智能環境下生物學“翻轉+融合”教學實踐
——以“DNA 的結構”教學為例

張芳芳

（泉州第五中學，福建 泉州 362000）

隨著基礎教育課程改革的深入推進，如何于疫情常態化下借助不斷發展的信息技術手段，探索智能環境下的課堂教學策略，推進課堂教學及育人方式的變革，這是作為教育實踐者及研究者的教師必須承擔的時代責任。筆者嘗試在高中生物學教學中運用“翻轉+融合”教學策略，旨在借助信息技術構建智能學習環境，開展混合學習及智慧學習，充分發揮線上預習、線下課堂學習相融合的優勢，激發學生的學習興趣與主動性，促進學科核心素養的提高。［1］現以“DNA 的結構”教學為例，探討“翻轉+融合”教學策略。

一、例析高中生物學“翻轉+融合”教學策略

（一）以生物科學史創設問題情境，引導學生跨學科學習

基于智能環境的高中生物學教學活動具有信息化、智能化的特征。但是部分學生在學習過程中出現了一系列“不良反應”，如缺乏觀看教學視頻興趣與耐心，學習流程混亂，不知如何整合、重構生物學知識等。為此，課前的線上預習階段，基于學生學情及高中生物學教學要求，創設系列問題情境：1.根據威爾金斯的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 的結構研究過程中使用物理、化學及數學的原理和方法。4.若時光倒流到1951年，基于當時的科研成果，科學家能否逐步摸索出DNA 的結構？學生帶著這些問題預習DNA 結構研究科學史，體驗科學家搜集、分析信息的嚴謹的科學態度，以及持之以恒、交流合作的科學精神，思考多學科交叉應用的重要意義。課堂教學時，組織學生交流、分享課前線上學習成果。例如沃森和克里克如何利用DNA 的衍射圖譜驗證所建構的DNA 分子結構模型、DNA 結構研究過程中遇到的困難及解決方法、DNA 結構研究史的啟發等。幫助學生學會有條理地整合、表達所獲得的網絡信息、學習資料及課本知識等。同時，有助于學生了解DNA 衍射圖譜分析、堿基互補配對原則等物理學及化學知識，提高綜合運用生物學知識及跨學科知識的能力。

可見，實施“翻轉+融合”教學策略時，教師可以充分利用有關科學史設計問題情境，激發學生學習興趣，習得有關生物學知識及跨學科知識，學會生物學探究方法及生物學學習方法，發揮科學史實的育人價值。

（二）線上線下融合，有針對性地指導學生學習

要針對性地指導學生線上學習，并根據線上學習數據，針對性地指導學生開展課堂學習活動，充分發揮“翻轉+融合”教學策略的優勢。

1.視頻指導，線上溫故

為了降低學生的智能設備使用時長和依賴度，教師要優化教學視頻內容，精心制作符合學生的認知水平的教學視頻。［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”教學小視頻，創設有關脫氧核苷酸的化學組成及結構的問題情境，幫助學生復習必修1模塊學過的知識，針對性地指導學生課前線上學習。

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”教學小視頻的基礎上，課堂上組織學生動手建構脫氧核苷酸鏈模型（圖1）。首先，組織學生學習模型建構方法，再指導學生兩人一組利用學具建構由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，提高課前線上學習成果。

圖1 脫氧核苷酸單鏈模型

可見，實施“翻轉+融合”教學策略時，教師不能依賴智能手段及相應的輔助教學設備，直接從有關學科網站下載現成的學習視頻，或讓學生長時間線上觀看視頻學習，應根據學生學情及教學條件，有針對性地開展線上、線下學習。

（三）學習平臺互補，指導學生個性化學習

利用公共教育資源平臺、學校慕課平臺及校園網等線上學習平臺，“量身打造”適合學生發展的個性化學習。

1.利用學習平臺指導學生課前線上學習

福建省公共教育資源平臺上有關學習資源豐富，教師可以根據教學目標選擇、指導學生觀看“DNA 的結構”相關預習資料，如以DNA 雙螺旋結構為創意的某建筑視頻、DNA 科學研究小故事、“DNA 的基本組成單位——脫氧核苷酸”原創教學視頻等，要求學生根據導學案閱讀教科書，進行課前線上學習（圖2）。

圖2 “DNA 的結構”學習內容及流程

2.利用學習平臺指導學生課堂上討論交流

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

例如，“DNA 的結構”課堂教學時，創設問題情境：為什么DNA 雙螺旋結構中堿基在單鏈的外側是錯的？為什么相同堿基配對的方式被化學家否定？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？指導學生應用學校慕課平臺進行在線問題式、情境式互動，得出如下結論：DNA 雙螺旋結構中，堿基必須排列在內側，而磷酸和脫氧核糖交替連接必須排列在外側。根據有關實驗數據可知嘌呤是雙環結構、嘧啶是單環結構，而DNA 雙螺旋結構的直徑是恒定的，故嘌呤應當和嘧啶配對。根據查哥夫對多種生物DNA 的堿基定量分析實驗數據，得出堿基的配對規律是A-T 和G-C。隨后，指導學生進行DNA 結構模擬游戲，體驗只有反向平行才能“握手”，學習堿基互補配對原則（圖3）。

圖3 “DNA 雙鏈反向平行”模擬游戲

3.利用學習平臺指導學生課堂練習及課后拓展

利用學校慕課平臺及其評測系統，指導學生課堂練習與課后拓展，促進學生理解與應用DNA 分子結構特點及其功能。

例如，指導學生討論分析：堿基互補配對原則、DNA 分子中堿基的比值和數量之間的規律，線上作答：在雙鏈DNA 中，根據嘌呤和嘧啶的數量關系，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 分子中的比值關系等。并利用學校慕課平臺評測系統進行線上評測，再要求學生完成教科書“練習與應用”中的相關習題。同時，利用學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科知識及研究方法、DNA 指紋技術等。促進學生深刻理解DNA 的結構特點及其功能，建立結構與功能觀，學會運用數學語言描述生命現象，提高獲取信息、分析信息的能力。

可見，實施“翻轉+融合”教學策略時，要合理利用公共教育資源平臺、學校慕課平臺及校園網等線上學習平臺，提供針對性的學習資源，并運用大數據技術與學習分析技術，建立精準的學生學業畫像與智能的知識圖譜，優化教師教學行為的同時，促進學生課前預習、課堂研討及課后拓展。

二、高中生物學“翻轉+融合”教學實踐的反思

第一，高中生物學“翻轉+融合”教學策略，重視學生認知水平差異，充分利用智能化手段，促進學生與教師高度互動、密切協同，推動課堂“翻轉”與“融合”，有針對性地指導學生個性化學習。

第二，高中生物學“翻轉+融合”教學策略嘗試將教學所需的物理空間、資源空間和社交空間整合到一個學習環境中，充分應用教育資源公共服務平臺和教育管理公共服務平臺，形成智慧的教與學環境，逐步實現線上學習與線下學習、課堂學習與課前課后學習的一體化的智慧學習環境。

第三，高中生物學“翻轉+融合”教學策略嘗試改革教師、學生角色內涵。使得教師不僅僅是信息的傳播者、講授者，而是從“教”變為“導”，成為學生人生的導師與顧問，成為學生學習的支持者與幫助者。使得學生不再是被動的知識接受者，而是知識構建、交流、協作的主體，提高融會貫通地應用知識解決實際問題的能力。［3］

綜上，高中生物學“翻轉+融合”教學策略依托智能環境，結合生物學科學習特點，有機地融合線上、線下學習，促進“教學信息傳遞”及“知識吸收內化”，發展學生生物學學科核心素養。