法，逐步構(gòu)建DNA 分子結(jié)構(gòu)模型，理解DNA 分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這也充分體現(xiàn)了概念的獲得是一個(gè)習(xí)得過(guò)程。同時(shí)，在概念習(xí)得過(guò)程中很好地培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.3 教學(xué)的互動(dòng)評(píng)價(jià) “評(píng)價(jià)是日常教學(xué)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是教師了解教學(xué)過(guò)程、調(diào)控教和學(xué)的行為、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段”“評(píng)價(jià)應(yīng)指向?qū)W生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展”［4］。本節(jié)課在評(píng)價(jià)形式上,進(jìn)行了生生互評(píng)和師生互評(píng)的方式。在互動(dòng)評(píng)價(jià)活動(dòng)中，教師通過(guò)評(píng)價(jià)得到反饋，有利于教師對(duì)活動(dòng)的調(diào)控；學(xué)生在活動(dòng)中通過(guò)評(píng)價(jià)得到反饋，有利于激勵(lì)自我，同時(shí)各種理性思維在互動(dòng)評(píng)價(jià)中得到培養(yǎng)和提升,各級(jí)概念在互動(dòng)評(píng)價(jià)中理解深化并習(xí)得。

在教學(xué)中，模型不僅是教學(xué)工具，更是學(xué)生分析和思考的素材。以DNA 模型為載體的建構(gòu)學(xué)習(xí)中，學(xué)生既體驗(yàn)了模型構(gòu)建的科學(xué)研究方法，又很好地培養(yǎng)了動(dòng)手能力和空間想象能力。在這樣的“嘗試→犯錯(cuò)→討論→糾錯(cuò)”過(guò)程中，充分發(fā)揮了學(xué)生主體性,也在充分暴露學(xué)生的錯(cuò)誤思維方式中,通過(guò)生生互動(dòng)評(píng)價(jià)和師生互動(dòng)評(píng)價(jià)中不斷螺旋上升，從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新思維等理性思維。這樣也使抽象知識(shí)得到具體化，客觀的概念變得讓學(xué)生覺(jué)得有親近感，增加了學(xué)科味，使學(xué)生學(xué)得更輕松。

總之，生物學(xué)中有較多的大概念，例如，細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)與功能單位、DNA 分子具有雙螺旋結(jié)構(gòu)等,這些概念的產(chǎn)生都是逐步發(fā)展建立起來(lái)的。因此，要讓學(xué)生對(duì)生物學(xué)的學(xué)習(xí)有“學(xué)科味”，要讓概念的學(xué)習(xí)回到學(xué)科范疇，在教學(xué)中就應(yīng)優(yōu)化概念教學(xué)。生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，生物學(xué)事實(shí)、概念和規(guī)律大都是科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)的?？梢?jiàn)實(shí)驗(yàn)是研究生物學(xué)規(guī)律、學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)和構(gòu)建生物學(xué)概念的重要方法,也由此可知實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中構(gòu)建概念是優(yōu)化概念教學(xué)和落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方式之一。