吳雷鳴

摘要：高三生物教學(xué)學(xué)時(shí)緊張、要求高，需要在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最好的復(fù)習(xí)效果，避免“炒冷飯”。《基因工程》一輪復(fù)習(xí)課，以一個(gè)大問(wèn)題“如何培育綠色熒光大腸桿菌”引領(lǐng)和若干個(gè)子問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，助推學(xué)生構(gòu)建“基因工程”的知識(shí)框架。其中，特別注意了問(wèn)題設(shè)計(jì)和課堂預(yù)設(shè)與生成兩個(gè)方面的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}驅(qū)動(dòng)一輪復(fù)習(xí)《基因工程》

高三生物教學(xué)學(xué)時(shí)緊張、要求高，需要在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最好的復(fù)習(xí)效果，避免“炒冷飯”。對(duì)此，筆者也做了積極的探索與嘗試?！痘蚬こ獭芬惠啅?fù)習(xí)時(shí)，以一個(gè)大問(wèn)題“如何培育綠色熒光大腸桿菌”引領(lǐng)和若干個(gè)子問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，助推學(xué)生構(gòu)建“基因工程”的知識(shí)框架。

一、教學(xué)過(guò)程

（一）引領(lǐng)問(wèn)題的提出

師

（出示綠色熒光水母圖片，如圖1）我們班一位同學(xué)受綠色熒光水母的啟發(fā)，想要培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌，你們能幫助他思考有哪些培育方法嗎？

（奇特的圖片一出現(xiàn)，加上本班同學(xué)提出的問(wèn)題，學(xué)生的好奇心立即被調(diào)動(dòng)起來(lái)，紛紛提出自己的觀(guān)點(diǎn)。）

生

誘變育種。

生

如果用誘變的方法不一定能得到綠色熒光大腸桿菌。

生

基因突變是不定向的，所以需要大量處理供試材料，可以用基因工程育種。

師

那么，與誘變育種相比，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)是——

生

定向改造生物性狀。

師

既然誘變育種的方向不確定，而雜交育種目的性強(qiáng)且可預(yù)見(jiàn)，那么可不可以用雜交育種的辦法呢？

生

不能，因?yàn)樗概c大腸桿菌之間存在生殖隔離。

師

所以我們選擇基因工程育種，可以克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙。若采用基因工程育種，你們會(huì)怎么做？

生

先確定目的基因，即綠色熒光水母的熒光蛋白基因。

生

還要確定受體細(xì)胞，即大腸桿菌。

師

不同生物之間能實(shí)現(xiàn)基因拼接的原因是——

生

DNA都是由四種脫氧核苷酸形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

師

一種生物的基因能在另一種生物體內(nèi)表達(dá)的原因是——

生

不同生物共用一套遺傳密碼。

“培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌”是一位學(xué)生在課間交流時(shí)提出的，筆者當(dāng)時(shí)覺(jué)得這是一個(gè)很好的問(wèn)題，既能將本專(zhuān)題內(nèi)容（基因工程的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、操作步驟等）串起來(lái)，又能驅(qū)動(dòng)學(xué)生去比較基因工程育種與其他育種方式的利與弊。由于是身邊同學(xué)提出的問(wèn)題，課堂一開(kāi)始就呈現(xiàn)出興趣盎然、群策群力的熱烈氛圍，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)。

本節(jié)課的內(nèi)容不僅是教學(xué)重點(diǎn)，也是考綱中的主干知識(shí)，內(nèi)容繁多且抽象，有一定的難度。所以，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題時(shí)，筆者特別強(qiáng)化了基因工程的概念和操作步驟等知識(shí)的回顧，引領(lǐng)學(xué)生把散落在不同章節(jié)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，整合出一個(gè)相對(duì)完整的生物學(xué)“大概念”（基因工程），有效幫助學(xué)生建立連貫、系統(tǒng)的知識(shí)體系。

（二）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)辨析

師

（出示表1）請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀(guān)察表格中四種不同的限制酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)，你能得出什么結(jié)論？

生

限制酶只能催化特定的核苷酸序列并使特定位點(diǎn)的磷酸二酯鍵水解。如BamHⅠ酶的識(shí)別序列是GGATCC，切割位點(diǎn)是G與G之間的磷酸二酯鍵。

師

限制酶作為生物催化劑，其催化作用具有高效性、專(zhuān)一性等特點(diǎn)。

生

不同的限制酶處理DNA后，有的形成黏性末端，有的形成平末端。

師

目前，基因工程中廣泛使用的限制酶切割方式有兩種：錯(cuò)位切產(chǎn)生的是黏性末端，平切產(chǎn)生的是平末端。

生

不同的限制酶也可能產(chǎn)生相同的黏性末端，如BamHⅠ酶和BclⅠ酶。

師

請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步思考：不同種限制酶處理相同的DNA序列，產(chǎn)生的末端相同嗎？

生

不一定相同。

師

對(duì)的。我們可以進(jìn)一步推出：DNA連接酶作用的末端不一定是同種限制酶切割形成的;連接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割，如分別用BamHⅠ酶和BclⅠ酶處理同一種DNA片段后形成的黏性末端能相連，（出示圖2）但是連接后形成的DNA片段不能再被這兩種限制酶識(shí)別。

限制酶作為“分子剪刀”，是基因工程操作中的重要工具酶，也是高考試題中的高頻考點(diǎn)。筆者通過(guò)讓學(xué)生觀(guān)察不同酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考，在感知、內(nèi)化過(guò)程中形成準(zhǔn)確的生物學(xué)概念。當(dāng)學(xué)生能總結(jié)出不同種限制酶處理相同的DNA序列產(chǎn)生的末端不一定相同時(shí)，他們對(duì)限制酶概念的理解已經(jīng)立體化，能多維度地剖析問(wèn)題了。這也是后面單酶切、雙酶切學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)?！斑B接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割”這一觀(guān)點(diǎn)，不僅讓學(xué)生體會(huì)到生物學(xué)的概念靈活性之強(qiáng)，更能激起學(xué)生對(duì)基因工程濃厚的興趣和探究之心。

（三）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)反思

師

（出示圖3、圖4）現(xiàn)有某載體，其上有一至多個(gè)限制酶切位點(diǎn)，圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)選擇合適的限制酶用于構(gòu)建基因表達(dá)載體。

生

用EcoRⅠ處理。

生

不好，會(huì)產(chǎn)生相同的黏性末端。

生

可以用雙酶切，用EcoRⅠ和BamHⅠ處理，避免產(chǎn)生相同的黏性末端。

生

也可以用EcoRⅠ和HindⅢ處理。

……

師

同學(xué)們各抒己見(jiàn)，很好！現(xiàn)在我們一起來(lái)觀(guān)察一下，質(zhì)粒上共存在四種酶切序列，首先我們能否選擇SmaⅠ酶？

生

不能，因?yàn)槟康幕騼?nèi)部存在SmaⅠ酶的識(shí)別序列，會(huì)破壞目的基因。

師

對(duì)，限制酶應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端，且質(zhì)粒上也有的。目的基因內(nèi)部不能有相關(guān)酶的識(shí)別序列。這樣，質(zhì)粒上還有三種酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)，大家可以討論看看有幾種方案？

（學(xué)生討論。）

師

大家有這么多好的想法！我們來(lái)比較一下，只用EcoRⅠ一種限制酶和使用BamHⅠ、Hind Ⅲ兩種限制酶這兩種方案，即比較單酶切和雙酶切。

（學(xué)生比較，師生共同總結(jié)，得到表2中的結(jié)論。）

本專(zhuān)題內(nèi)容對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難點(diǎn)較多，如果處理不好，教師會(huì)停留在概念的復(fù)述和操作步驟的簡(jiǎn)單介紹層面，學(xué)生變成簡(jiǎn)單地死記硬背。而通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生在討論中經(jīng)歷概念的形成過(guò)程，理清知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建起更加穩(wěn)固的知識(shí)體系。構(gòu)建基因表達(dá)載體（復(fù)制原點(diǎn)+啟動(dòng)子+目的基因+終止子+標(biāo)記基因）是基因工程操作的核心步驟。因?yàn)橐玫椒先祟?lèi)意愿的基因表達(dá)產(chǎn)物，就要確保目的基因能順利導(dǎo)入受體細(xì)胞并穩(wěn)定遺傳和表達(dá)。而這些又取決于目的基因與載體的結(jié)合情況，因此限制酶的選擇至關(guān)重要，會(huì)直接影響到該核心步驟的成功率。如何通過(guò)問(wèn)題讓學(xué)生在分子水平上理解并學(xué)會(huì)選擇限制酶，是本節(jié)課需要重點(diǎn)突破的問(wèn)題。本環(huán)節(jié)設(shè)置的這道題由淺入深，切入門(mén)檻低，學(xué)生也能有感而發(fā)。課堂討論熱烈，學(xué)生在不斷研判、不斷爭(zhēng)論、不斷反思過(guò)程中逐漸理清邏輯，不僅學(xué)會(huì)了如何選擇限制酶構(gòu)建基因表達(dá)載體，還真正理解了為什么要構(gòu)建基因表達(dá)載體。

（四）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)遷移

（教師出示題目：Bam HⅠ和Bgl Ⅱ兩種限制酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)如圖5所示，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過(guò)圖6中的①過(guò)程獲得的重組質(zhì)粒成功導(dǎo)入受體細(xì)胞后，經(jīng)培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)約有50%的細(xì)胞能正常表達(dá)目的基因產(chǎn)物，請(qǐng)說(shuō)明原因。學(xué)生思考。）

師

為什么約有一半細(xì)胞不表達(dá)？

生

因?yàn)槟康幕蚺c質(zhì)粒結(jié)合時(shí)存在正接和反接兩種情況，所以會(huì)產(chǎn)生兩種重組質(zhì)粒。

師

題干中正常表達(dá)的含義是什么呢？

生

指DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯合成出蛋白質(zhì)。

師

表達(dá)成功的標(biāo)志是——

生

產(chǎn)生目的基因編碼的蛋白質(zhì)或產(chǎn)生相應(yīng)性狀。

師

由此，同學(xué)們可以體會(huì)到表達(dá)和表達(dá)成功在基因工程中的含義了?；蚬こ叹褪前凑杖祟?lèi)的意愿，使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并且可以遺傳至下一代，即目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。

復(fù)習(xí)課中知識(shí)的回顧不是終點(diǎn)而是起點(diǎn)，更重要的是教師能通過(guò)設(shè)置研究情境，驅(qū)動(dòng)學(xué)生解決問(wèn)題。所以，本節(jié)課通過(guò)系列問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生構(gòu)建好知識(shí)體系后，再通過(guò)一道高考立意的綜合題，引領(lǐng)學(xué)生在新的情境中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題。通過(guò)三個(gè)具有層次性的追問(wèn)，不僅可以有效降低“切題”門(mén)檻，以分析為基礎(chǔ)，理清題干背后隱藏的知識(shí)點(diǎn)，而且能有效銜接選修和必修知識(shí)，促使學(xué)生重組知識(shí)以形成新的知識(shí)體系，使知識(shí)具備成長(zhǎng)性。

二、教學(xué)思考

高三階段，復(fù)習(xí)課是最常態(tài)的教學(xué)形式，學(xué)生已有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，缺少新鮮感，所以更需要教師花心思、花精力去研究學(xué)情，研究考綱，研究教育心理。

“基因工程”是生物選修模塊《現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題》的教學(xué)內(nèi)容，也是生命科學(xué)中最具活力的前沿領(lǐng)域之一，基礎(chǔ)性知識(shí)要求高，涉及技術(shù)名詞多，學(xué)生理解起來(lái)頗有難度;同時(shí)，整章之間也體現(xiàn)了“STS（科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)）”教育思想，對(duì)教師的教學(xué)也提出了較高的要求。因此，《基因工程》一輪復(fù)習(xí)課，要在必修課基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生深入了解基因工程的基本原理和操作流程，了解基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)等方面的廣泛應(yīng)用及發(fā)展前景，以開(kāi)闊學(xué)生的科技視野，提高他們對(duì)生物科學(xué)技術(shù)的興趣。

本節(jié)課以基因工程的操作步驟為脈絡(luò)，以“培育綠色熒光大腸桿菌”為引領(lǐng)，以多個(gè)“子問(wèn)題”為驅(qū)動(dòng)，促使學(xué)生在一個(gè)具體情境中整合、歸納基因工程操作步驟的知識(shí)體系。其中，還特別注意了以下兩個(gè)方面：

（一）問(wèn)題的設(shè)計(jì)

問(wèn)題是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的原動(dòng)力。每個(gè)專(zhuān)題復(fù)習(xí)前，教師可以問(wèn)自己幾個(gè)問(wèn)題：本專(zhuān)題的重點(diǎn)是什么？學(xué)生的需求是什么？教師需要解決哪些問(wèn)題？圍繞這些“自我拷問(wèn)”再結(jié)合考綱去設(shè)計(jì)問(wèn)題，得到的問(wèn)題往往是針對(duì)某一特定學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)問(wèn)或情境，其中大部分來(lái)源于學(xué)生的學(xué)情（已有觀(guān)點(diǎn)或困惑），小部分來(lái)自教學(xué)過(guò)程中的生成。

例如，本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容是“基因工程”，為了幫助學(xué)生理解基因工程知識(shí)的結(jié)構(gòu)體系，教師通過(guò)一個(gè)大問(wèn)題“如何培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌”引領(lǐng)、通過(guò)若干“子問(wèn)題”驅(qū)動(dòng)，這樣，知識(shí)體系就被拆成一個(gè)個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，隱藏在各個(gè)“子問(wèn)題”背后。學(xué)生通過(guò)一步一步地解決“子問(wèn)題”，習(xí)得其背后的知識(shí)點(diǎn)，理順知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建自己的知識(shí)體系。

（二）課堂預(yù)設(shè)與生成

教學(xué)是個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，每個(gè)學(xué)生的認(rèn)知水平、思維方式皆有差異。雖然課前教師精心設(shè)計(jì)了多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，但是在真實(shí)的情境中往往不一定能順利開(kāi)展。

本節(jié)課中也遇到了類(lèi)似問(wèn)題，在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，有學(xué)生回答用染色法去獲得綠色熒光大腸桿菌，其他學(xué)生有的覺(jué)得好笑，有的覺(jué)得也可以。如果處理不當(dāng)，會(huì)引起課堂方向的走偏，且會(huì)帶來(lái)學(xué)生思維上的模糊。對(duì)此，教師首先肯定了他的“奇思妙想”（畢竟是一種方法），然后引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合課題要求，分析可遺傳變異、不可遺傳變異的區(qū)別（前者是遺傳物質(zhì)改變;后者只是由環(huán)境帶來(lái)的變化導(dǎo)致的性狀改變，遺傳物質(zhì)未變），讓學(xué)生的思維活動(dòng)重新回到本節(jié)課的研究主題。

回過(guò)頭來(lái)想，教學(xué)時(shí)能機(jī)智應(yīng)對(duì)，一則心中不慌，這與充分備課有關(guān);二則有備而來(lái)，這得益于平時(shí)能堅(jiān)持記錄課堂預(yù)設(shè)及生成的案例所積累的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 胡學(xué)發(fā).“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、多元導(dǎo)學(xué)”教學(xué)法研究[J].當(dāng)代教育科學(xué)，2012（20）.