基于生物學學科核心素養的教學設計
——以“遺傳信息的攜帶者——核酸”為例

（重慶市第十一中學校 重慶 400060）

《普通高中生物學課程標準（2017版）》明確指出：“著眼于學生適應未來社會的發展和個人生活的需要，從生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發展學生的學科核心素養，充分體現本課程的學科特點和育人價值，是本課程的設計宗旨和實施中的基本要求?！倍鴮W生核心素養的發展離不開課堂教學，合理的教學設計將會促進學生的主動參與、深度思考，促進學生邏輯思維的發展、核心素養的落實，從而成為具有終身學習能力的人。下面以“遺傳信息的攜帶者——核酸”一節為例，進行基于生物學核心素養的的教學設計探討。

“遺傳信息的攜帶者——核酸”是人教版高中生物學教材《必修1·分子與細胞》第二章“組成細胞的分子”的第三節。本教學設計重組教材內容，以“親子鑒定”引入新課，并圍繞這個其原理開展整節內容的學習，在推理思辨中內化知識，發展學生的生物學學科核心素養。

1 創設情境，激發興趣，增強社會責任感

“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。社會責任是學生“在形成生命觀念，進行科學思維和科學探究的過程中，最終形成一定的社會責任意識和義務”。培養學生的社會責任，教師需要結合實際生活，組織學生參與討論，作出理性判斷，辨別迷信和偽科學，主動向他人宣傳關愛生命和健康生活的觀念和知識等。

教學環節1：利用多媒體，播放“滴血驗親”片段。

教師提問：滴血認親靠譜嗎？并簡要說明原因。通過短暫交流，學生能說明血液能融合只能代表可能具有相同的血型，但血型相同并不等同于具有親子關系。教師介紹更科學判定親子關系——DNA親子鑒定方式，追問：你能設想為什么DNA可以用來推斷雙方的親子關系呢？學生往往從DNA作為遺傳物質，個體間具有差異性的角度出發進行解釋，親緣關系相近的DNA相似程度更大。

基于以上分析，教師進一步指出：“在生物學中，結構和功能是生物學的基本觀念之一，DNA可以作為遺傳物質，決定個體間性狀的差異，與其結構是分不開的?！边@樣從而為下一個學習目標埋下伏筆。

設計意圖：在本節教學中，教師創設情境，激發學生的學習興趣，引導學生利用生物學相關知識，辨別迷信和偽科學，成為信息的明智消費者，體會向他人宣傳關愛生命和健康生活的成就感和責任感。同時，追問DNA親子鑒定的原理，為學生逐漸形成結構和功能相適應的生命觀念奠定基礎。

2 基于實證的邏輯，發展科學思維

“科學思維”是指尊重事實證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。

教學環節2：學生閱讀教材P28文字及核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸的結構圖，討論以下問題：①類比蛋白質和氨基酸，思考核酸和核苷酸的關系？②根據圖1，比較并歸納兩種核苷酸的化學組成。

根據氨基酸是蛋白質的基本組成單位，每個蛋白質都是由氨基酸脫水縮合形成這一前概念，學生能夠比較容易地推理出核酸也是由核苷酸聚合而成，構建新知。觀察核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸的結構圖，學生發現核苷酸的差異性主要在于五碳糖的2號碳原子連接基團的差異，從而認可脫氧核糖核苷酸的命名，同時總結出兩者都由磷酸、五碳糖和含氮堿基組成。這樣可以訓練學生基于事實材料進行歸納和概括的能力。

在此基礎上，教師呈遞科學證據：通過化學方法，發現堿基含有C、H、O、N四種元素，那么請你推理核酸的元素組成？并說明原因。學生能夠根據核苷酸的結構，推斷其元素組成，并運用核酸由核苷酸聚合而成這一新學概念，解決上述問題，鍛煉了演繹與推理能力。

教學環節3：教師呈現脫氧核苷酸長鏈形成示意圖，引導學生思考問題：

①找出兩個核苷酸之間的連接部位，用筆畫一個圈，將連接的化學鍵圈出來。

②觀察核苷酸結構，類比蛋白質形成過程，推理核苷酸的結合方式。

學生觀察圖片，找出連接核苷酸的化學鍵，并結合有機化學的基礎，理解核酸是通過核苷酸脫水縮合形成。結合教材“DNA和RNA在化學組成上的區別”示意圖，教師進一步設置問題串：圖中與腺嘌呤相連的五碳糖是哪一種？此核苷酸的全稱是什么？此核苷酸長鏈可稱為DNA鏈，還是RNA鏈？說明原因。在此基礎上，學生歸納出DNA和RNA在結構上的差異性。經小組合作研討，學生能夠進一步歸納：核苷酸的差異不僅僅在于五碳糖的差異，還體現在含氮堿基的不同；核酸由于由核苷酸聚合而成，除上述差異以外，往往還具有二級結構的差異，即DNA常常以雙鏈的形式存在，而RNA一般為單鏈。

教師為了加強學生對核酸結構的理解和應用，設置例1，讓學生進行鞏固訓練，培養學生的歸納與概括和演繹與推理的能力。

【例1】不同生物含有的核酸種類不同。細胞生物同時含有DNA和RNA，病毒體內含有DNA或RNA中的一種，根據以上信息，完成表1所列生物中關于堿基、核苷酸種類的歸納。

表1 某些生物中所含有的堿基、核苷酸種類

設計意圖：科學思維是基于事實證據、運用科學概念、通過科學推理和論證對客觀事物的本質、規律及其相互關系作出判斷和解釋、對客觀事物的發展變化作出預測的認識方式。本環節從教材示意圖出發，在尊重事實和證據的基礎上要運用歸納和概括的能力，對不同的核苷酸和核酸求同求異，提升辯證思維；在構建概念時，類比蛋白質形成過程，層層遞進，培養演繹與推理等科學思維。

3 以問題驅動，構建生物學結構和功能觀

教學環節4：教師出示下列兩條核苷酸鏈（圖1），引導學生思考以下問題。

①兩條核苷酸鏈的差異性取決于什么？

②由n個核苷酸聚合而成的一條核苷酸長鏈最多有多少種排列組合方式？（提示：從n=1，n=2，……以此類推）

③科學發現人類DNA分子大約有31.6億個堿基對，基于以上事實，嘗試解釋DNA可以作為親子鑒定的有效依據。

觀察圖1，學生很容易發現兩條核苷酸鏈的差異在于核苷酸（堿基）的排列順序不同，即攜帶的遺傳信息不同。由于核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子，通過問題②的推導，學生能夠發現雖然核苷酸只有4種，但數量不限，在連成長鏈時，排列順序就極其多樣化，核酸貯存的遺傳信息量也就非常大了。

設計意圖：開課導入時，學生對于DNA可以作為親子鑒定是有感性認識的，也能說出DNA是遺傳物質，每個人的DNA具有差異性。但通過本環節的問題設置，學生能從結構與功能相適應的觀念去理解并解釋，DNA之所以可以作為遺傳物質且具有多樣性，其因為之一是DNA作為生物大分子，貯存了豐富的遺傳信息，從而滲透生命觀念。

4 結合微視頻，體會實驗思路和方法，提升科學探究能力

實驗能力的要求已經不再是只局限于對實驗的目的、原理、方法和操作步驟等方面，而是更廣泛地包括對解釋、分析實驗現象，要求學生具備根據實驗現象推導實驗結論，對簡單的實驗方案做出恰當的評價和修訂，提出假說并設計實驗方案驗證等能力。教材中“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗是很好的素材，筆者在播放了“細胞中DNA和RNA分布”的微視頻之后，引導學生思考：

①操作人員為什么選擇洋蔥鱗片葉內表皮細胞或者人的口腔上皮細胞進行觀察？可以選擇洋蔥鱗片葉外表皮細胞或者哺乳動物的成熟紅細胞嗎？

②如何才能“看到”無色的DNA和RNA在細胞中的準確定位呢？你能歸納出實驗選材一般思路嗎？

③結合教材所示的實驗結果圖片，能否得出“DNA的分布重要在細胞核，RNA的分布主要在細胞質”這一結論？如果要得出此結論，你認為還需尋求什么事實證據？

設計意圖：“科學探究”是能夠讓學生發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論的能力。在此教學環節，教師要注重引導學生體會實驗設計的思路和方法，歸納科學研究的一般規律。在問題③的設問基礎上，教師呈現事實材料：“檢測綠色植物的DNA在細胞中分布，發現84%在染色體上，14%在葉綠體中，2%在線粒體中”。學生通過分析資料，認識到實驗結論的產生往往不只依賴于一個實驗結果，從而培養批判性思維和嚴謹務實的求真態度。

5 小結

至此可以看出，整節課并沒有過多強調事實性新知，而是將其作為事實證據呈現給學生，發展其邏輯思維和推理演繹的能力。

在進行“DNA和RNA在細胞中的分布”實驗教學時，教師嘗試以微視頻的形式給學生進行了播放實驗過程，并非想弱化實驗操作，而是在實際操作中，發現甲基綠吡咯紅的染色效果并不理想，也很難清晰可辨的看到DNA和RNA的分布，因此強行得出“DNA的分布主要在細胞核，RNA的分布主要在細胞質”其實是不科學的。所以，本環節的側重點就轉變為發展學生的科學思維和基本的科學探究能力，以問題導學的形式，讓學生有意識地歸納鑒定類實驗選材的一般思路和方法，以及得出實驗結論的求真務實的科學態度。要在課堂中滲透生物學核心素養，養成結構和功能相適應的生命觀，訓練邏輯和實證相聯系的科學思維方式，教師必須深度思考，合理結合信息技術，以問題驅動教學，促進學生在解決問題的同時嘗試提出新問題。