劉丹

摘 要 以“基因工程的基本操作程序”一節(jié)為教學案例，通過分析能體現(xiàn)生物學核心素養(yǎng)的教學內(nèi)容、制訂指向生物學核心素養(yǎng)的教學目標和設計落實生物學核心素養(yǎng)的教學過程，探討如何開展立足于培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)的中學生物教學。

關(guān)鍵詞 生物學核心素養(yǎng) 基因工程 操作程序 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

生物學核心素養(yǎng)是通過學習生物學知識和技能、常用的思維與科學探究的方法等而習得的重要觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。生物學核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任四個要素。如何開展以生物學核心素養(yǎng)為導向的中學生物教學是現(xiàn)在生物學教育工作者十分關(guān)注的問題。下面將以“基因工程的基本操作程序”一節(jié)為教學案例，對這一問題進行初步探討。

1 分析能體現(xiàn)生物學核心素養(yǎng)的教學內(nèi)容

1.1 分析推理，理性思考

本節(jié)的內(nèi)容是高中學生學習的一個難點，是在必修模塊相關(guān)知識和經(jīng)驗基礎上的提升，并且由于基因工程操作是微觀的分子水平，無法用肉眼觀察得到，這給學生的學習和理解也帶來了一定的難度。教學時，教師可以設計一些具有啟發(fā)性的問題，引導學生逐步分析基因工程每一步操作的必要性以及操作的對象、方法和原理；還可以讓學生利用已有知識來進行判斷、推理，如根據(jù)DNA復制的相關(guān)知識，推導出PCR反應需要的條件等，從而促進學生理性思維能力的發(fā)展，避免“死記硬背”的學習方式。

1.2 創(chuàng)設情境，科學探究

素養(yǎng)是在個體與情境的有效互動中生成的。教師在教學過程中合理地創(chuàng)設情境并且選擇合適的情境素材，不僅能提高學生學習的趣味性，增強學習的效果，還能對學生生物學核心素養(yǎng)的形成產(chǎn)生積極的作用?；蚬こ痰某晒S碩，可以應用的有價值的情境資源是非常多的。在講授基因工程的基本步驟時，教師可以結(jié)合現(xiàn)實生活中的基因工程產(chǎn)品，如某種轉(zhuǎn)基因植物、基因工程藥物、基因工程菌等的產(chǎn)生過程來進行講解。之后，可以再創(chuàng)設一個問題情境，讓學生運用所學知識來設計獲得某一基因工程產(chǎn)品的方案，從而使他們將整個基因工程的操作流程有效地串聯(lián)起來，加深對基因工程的認識和理解。在設計方案的過程中，教師還可以引伸出一些問題讓學生進行探究。例如，學生可能會設計不同的獲取目的基因的方法，這時就可以讓他們探究這些方法是否可行，如果可行還可以比較它們的優(yōu)缺點等。學生獨立開展探究活動往往存在一些困難，教師應當給予一定的引導和啟發(fā)。

1.3 升華認識，擔當責任

基因工程不僅是生命科學領域研究的熱點，也受到了全社會的廣泛關(guān)注。學生在學習本節(jié)內(nèi)容之前，可能已經(jīng)通過媒體、他人的介紹和評論等對基因工程有了感性的認識。教師在引導學生學習基因工程的基本操作程序的基礎上，應該再升華學生的情感。一方面，教師要讓學生認同我國在基因工程領域取得的矚目成就，培養(yǎng)他們的民族自豪感和自信心；另一方面使學生認識到基因工程可能帶來安全性問題，它的應用對人類來說既是機遇也是挑戰(zhàn)，關(guān)鍵是如何正確對待和合理利用，同時還應該思考人們可以從哪些方面來提高基因工程的安全性，這些都是對學生“社會責任”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 制訂指向生物學核心素養(yǎng)的教學目標

教師可以從生物學核心素養(yǎng)的幾個方面來制訂以下教學目標。

① 理性思維：

通過對細胞內(nèi)DNA復制過程、參與DNA復制的各種組分和反應條件的分析，能理解PCR的原理，并推出PCR反應所需的條件；

能根據(jù)基因表達的過程，推出目的基因檢測與鑒定的幾種方式；能運用流程圖的形式概括出基因工程的基本操作程序。

② 科學探究：

針對人類生產(chǎn)或生活中的某一需求，能選取適當?shù)幕蚬こ碳夹g(shù)和方法，設計獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案并就其中的某些問題展開探究。

③ 社會責任：

面對日常生活或社會熱點話題中與基因工程有關(guān)的話題時，能基于基因工程的基本原理和操作流程，表達自己的觀點；認同基因工程給我們的生產(chǎn)、生活帶來的正面影響，能理性對待基因工程技術(shù)及其產(chǎn)物。

值得一提的是，生物學核心素養(yǎng)的四個要素并不是孤立存在的，而是一個相互聯(lián)系、相互支撐的整體。每一個教學目標的設定也不一定只指向某一核心素養(yǎng)。例如，在讓學生設計獲得某一轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的方案時（科學探究），肯定要考慮其中涉及的安全性問題（社會責任）。另外，筆者制訂的教學目標中雖然沒有提到生命觀念，但是之前學的一些能反映結(jié)構(gòu)與功能觀的內(nèi)容是本節(jié)課的知識基礎。在教學中，教師可以找到這些縱向銜接的點，來貫通這一素養(yǎng)。例如，在必修模塊，學習了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)使它能夠通過堿基互補配對進行精確的復制，這滲透了結(jié)構(gòu)與功能觀，在進行本節(jié)PCR原理的講解時，就可以聯(lián)系這一點來展開；在前面一節(jié)，了解了基因工程中使用的載體的基本結(jié)構(gòu)：具有限制酶切割位點使得外源DNA能夠插入其中，具有標記基因使得我們能夠鑒定和篩選重組體等，這同樣體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能觀，在本節(jié)講基因表達載體的構(gòu)建時，就可以聯(lián)系這些內(nèi)容來介紹基因表達載體的其他組成部分，從而加深學生對結(jié)構(gòu)與功能觀的認識。

3 設計落實生物學核心素養(yǎng)的教學過程

3.1 引入新課

教師創(chuàng)設轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的產(chǎn)生背景和推廣應用情況的情境，并利用這一情境，提出問題：“你知道轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗蟲的機理是什么嗎？培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉一般需要哪些步驟？”教師引導學生分析討論。

設計目的：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是我國科學家自主取得的重大科技成果，了解相關(guān)知識背景能增強學生的民族自豪感和自信心，教師提出的問題又可以啟迪學生思維，激發(fā)他們的求知欲。

3.2 講解基因工程的基本操作程序

3.2.1 學習目的基因的獲取

教師介紹轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、目的基因，以及培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的目的基因，并引申介紹科學家篩選培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉需要的目的基因的過程、篩選的注意事項，如安全性問題等。然后，學生自主閱讀從基因文庫中獲取目的基因的方法。

這部分內(nèi)容的重點是如何利用PCR技術(shù)獲取和擴增目的基因。教師先讓學生回顧之前學習過的DNA復制的相關(guān)知識，引導學生討論、演繹推理出PCR反應需要的條件：模板、原料、引物和DNA聚合酶；然后再結(jié)合教材中的“PCR反應原理示意圖”，引導學生對其原理進行一步一步深入分析；最后，通過一個可以在網(wǎng)上進行虛擬PCR實驗的網(wǎng)站，讓學生親自嘗試PCR的實驗操作。

設計目的：以培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的情境貫穿基因工程操作程序的教學，這樣有助于引導學生在今后的學習中，聯(lián)系真實的情境主動地去發(fā)現(xiàn)、去探究、去創(chuàng)造。PCR技術(shù)的原理和操作是本課教學的難點，設計時，教師采用了多種教學方式相結(jié)合：

（1） 演繹推理，化難為易。教師引導學生一起討論、推出PCR反應的條件，有助于學生理解；通過推理演繹，還能培養(yǎng)他們理性思維的能力。

（2） 圖文結(jié)合，深刻闡述。教師借助圖片，分析講解PCR的原理，將抽象文字轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w圖像，在一定程度上降低了學習的難度。

（3） 數(shù)字資源，助力學習。教師讓學生親自操作的交互式的虛擬實驗，不僅豐富了課堂教學，讓課堂“動”起來，“活”起來，還可能使每個學生都有了操作的機會，充分調(diào)動了他們的學習積極性，并能幫助他們進一步掌握PCR技術(shù)。

3.2.2 學習基因表達載體的構(gòu)建

教師要求學生思考回答教材旁欄中的問題：“將生物的所有DNA直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，效果會怎樣？”接著，教師展示一張基因表達載體模式圖，讓學生觀察它的構(gòu)成，并根據(jù)教材內(nèi)容說明各個元件的作用。之后，結(jié)合前一節(jié)中介紹的幾種DNA重組技術(shù)的基本工具，指導學生利用這些工具，自主構(gòu)建培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的基因表達載體。

設計目的：這部分教材旁欄中的問題能引發(fā)學生的認知沖突，讓學生通過思考解決這個問題，其實就是讓他們明白這步操作的目的。讓學生自主構(gòu)建載體的目的是使他們厘清所學知識，并進行有效的整合和應用。

3.2.3 學習將目的基因?qū)胧荏w細胞

教師向?qū)W生介紹將目的基因?qū)朊藁毎约捌渌参锛毎姆椒ǎ谢ǚ酃芡ǖ婪?、農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法等。然后，學生自己閱讀了解將目的基因?qū)雱游锛毎臀⑸锛毎姆椒ā?/p>

設計目的：高中生物學教育的著力點之一是要全面提高學生的科學素養(yǎng)，而不是培養(yǎng)生物學專業(yè)人才。因此教師在教學中要注重學科的基礎性，不能一味追求知識的深度。雖然完成這步操作的方法有多種，但是教學根據(jù)培育抗蟲棉這一主線，教師只介紹了將目的基因?qū)朊藁毎推渌参锛毎姆椒?；然后再拓展到面，讓學生簡單了解目的基因?qū)雱游锛毎臀⑸锛毎姆椒纯伞?/p>

3.2.4 學習目的基因的檢測與鑒定

教師結(jié)合前面學過的基因表達的過程，引導學生推出可以從哪幾個水平進行檢測與鑒定。

設計目的：讓學生結(jié)合已有的遺傳學知識自己推出進行目的基因檢測與鑒定的幾個水平，經(jīng)歷這樣一個思維的過程遠比單純記憶結(jié)論的價值要大得多。

3.3 小結(jié)

教師要求學生運用流程圖的形式概括出基因工程的基本操作程序，之后再進行補充和提升。教師設置情境：隨著轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的廣泛種植，科學家推測棉鈴蟲可能會對Bt毒蛋白產(chǎn)生抗性，作為有責任心的科學家，在沒有發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲出現(xiàn)抗性之前，就會想辦法應對。由此引發(fā)學生討論基因工程的安全性問題。最后教師再總結(jié)：基因工程可能帶來安全性問題（包括環(huán)境安全、生態(tài)安全、食品安全等），在面對來自媒體和他人關(guān)于基因工程安全性問題的不同觀點時，我們要能夠運用自己掌握的生物學知識進行辨析，形成理性、科學、客觀的評價能力。

設計目的：這一環(huán)節(jié)能培養(yǎng)學生總結(jié)概括的能力，也是對本課重要內(nèi)容的一個梳理。前面在講培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉目的基因的篩選時提到過目的基因的安全性問題，這里再次講到安全性是對前面內(nèi)容的呼應和提升。教師要求學生聯(lián)系基因工程的安全性問題進行討論，可以激發(fā)學生的社會責任意識，擁有強烈的社會責任感，才能最終成為社會需要的人才。

3.4 練習

利用本章章引言中“可以使煙草生產(chǎn)我們?nèi)祟愋枰乃幬锏鞍住边@一情境，讓學生設計一個用煙草表達重組人胰島素原的方案。

設計目的：該練習不僅是對知識的鞏固，也體現(xiàn)了學以致用的學習宗旨。另外，不同的學生會有不同的設計方案，可以讓他們交流討論，比較方案的優(yōu)缺點，課后還可以繼續(xù)查閱資料，進一步探究完善方案（圖1）。

4 反思

通過對“基因工程的基本操作程序”一節(jié)教學內(nèi)容的分析和設計，可以看到：找到能體現(xiàn)生物學核心素養(yǎng)的教學內(nèi)容，教學就有了著力點；明確培養(yǎng)生物學核心素養(yǎng)的教學目標，教學就有了方向；創(chuàng)設情境、設計啟迪學生思維的問題和培養(yǎng)學生科學探究能力的活動等使得學生發(fā)展生物學核心素養(yǎng)得到真正的落實。生物學核心素養(yǎng)的形成不同于知識和技能的習得，難以“立竿見影”，教師應該讓它像“潤物細無聲”的春雨那樣滲透在整個教學的過程中。未來，立足學生生物學核心素養(yǎng)，生物學課程建設的探索與實踐一定會全面推進，這將帶來新的憧憬與期待。

參考文獻：

柳夕浪.從“素質(zhì)”到“核心素養(yǎng)”——關(guān)于“培養(yǎng)什么樣的人”的進一步追問[J].教育科學研究，2014，3：5-11.