段紫星

摘要 以“基因的本質(zhì)和表達(dá)”為例，以新型冠狀病毒為情境，對(duì)單元知識(shí)的邏輯線索進(jìn)行了整理，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)新型冠狀病毒如何將遺傳信息傳給子代等重要概念，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 單元設(shè)計(jì) 生物學(xué)學(xué)科 核心素養(yǎng) 基因 遺傳物質(zhì)

中圖分類號(hào) G633.91????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出以學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨、內(nèi)容聚焦大概念等基本理念，引領(lǐng)生物學(xué)教師進(jìn)行指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)化的知識(shí)體系，并提升解決復(fù)雜情境中問(wèn)題的能力。

1 單元教學(xué)內(nèi)容分析

“基因的本質(zhì)和表達(dá)”單元的重要概念為：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在 DNA 分子上。本單元教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)容的邏輯性，體現(xiàn)了人類不斷追求科學(xué)真理的過(guò)程：遺傳物質(zhì)是什么→DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)→遺傳信息如何傳遞→遺傳信息如何表達(dá)。

2 單元教學(xué)思路

教師創(chuàng)設(shè)以新型冠狀病毒的生活及疫苗研制為主線的問(wèn)題情境，學(xué)生圍繞次級(jí)問(wèn)題展開(kāi)討論：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么？RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)？新型冠狀病毒如何在活細(xì)胞內(nèi)增殖？如何制備新型冠狀病毒的疫苗？教師在此過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)活動(dòng)解決具體問(wèn)題。單元教學(xué)設(shè)計(jì)思路框架見(jiàn)表1。

3 單元教學(xué)目標(biāo)

（1）學(xué)習(xí)肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)及噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證新型冠狀病毒是 RNA 病毒，概述 DNA是主要的遺傳物質(zhì)，闡明自變量的控制方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，并嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決具體情境中的問(wèn)題。

（2）討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程，分析 DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，闡明運(yùn)用假說(shuō)—演繹法進(jìn)行科學(xué)探究的基本思路，認(rèn)同科學(xué)結(jié)論的獲得離不開(kāi)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛_鑿的證據(jù)，以及科學(xué)技術(shù)進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的作用。

（3）制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，模擬對(duì)DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過(guò)程的模擬，概述DNA 適于儲(chǔ)存豐富的遺傳信息的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、DNA半保留復(fù)制機(jī)制及其生物學(xué)意義、基因的表達(dá)過(guò)程，初步形成遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，認(rèn)同生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，認(rèn)識(shí)DNA 的多樣性和特異性。

（4）基于有關(guān)事實(shí)與證據(jù)，闡明基因與遺傳信息的關(guān)系?；谛滦凸跔畈《厩秩咎囟ǖ幕罴?xì)胞的事實(shí)與證據(jù)，以及對(duì)研制新型冠狀病毒疫苗的探討，闡明遺傳信息的流向、基因與性狀的關(guān)系，嘗試在新情境下運(yùn)用這些概念解釋問(wèn)題，并關(guān)注新型冠狀疫苗研發(fā)的社會(huì)議題。

4 單元教學(xué)的主要過(guò)程

4.1主題1：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么

活動(dòng)1：學(xué)生閱讀格里菲思的肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生分析第四組中S 型菌的來(lái)源，比較不同組別，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。教師提出問(wèn)題：這種轉(zhuǎn)化因子是什么？接著，學(xué)生閱讀艾弗里的實(shí)驗(yàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中自變量控制的科學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路。

活動(dòng)2：教師介紹噬菌體的結(jié)構(gòu)模式圖，播放噬菌體侵染細(xì)菌過(guò)程的動(dòng)畫。教師提出問(wèn)題：如何將噬菌體的 DNA 和蛋白質(zhì)區(qū)分開(kāi)？選用哪種同位素進(jìn)行標(biāo)記？怎樣將35S 標(biāo)記到噬菌體的蛋白質(zhì)上？教師將學(xué)生分成兩組，指導(dǎo)學(xué)生分別畫出同位素35S 和32P 標(biāo)記噬菌體的過(guò)程示意圖，并基于噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程，分別演繹35S 和32P 標(biāo)記的噬菌體侵染未標(biāo)記的細(xì)菌后其蛋白質(zhì)外殼和DNA 的去向，從而促進(jìn)學(xué)生深入理解噬菌體侵染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果及誤差，領(lǐng)悟3個(gè)實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)思路以及選材上的巧妙之處。

活動(dòng)：3：學(xué)生分組完善驗(yàn)證新型冠狀病毒是RNA 病毒的實(shí)驗(yàn)。教師要求學(xué)生利用減法原理控制自變量，并依據(jù)“新型冠狀病毒是RNA病毒”這一假設(shè)來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法，提升控制變量、設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究能力。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納不同生物的遺傳物質(zhì)，建構(gòu)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一重要概念。

4.2主題2：RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)

活動(dòng)1：學(xué)生閱讀“DNA 結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”內(nèi)容，總結(jié) DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。利用教師所提供的4種脫氧核苷酸紙片，學(xué)生分組制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，比較不同小組的DNA模型之間的異同點(diǎn)，分析得出DNA與儲(chǔ)存遺傳信息相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，培養(yǎng)了從結(jié)構(gòu)與功能觀認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)的一般規(guī)律。

活動(dòng)2：教師引導(dǎo)學(xué)生分析“基因與DNA 的關(guān)系”相關(guān)資料，歸納基因的概念。接著，教師展示果蠅各種基因在染色體上的相對(duì)位置，指導(dǎo)學(xué)生畫出基因與 DNA 的關(guān)系模式圖，歸納基因與DNA 的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生基于事實(shí)，通過(guò)歸納、建模等科學(xué)方法建構(gòu)“基因是什么”這一重要概念。

活動(dòng)3：教師提出問(wèn)題：假設(shè)密碼是3位數(shù)，有多少種密碼？假如決定臉型的一個(gè)基因只有17個(gè)堿基對(duì)組成，那么這種排列有多少種可能？?jī)蓚€(gè)人出現(xiàn)相同臉型的可能性有多大？學(xué)生通過(guò)計(jì)算，闡釋DNA分子的多樣性和特異性，遺傳信息與DNA 的堿基排列順序的關(guān)系。

活動(dòng)4：教師引導(dǎo)學(xué)生比較RNA和DNA 的分子組成，解釋 RNA 如何攜帶新型冠狀病毒的遺傳信息，為 RNA適合做DNA 的信使以及遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯做好鋪墊。

4.3主題3：新型冠狀病毒如何在活細(xì)胞內(nèi)增殖

活動(dòng)1：教師展示DNA進(jìn)行半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的示意圖，提出問(wèn)題：①以什么為依據(jù)來(lái)區(qū)分這兩種 DNA 的復(fù)制方式？②怎樣分辨子鏈和母鏈呢？用什么元素進(jìn)行標(biāo)記？學(xué)生閱讀教材第54頁(yè)的“思考討論”，教師指導(dǎo)學(xué)生演繹大腸桿菌以DNA 半保留復(fù)制和全保留復(fù)制這兩種方式進(jìn)行復(fù)制的不同結(jié)果，從而得出DNA 的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。

活動(dòng)2：教師提供相關(guān)材料，指導(dǎo)學(xué)生模擬 DNA 的復(fù)制過(guò)程，歸納DNA 復(fù)制的概念、場(chǎng)所、時(shí)期、條件、特點(diǎn)，探討DNA分子準(zhǔn)確復(fù)制的原因及意義。學(xué)生分組模擬以不同的DNA 片段為模板轉(zhuǎn)錄RNA 的過(guò)程以及蛋白質(zhì)合成過(guò)程，歸納轉(zhuǎn)錄和翻譯的概念、場(chǎng)所、時(shí)期、條件、特點(diǎn)，感性認(rèn)識(shí)基因的選擇性表達(dá)，運(yùn)用建立模型的方法深入理解遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，為分析新型冠狀病毒的增殖過(guò)程打基礎(chǔ)。

活動(dòng)3：教師提供新型冠狀病毒在宿主細(xì)胞中增殖過(guò)程示意圖，引導(dǎo)學(xué)生分析新型冠狀病毒的RNA 復(fù)制酶、RNA和結(jié)構(gòu)蛋白的合成，如合成的場(chǎng)所、所需的模板、宿主細(xì)胞提供的原料、能量等，幫助學(xué)生深入理解基因的表達(dá)。學(xué)生利用概念圖總結(jié)DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，以及新型冠狀病毒的 RNA 復(fù)制和翻譯，建構(gòu)中心法則。教師注意引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)，運(yùn)用歸納和概括的方法建構(gòu)模型。

4.4主題4：如何制備新型冠狀病毒的疫苗

活動(dòng)1：教師引導(dǎo)學(xué)生分析皺粒豌豆、白化病和囊性纖維病的形成機(jī)制，分析不同類型細(xì)胞中 DNA 和 mRNA 的檢測(cè)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生基于事實(shí)和證據(jù)進(jìn)行分析能力。學(xué)生歸納出“基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和酶的合成來(lái)控制生物體的性狀”的結(jié)論，理解細(xì)胞分化的本質(zhì)。

活動(dòng)2：教師提供新型冠狀病毒侵染宿主細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)增殖的相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析新型冠狀病毒與宿主細(xì)胞之間的信息交流過(guò)程，分析新型冠狀病毒只感染特定細(xì)胞的根本原因，深入理解細(xì)胞分化的本質(zhì)以及基因與性狀之間的關(guān)系，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)特異性識(shí)別等免疫調(diào)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容打基礎(chǔ)。

活動(dòng)3：教師介紹利用腺病毒和和新型冠狀病毒S 蛋白基因獲得重組新型冠狀疫苗的研制技術(shù)路線，引導(dǎo)學(xué)生分析該路線中涉及的遺傳信息傳遞過(guò)程以及重組病毒適合作為疫苗的原因等問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生基于基因的表達(dá)等概念，探討具體的社會(huì)議題，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)基因工程的相關(guān)知識(shí)打基礎(chǔ)，并提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

5 單元教學(xué)反思

教師以建構(gòu)重要概念和培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)具體任務(wù)設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)，解決具體的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)概念解釋生活問(wèn)題的能力。通過(guò)分析資料、制作模型以及模擬基因的表達(dá)等活動(dòng)，學(xué)生能夠運(yùn)用歸納、演繹、建模等科學(xué)思維，解釋遺傳物質(zhì)對(duì)性狀的控制機(jī)制。教師組織學(xué)生運(yùn)用遺傳知識(shí)討論防疫的熱點(diǎn)議題，能夠提升其社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，培養(yǎng)其解決真實(shí)問(wèn)題的能力。