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例谈围绕生物大概念的单元整体教学设计
陶玉凌
《普通高中生物学课程标准（2020年版）》要求教师围绕生物大概念组织并开展教学活动。它不仅要求教师对生物学核心素养和大概念有清晰的认识，更应该在教学设计时能超越传统的课例设计，开发以重要概念为主题的单元整体教学设计。
《遗传的分子基础》是必修2《遗传与进化》中第3章的内容，围绕“亲代传递给子代的遗传信息主要在DNA分子上”这一重要概念组织学习。核酸是遗传物质的证据;DNA的分子结构和特点;遗传信息的传递;遗传向信息的表达是它的次位概念。本文即以“遗传的分子基础”为主题尝试单元整体教学设计，借助科学史情境探究科学问题，通过模型建构进行多样化思维训练，并挖掘社会热点在细节处体现生命观念和社会责任。 
一、 凸显生物学核心素养的教学目标 基于课程标准并围绕培养学生学科核心素养的要求，制订了如下教学目标： 
1. 科学探究  学生分析噬菌体、肺炎双球菌和烟草花叶病毒三个经典实验，并基于对相关资料的查阅，设计并实施探究实验方案，运用多种方法如实记录和分析实验结果，学习科学家严谨求实的科学态度及对真理追求不懈的科学精神。        
2. 科学思维  学生利用提供的材料和信息，参与制作DNA双螺旋模型;结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征;通过对DNA双螺旋模型建立科学研究方法的学习，提高观察、探索以及动手操作能力，进而培养科学思维方法。        
3. 生命观念      学生利用文字、图表、图解等形式阐述复制、转录、翻译等过程，能从分子与细胞水平认识生物体的结构与功能是相适应的;能从进化与适应的角度思考DNA复制方式的生物学意义;还通过遗传信息传递和表达过程的相关计算，归纳并概括出其规律。        
4. 体会责任     学生关注并参与社会热点中的生物学议题的讨论，基于对遗传信息有序性、准确性和独特性的理解，初步形成关爱生命、敬畏生命、珍惜生命的情感;主动运用传染病的相关知识保护自身健康，具有通过科学实践解决生活中问题的意识和想法。        
二、 融入生物学核心素养的教学过程        
（一） 重温史实，从事实资料的剖析中体验科学探究        
生命科学史中有许多经典史实，蕴含着科学家独特的生物学科学探究方法，通过对科学史中这些经典实验的再现及逻辑分析，学生体验生物学知识的形成过程，从中学习科学家的探究方法。        
1. 活动  教师基于科学史发展主线向学生呈现重要的知识脉络，学生基于历史主线归纳总结各史实节点的重要结论。        
2.阶梯式思维探究    史实1：1928年，格里菲思研究肺炎双球菌的体内转化实验，其中在加热杀死的S型细菌与无毒性的R型活細菌混合后，在小鼠体内转化出有毒性的S型活细菌。这就表明了加热杀死的S型细菌存在“转化因子”。虽没有指出转化因子是什么，却给人们对遗传物质的研究提出了实验的方法和思路。 史实2：1952年，赫尔希和蔡斯利用放射性元素35S标记噬菌体蛋白质，用32P标记噬菌体DNA，用离心方法将噬菌体的蛋白质和DNA分开，以此追踪蛋白质和DNA在侵染过程中的作用。结果表明只有DNA参与其生化过程。亲代与子代之间具有连续性的物质是DNA，也就是说，DNA才是真正的遗传物质。实验材料的选取和同位素示踪法技术的运用，解决了转化实验中的各种疑惑，使实验更具有说服力。        
2. 总结：针对这些层层相扣的难题，科学家巧妙设置实验的探究过程：理论推断—实验验证——得出结论，从发现“转化因子”到寻觅“转化因子”，到最后确定“转化因子”，是这些精辟的实验探究设计过程，最终得出DNA是主要遗传物质的结论。        
（二） 建构模型，从模拟活动的分析中发展科学思维        
有效地组织学生综合运用分析与比较、归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等方法进行科学思维训练，帮助学生理解知识，获得经验，最终阐释生命现象及规律。在“DNA的分子结构和特点”学习过程中，引导学生层层深入地搭建模型，有利于提高课堂效率，发展学生的思维能力，激发学生后续学习的兴趣。        
1. 构建模型1：脱氧核苷酸的搭建        
教师：  a.教师提供材料和用具：提供不同形状、不同大小和不同颜色物体，用来代表脱氧核糖、磷酸和不同的碱基;提供一定强度和韧性的材料作为支架和连接物。      
b.教师用多媒体展示正确的链接方式        
学生：  a.学生4人一组，自选材料和用具，完成脱氧核苷酸模型的制作。        
b.学生理解碱基、磷酸与脱氧核糖的位置关系        
2.构建模型2：搭建10个脱氧核苷酸组成的长链        
教师： a.教师提供课本图片和文字资料，组织探究、讨论并引导学生总结连接方式。并提问：DNA分子中脱氧核苷酸之间是怎样连接成链的？        
b.教师提出问题：你们所搭建的脱氧核苷酸链与所展示的脱氧核苷酸链有什么异同？相同在哪里？不同在哪里？你还可以搭出不同的脱氧核苷酸链吗？        
学生：  a.学生搭建10个脱氧核苷酸组成的长链，注意脱氧核苷酸之间的链接（磷酸二酯键），并互相指出各自搭建的长链的区别。        
b.学生在搭建过程中不断尝试比较，锻炼了动手能力、观察能力和分析能力，为得出DNA的结构特点埋下伏笔。        
3总结：共同总结出DNA分子结构多样性，为DNA的复制、转录、翻译的学习作铺垫。        
（三） 问题串联，从结构与功能的高度培育生命观念        
通过“问题串”让学生集中对那些模糊不清的重难点进行辨析与区分，从而焕发出生物学课堂的生命力;利用问题串将活动难点进行分解，形成逐级的台阶模式，可以有效引导学生进行学习活动，相比直接讲授这种被动的学习方式，在“问题串”引导下的模拟建构活动就是学生主动理解生命现象，树立生命意识的过程，学生的参与和高阶思维都会指向相关概念的理解和深入，最终指向特定的学科能力和核心素养要素。        
1. 导入   教师提出问题：通过上节课有关DNA结构的学习，理解DNA分子不仅能够储存大量的遗传信息，遗传信息的传递就是通过DNA分子的复制来完成的，怎样复制？        
解决学生问题：学生提出DNA复制的两种假设：全保留复制和半保留复制        
2. DNA复制方式探索        
教师提出问题：DNA是肉眼观察不到的，其复制过程不好直接观察，那么要如何分辨原本DNA和新复制合成的DNA？怎样把不一样的DNA分开，密度大的DNA在试管的上方还是下方？密度小的呢？中的呢？请同学们思考用密度梯度离心之后，试管中的DNA条带所在的位置，并画出示意图。        
解决学生问题：学生讨论作答：同位素示踪技术;密度梯度离心。在老师的启发下，学生推导出这样的可能实验现象：如果是全保留复制，则离心的DNA条带应该只有两条;如果是半保留复制，则离心后的DNA条带应该有三条，并画出条带的位置。        
3. 意义：DNA通过复制使遗传信息从亲代传给了子代，从而保证了物种的稳定性，保持了遗传信息的连续性，使种族得以延续。