智能環(huán)境下生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)實踐
——以“DNA 的結(jié)構(gòu)”教學(xué)為例

張芳芳

（泉州第五中學(xué)，福建 泉州 362000）

隨著基礎(chǔ)教育課程改革的深入推進，如何于疫情常態(tài)化下借助不斷發(fā)展的信息技術(shù)手段，探索智能環(huán)境下的課堂教學(xué)策略，推進課堂教學(xué)及育人方式的變革，這是作為教育實踐者及研究者的教師必須承擔(dān)的時代責(zé)任。筆者嘗試在高中生物學(xué)教學(xué)中運用“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略，旨在借助信息技術(shù)構(gòu)建智能學(xué)習(xí)環(huán)境，開展混合學(xué)習(xí)及智慧學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮線上預(yù)習(xí)、線下課堂學(xué)習(xí)相融合的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主動性，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的提高。［1］現(xiàn)以“DNA 的結(jié)構(gòu)”教學(xué)為例，探討“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略。

一、例析高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略

（一）以生物科學(xué)史創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)

基于智能環(huán)境的高中生物學(xué)教學(xué)活動具有信息化、智能化的特征。但是部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)了一系列“不良反應(yīng)”，如缺乏觀看教學(xué)視頻興趣與耐心，學(xué)習(xí)流程混亂，不知如何整合、重構(gòu)生物學(xué)知識等。為此，課前的線上預(yù)習(xí)階段，基于學(xué)生學(xué)情及高中生物學(xué)教學(xué)要求，創(chuàng)設(shè)系列問題情境：1.根據(jù)威爾金斯的DNA 衍射圖譜，沃森和克里克推算出了什么重要結(jié)果？2.查哥夫的重要信息為何讓沃森和克里克重獲靈感？3.請梳理DNA 的結(jié)構(gòu)研究過程中使用物理、化學(xué)及數(shù)學(xué)的原理和方法。4.若時光倒流到1951年，基于當時的科研成果，科學(xué)家能否逐步摸索出DNA 的結(jié)構(gòu)？學(xué)生帶著這些問題預(yù)習(xí)DNA 結(jié)構(gòu)研究科學(xué)史，體驗科學(xué)家搜集、分析信息的嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及持之以恒、交流合作的科學(xué)精神，思考多學(xué)科交叉應(yīng)用的重要意義。課堂教學(xué)時，組織學(xué)生交流、分享課前線上學(xué)習(xí)成果。例如沃森和克里克如何利用DNA 的衍射圖譜驗證所建構(gòu)的DNA 分子結(jié)構(gòu)模型、DNA 結(jié)構(gòu)研究過程中遇到的困難及解決方法、DNA 結(jié)構(gòu)研究史的啟發(fā)等。幫助學(xué)生學(xué)會有條理地整合、表達所獲得的網(wǎng)絡(luò)信息、學(xué)習(xí)資料及課本知識等。同時，有助于學(xué)生了解DNA 衍射圖譜分析、堿基互補配對原則等物理學(xué)及化學(xué)知識，提高綜合運用生物學(xué)知識及跨學(xué)科知識的能力。

可見，實施“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略時，教師可以充分利用有關(guān)科學(xué)史設(shè)計問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，習(xí)得有關(guān)生物學(xué)知識及跨學(xué)科知識，學(xué)會生物學(xué)探究方法及生物學(xué)學(xué)習(xí)方法，發(fā)揮科學(xué)史實的育人價值。

（二）線上線下融合，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)

要針對性地指導(dǎo)學(xué)生線上學(xué)習(xí)，并根據(jù)線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，針對性地指導(dǎo)學(xué)生開展課堂學(xué)習(xí)活動，充分發(fā)揮“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略的優(yōu)勢。

1.視頻指導(dǎo)，線上溫故

為了降低學(xué)生的智能設(shè)備使用時長和依賴度，教師要優(yōu)化教學(xué)視頻內(nèi)容，精心制作符合學(xué)生的認知水平的教學(xué)視頻。［2］例如，圍繞核酸的基本單位——核苷酸，制作時長1 分20 秒的“DNA 的基本組成單位——脫氧核苷酸”教學(xué)小視頻，創(chuàng)設(shè)有關(guān)脫氧核苷酸的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)的問題情境，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)必修1模塊學(xué)過的知識，針對性地指導(dǎo)學(xué)生課前線上學(xué)習(xí)。

2.動手建模，線下知新

在課前觀看“DNA 的基本組成單位——脫氧核苷酸”教學(xué)小視頻的基礎(chǔ)上，課堂上組織學(xué)生動手建構(gòu)脫氧核苷酸鏈模型（圖1）。首先，組織學(xué)生學(xué)習(xí)模型建構(gòu)方法，再指導(dǎo)學(xué)生兩人一組利用學(xué)具建構(gòu)由10 個脫氧核苷酸連接成的脫氧核苷酸鏈模型，并相互評價及修正，提高課前線上學(xué)習(xí)成果。

圖1 脫氧核苷酸單鏈模型

可見，實施“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略時，教師不能依賴智能手段及相應(yīng)的輔助教學(xué)設(shè)備，直接從有關(guān)學(xué)科網(wǎng)站下載現(xiàn)成的學(xué)習(xí)視頻，或讓學(xué)生長時間線上觀看視頻學(xué)習(xí)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生學(xué)情及教學(xué)條件，有針對性地開展線上、線下學(xué)習(xí)。

（三）學(xué)習(xí)平臺互補，指導(dǎo)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)

利用公共教育資源平臺、學(xué)校慕課平臺及校園網(wǎng)等線上學(xué)習(xí)平臺，“量身打造”適合學(xué)生發(fā)展的個性化學(xué)習(xí)。

1.利用學(xué)習(xí)平臺指導(dǎo)學(xué)生課前線上學(xué)習(xí)

福建省公共教育資源平臺上有關(guān)學(xué)習(xí)資源豐富，教師可以根據(jù)教學(xué)目標選擇、指導(dǎo)學(xué)生觀看“DNA 的結(jié)構(gòu)”相關(guān)預(yù)習(xí)資料，如以DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)為創(chuàng)意的某建筑視頻、DNA 科學(xué)研究小故事、“DNA 的基本組成單位——脫氧核苷酸”原創(chuàng)教學(xué)視頻等，要求學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)案閱讀教科書，進行課前線上學(xué)習(xí)（圖2）。

圖2 “DNA 的結(jié)構(gòu)”學(xué)習(xí)內(nèi)容及流程

2.利用學(xué)習(xí)平臺指導(dǎo)學(xué)生課堂上討論交流

指導(dǎo)學(xué)生在課堂上利用學(xué)校慕課平臺上的有關(guān)視頻、表格及文字等學(xué)習(xí)資料進行討論交流，并以搶答、即問即答等方式，及時了解學(xué)生知識掌握情況與存在的問題。

例如，“DNA 的結(jié)構(gòu)”課堂教學(xué)時，創(chuàng)設(shè)問題情境：為什么DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基在單鏈的外側(cè)是錯的？為什么相同堿基配對的方式被化學(xué)家否定？兩種嘌呤與兩種嘧啶到底是如何配對的？兩條單鏈是正向平行還是反向平行？指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用學(xué)校慕課平臺進行在線問題式、情境式互動，得出如下結(jié)論：DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基必須排列在內(nèi)側(cè)，而磷酸和脫氧核糖交替連接必須排列在外側(cè)。根據(jù)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)可知嘌呤是雙環(huán)結(jié)構(gòu)、嘧啶是單環(huán)結(jié)構(gòu)，而DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑是恒定的，故嘌呤應(yīng)當和嘧啶配對。根據(jù)查哥夫?qū)Χ喾N生物DNA 的堿基定量分析實驗數(shù)據(jù)，得出堿基的配對規(guī)律是A-T 和G-C。隨后，指導(dǎo)學(xué)生進行DNA 結(jié)構(gòu)模擬游戲，體驗只有反向平行才能“握手”，學(xué)習(xí)堿基互補配對原則（圖3）。

圖3 “DNA 雙鏈反向平行”模擬游戲

3.利用學(xué)習(xí)平臺指導(dǎo)學(xué)生課堂練習(xí)及課后拓展

利用學(xué)校慕課平臺及其評測系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)生課堂練習(xí)與課后拓展，促進學(xué)生理解與應(yīng)用DNA 分子結(jié)構(gòu)特點及其功能。

例如，指導(dǎo)學(xué)生討論分析：堿基互補配對原則、DNA 分子中堿基的比值和數(shù)量之間的規(guī)律，線上作答：在雙鏈DNA 中，根據(jù)嘌呤和嘧啶的數(shù)量關(guān)系，計算（A+G）和（C+T）的比值。推算（A+T）/（C+G）在甲鏈、互補的乙鏈和整個DNA 分子中的比值關(guān)系等。并利用學(xué)校慕課平臺評測系統(tǒng)進行線上評測，再要求學(xué)生完成教科書“練習(xí)與應(yīng)用”中的相關(guān)習(xí)題。同時，利用學(xué)校慕課平臺提供課后閱讀資料。例如探究DNA 分子螺旋的方向、沃森和克里克研究過程涉及的跨學(xué)科知識及研究方法、DNA 指紋技術(shù)等。促進學(xué)生深刻理解DNA 的結(jié)構(gòu)特點及其功能，建立結(jié)構(gòu)與功能觀，學(xué)會運用數(shù)學(xué)語言描述生命現(xiàn)象，提高獲取信息、分析信息的能力。

可見，實施“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略時，要合理利用公共教育資源平臺、學(xué)校慕課平臺及校園網(wǎng)等線上學(xué)習(xí)平臺，提供針對性的學(xué)習(xí)資源，并運用大數(shù)據(jù)技術(shù)與學(xué)習(xí)分析技術(shù)，建立精準的學(xué)生學(xué)業(yè)畫像與智能的知識圖譜，優(yōu)化教師教學(xué)行為的同時，促進學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課堂研討及課后拓展。

二、高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)實踐的反思

第一，高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略，重視學(xué)生認知水平差異，充分利用智能化手段，促進學(xué)生與教師高度互動、密切協(xié)同，推動課堂“翻轉(zhuǎn)”與“融合”，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。

第二，高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略嘗試將教學(xué)所需的物理空間、資源空間和社交空間整合到一個學(xué)習(xí)環(huán)境中，充分應(yīng)用教育資源公共服務(wù)平臺和教育管理公共服務(wù)平臺，形成智慧的教與學(xué)環(huán)境，逐步實現(xiàn)線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)與課前課后學(xué)習(xí)的一體化的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

第三，高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略嘗試改革教師、學(xué)生角色內(nèi)涵。使得教師不僅僅是信息的傳播者、講授者，而是從“教”變?yōu)椤皩?dǎo)”，成為學(xué)生人生的導(dǎo)師與顧問，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的支持者與幫助者。使得學(xué)生不再是被動的知識接受者，而是知識構(gòu)建、交流、協(xié)作的主體，提高融會貫通地應(yīng)用知識解決實際問題的能力。［3］

綜上，高中生物學(xué)“翻轉(zhuǎn)+融合”教學(xué)策略依托智能環(huán)境，結(jié)合生物學(xué)科學(xué)習(xí)特點，有機地融合線上、線下學(xué)習(xí)，促進“教學(xué)信息傳遞”及“知識吸收內(nèi)化”，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。