專題復(fù)習(xí)（亦稱“綜合應(yīng)用復(fù)習(xí)”）是圍繞某個重要概念、科技項目或?qū)嵺`問題，對相關(guān)知識加以綜合，用以解釋問題或提出解決方案的一種學(xué)習(xí)策略^[1]?；趯W(xué)科概念的項目式學(xué)習(xí)，正是鏈接社會生活議題，運用學(xué)科關(guān)鍵概念和能力解決復(fù)雜問題、完成綜合任務(wù)，使學(xué)科概念在現(xiàn)實情境中再建構(gòu)、綜合、創(chuàng)新和發(fā)展的一種學(xué)習(xí)方式^[2]。在單元的復(fù)習(xí)階段，教師常以項目式學(xué)習(xí)的理念來設(shè)計單元的專題復(fù)習(xí)課。同時，新課程關(guān)注學(xué)生個性化、多樣化的學(xué)習(xí)，提倡基于網(wǎng)絡(luò)的項目式學(xué)習(xí)，基于全媒體資源的探究學(xué)習(xí)、基于虛擬和增強現(xiàn)實技術(shù)的學(xué)習(xí)，促進人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變^[3]。高中生物學(xué)選擇性必修“生物技術(shù)與工程”模塊是對必修內(nèi)容的擴展和應(yīng)用，其育人價值在于讓學(xué)生運用生命觀念解釋和解決實際問題，用技術(shù)手段建構(gòu)方案或設(shè)計產(chǎn)品，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、技術(shù)思維、工程思維和倫理思維，引導(dǎo)其深刻理解科學(xué)本質(zhì)，關(guān)注技術(shù)應(yīng)用，增強社會責(zé)任感^[4]。

如何圍繞單元重要概念，引導(dǎo)學(xué)生整合知識解決現(xiàn)實的具體問題，深化觀念、發(fā)展思維，高效落實單元專題復(fù)習(xí)內(nèi)容，充分達成育人目標(biāo)的策略和方法？筆者以“基因工程”單元專題（復(fù)習(xí)）中的“胰島素研發(fā)”項目式學(xué)習(xí)活動為例（以下稱“本案例”）提出解決方案，從項目情境、實施路徑、推進策略三個方面優(yōu)化教學(xué)，借助信息技術(shù)手段開展分析、設(shè)計、評價、優(yōu)化等一系列活動，提升學(xué)生探究素養(yǎng)和解決問題的能力。

一、圍繞主題和概念挖掘資源，聚焦難點設(shè)置情境和任務(wù)

（一）挖掘資源深化主題，創(chuàng)設(shè)具有現(xiàn)實價值、意義深遠的項目情境

高中生物學(xué)課程以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為宗旨，倡導(dǎo)教師聚焦大概念，注重實踐，以主題為引領(lǐng)開展情境教學(xué)^[5]。學(xué)生理解概念提升核心素養(yǎng)，需要在知識產(chǎn)生的情境中理解、應(yīng)用知識。情境素材包括生活常見現(xiàn)象、科學(xué)史經(jīng)典案例和最新科研成果。好的情境應(yīng)該可信、可親、情真、理蘊、意遠^[6]。教材中，有關(guān)胰島素研發(fā)和應(yīng)用的素材多次出現(xiàn)在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能、基因工程和蛋白質(zhì)工程內(nèi)容中。相關(guān)概念的實際應(yīng)用，詮釋了科學(xué)研究的方法、過程和本質(zhì)。同時，面對21世紀(jì)嚴(yán)重威脅人類健康的高發(fā)疾病——糖尿病，我國率先合成活性結(jié)晶牛胰島素，對胰島素研發(fā)作出了重要貢獻?？茖W(xué)工作者在探索更高效更安全胰島素中的一次次突破，彰顯了人類運用科學(xué)技術(shù)解決現(xiàn)實問題，為創(chuàng)造美好生活而不懈探索的科學(xué)精神。教師圍繞本單元“基因工程賦予生物新的遺傳特性”這一重要概念，對網(wǎng)絡(luò)上豐富的胰島素百年研發(fā)史資料進行深挖和整合，創(chuàng)設(shè)了有利于學(xué)生運用基因工程基本概念和工程思維解決問題的項目情境，讓學(xué)生參與改造僅含51個氨基酸的小分子蛋白而獲得理想胰島素的項目式學(xué)習(xí)活動，了解基因工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，高效達成本單元鞏固知識、學(xué)以致用、深化觀念、發(fā)展素養(yǎng)的專題復(fù)習(xí)目標(biāo)。

（二）挖掘資源強化應(yīng)用，設(shè)置促進知識系統(tǒng)建構(gòu)、聚焦重難點的項目任務(wù)

項目式專題復(fù)習(xí)是圍繞重要概念（單元概念），在現(xiàn)實情境中綜合應(yīng)用、系統(tǒng)建構(gòu)和創(chuàng)新發(fā)展的過程。本案例中，教師遵循“以實例將科學(xué)本質(zhì)具體化”^[7]的思想，挖掘網(wǎng)絡(luò)上豐富而真實的胰島素研發(fā)史料，為學(xué)生設(shè)置了一系列整合概念應(yīng)用、聚焦難點問題、構(gòu)建工程思維、促進多元發(fā)展的項目任務(wù)（如圖1）。

首先，以對概念進行梳理和關(guān)聯(lián)為目標(biāo)挖掘資源，布置項目準(zhǔn)備任務(wù)。本案例中，為了讓學(xué)生在項目中像科學(xué)家和工程師一樣運用已知概念、方法和思想解決實際問題，教師在組織單元復(fù)習(xí)時，仍遵循“從社會中來”“到社會中去”的設(shè)計理念，在項目實施前，帶領(lǐng)學(xué)生重溫單元開篇的“科技探索之路”。教師基于“基因工程的誕生和發(fā)展”情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)和梳理基因工程重組DNA技術(shù)、基本工具和操作流程知識，深化學(xué)生對“基因工程賦予生物新的遺傳特性”的理解，提升工程思維能力，為學(xué)生綜合應(yīng)用解決問題奠定基礎(chǔ)。

其次，以整合應(yīng)用概念、發(fā)展工程思維能力為目標(biāo)挖掘資源，布置項目關(guān)鍵任務(wù)。本案例在基因工程探索與發(fā)展主題下關(guān)注醫(yī)藥領(lǐng)域的“胰島素研發(fā)”應(yīng)用，聚焦解決其中的關(guān)鍵問題對相關(guān)的研發(fā)史料進行挖掘與組織。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生整合知識，運用工程思維參與分析、設(shè)計、驗證、優(yōu)化，不斷追求理想胰島素的一系列活動。本案例將運用重組DNA技術(shù)“建構(gòu)人胰島素基因表達載體”作為項目的關(guān)鍵問題和實施重點，以實現(xiàn)綜合運用本單元重點知識突破難點問題的專題復(fù)習(xí)目標(biāo)。

最后，以深化生命觀念、促進多元思維為目標(biāo)挖掘資源，布置拓展性任務(wù)。教師在本案例為學(xué)生提供研發(fā)史料，關(guān)注并挖掘了能夠體現(xiàn)“人體對外源胰島素是否產(chǎn)生不良反應(yīng)”“是否導(dǎo)致新的遺傳病”“是否影響人類基因多樣性”等探索復(fù)雜綜合現(xiàn)實問題的內(nèi)容資源，使學(xué)生深化對生物多樣性、統(tǒng)一性、獨特性和復(fù)雜性的認識，進一步發(fā)展工程思維、倫理思維和批判思維。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，以“如何規(guī)避胰島素研發(fā)和應(yīng)用中存在的風(fēng)險”“探索模擬人內(nèi)源胰島素持續(xù)穩(wěn)定降糖的方案”“展望胰島素的未來發(fā)展”作為項目延展任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進一步研讀相關(guān)資料，開闊視野，深刻體會人類對糖尿病認知的不斷深入、胰島素應(yīng)用經(jīng)驗的不斷豐富、對科學(xué)降糖理念的不斷發(fā)展的探索過程，建立科學(xué)的自然觀和世界觀，增強自主創(chuàng)新的責(zé)任感。

二、以解決問題為導(dǎo)向組織資源，搭建支架指引學(xué)生探究

基于學(xué)科概念的項目式學(xué)習(xí)，指向的是學(xué)科的本質(zhì)思想方法，關(guān)注概念的結(jié)構(gòu)、層次和系統(tǒng)性，以及概念和具體事實的密切聯(lián)系，以學(xué)科概念作為解決問題的基本思路^[8]。本案例以獲得理想的胰島素為目標(biāo)，以解決研發(fā)歷程中的兩個關(guān)鍵問題為路徑，為學(xué)生運用工程思維、整合應(yīng)用知識，解決具體問題搭建了一系列項目式學(xué)習(xí)所需的活動支架（如圖2），有利于高效復(fù)習(xí)專題內(nèi)容，達成育人目標(biāo)。

（一）基于重要概念的應(yīng)用來組織史料，構(gòu)建以解決關(guān)鍵問題為線索的項目實施路徑

教師讓學(xué)生研讀胰島素研發(fā)史料，自主構(gòu)建以解決研發(fā)歷程中的關(guān)鍵問題為線索的項目實施路徑?；仡櫼葝u素研發(fā)歷程，讓學(xué)生了解科研人員應(yīng)用生物技術(shù)不斷解決提純難、產(chǎn)量低、抵抗、延遲、不穩(wěn)定等一系列問題而獲得理想胰島素的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)知識歸納胰島素研發(fā)需解決的兩大關(guān)鍵問題：人體對第一代動物胰島素的“抵抗”問題和第二代基因工程人胰島素的效用“延遲”問題。在教師的啟發(fā)下，學(xué)生自主構(gòu)建以破解兩大關(guān)鍵問題為線索的項目實施路徑。

（二）圍繞關(guān)鍵問題的解決來組織資料，搭建基于系統(tǒng)工程和多元思維的項目實施支架

為運用生命觀念理解生物技術(shù)和工程原理，解決技術(shù)和工程問題，發(fā)展學(xué)生技術(shù)思維、工程思維與倫理思維，落實教學(xué)目標(biāo)^[9]，教師以解決胰島素研發(fā)中的“抵抗”和“延遲”兩個關(guān)鍵問題為路徑，引導(dǎo)學(xué)生一次次經(jīng)歷運用概念分析原理、提出方案、設(shè)計驗證、評價反思、改進優(yōu)化的一系列探究活動。從第一代動物提純胰島素到第二代重組人胰島素，再到第三代人胰島素類似物，學(xué)生經(jīng)歷持續(xù)追求更高效、更安全、更便利的解決方案的科研過程，進一步深化生命結(jié)構(gòu)功能觀，增進了對工程思維的系統(tǒng)性認識，提升了倫理思維意識，培養(yǎng)了批判和創(chuàng)新精神。

（三）聚焦運用重要概念解決項目關(guān)鍵問題的實踐探究，落實專題復(fù)習(xí)內(nèi)容目標(biāo)

教師聚焦于解決“抵抗”和“延遲”兩個關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合史料及數(shù)據(jù)，應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能、基因工程技術(shù)、工具、流程和蛋白質(zhì)工程原理知識，突破難點，參與獲得理想胰島素的探究活動。為解決第一代產(chǎn)品“抵抗”問題開展的探究活動包括：①比較牛胰島素和人胰島素差異，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能和免疫原性知識上建立關(guān)聯(lián)，分析問題；②運用基因工程重組DNA技術(shù)、工具和操作程序等知識，提出改造動物胰島素獲得人源胰島素的方案；③運用“基因表達載體的構(gòu)建”概念和工具（限制性內(nèi)切酶、連接酶、質(zhì)粒），設(shè)計接入人源目的基因的表達載體，獲得解決“抵抗問題”的第二代產(chǎn)品——重組人胰島素；④以第二代產(chǎn)品的臨床數(shù)據(jù)資料為驗證依據(jù)，對“延遲問題”進行反思和進一步探究。

解決“延遲”問題的探究活動包括：①比較第二代“重組人胰島素”與第三代“人胰島素類似物”（如門冬胰島素）的差異，關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能知識，分析問題；②基于蛋白質(zhì)工程原理，提出改造第二代產(chǎn)品的空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案；③利用蛋白質(zhì)工程應(yīng)用思路改造第二代產(chǎn)品，獲得胰島素單體結(jié)構(gòu)的第三代產(chǎn)品——胰島素類似物；④以第三代產(chǎn)品（如門冬胰島素）的臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)資料為驗證依據(jù)，對進一步實現(xiàn)速效、安全、穩(wěn)定的胰島素進行原理分析，對研發(fā)和應(yīng)用中面臨的現(xiàn)實復(fù)雜問題進行綜合反思，深化生命觀念，發(fā)展技術(shù)思維、工程思維和倫理思維。

三、有的放矢制定策略，利用數(shù)字資源和工具推進教學(xué)

教師需要在提出驅(qū)動性問題、組建項目小組、建立知識關(guān)聯(lián)、形成分析結(jié)果、公開展示成果方面下功夫持續(xù)推進探究活動^[10]。教師開展項目式學(xué)習(xí)活動，需要創(chuàng)造各種條件引導(dǎo)學(xué)生像專家一樣運用學(xué)科知識、思想方法和學(xué)習(xí)工具投入解決問題的實踐中去^[11]。本案例中，教師不但挖掘、組織網(wǎng)絡(luò)素材，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具體的項目任務(wù)情境，設(shè)計路徑支架，還為學(xué)生提供了多樣化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源和探究工具及網(wǎng)絡(luò)交流與評價平臺，支持他們實踐探究，深度交流，解決問題，達成專題復(fù)習(xí)目標(biāo)（如圖3）。

（一）提供在線數(shù)據(jù)庫資源和思維與交互工具，支持學(xué)生高效探究

首先，為輔助學(xué)生分析原理，教師提供了RCSB和PDB在線數(shù)據(jù)庫資源（如Brookhaven實驗室），讓學(xué)生查詢、對比牛胰島素、人胰島素的A鏈（B鏈），比較基因重組胰島素和門冬胰島素的氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)，運用概念分析人對第一代胰島素產(chǎn)生“抵抗”和第二代胰島素作用“延遲”的原因，并提出改造思路。其次，為輔助學(xué)生體驗改造動物胰島素中的“建構(gòu)人胰島素基因表達載體”這個重點環(huán)節(jié)的探究，教師為學(xué)生提供了“構(gòu)建基因表達載體”的思維導(dǎo)圖和交互模擬探究工具（可移動氨基酸序列的動物胰島素A鏈、啟動子、插入位點、目的基因、質(zhì)粒連接酶、限制酶等數(shù)字化模擬結(jié)構(gòu)）。學(xué)生模擬操作，設(shè)計了解決“抵抗問題”的第二代產(chǎn)品——基因重組人胰島素。同樣，為輔助學(xué)生體驗基于蛋白質(zhì)工程原理改造第二代“基因工程人胰島素”的探究，教師為學(xué)生提供了一個人胰島素B鏈第28位脯氨酸（Pro）與另一個胰島素B鏈第23位甘氨酸（Gly）因二硫鍵而聚合的二聚體胰島素結(jié)構(gòu)示意圖，讓學(xué)生模擬操作探究：以天冬氨酸替換脯氨酸，消除兩鏈間范德華力而形成人胰島素單體，獲得結(jié)構(gòu)簡單、快速起效的人胰島素類似物“第三代產(chǎn)品——門冬胰島素”。

（二）線上線下充分交流并精準(zhǔn)評價，促進學(xué)生個性化發(fā)展

首先，為輔助學(xué)生自主探究，本案例采用線上線下融合的方式教學(xué)，利用在線教學(xué)系統(tǒng)進行任務(wù)發(fā)布、資源推送、方法指導(dǎo)、進度監(jiān)控，以高效達成專題復(fù)習(xí)目標(biāo)。其次，為輔助學(xué)生在項目活動中合作共建，本案例利用網(wǎng)絡(luò)主題論壇等交互平臺為學(xué)生提供高效的分工交流、成果展示、互評互助的探究環(huán)境。最后，為促進學(xué)生的多元思維和個性化發(fā)展，本案例指導(dǎo)學(xué)生利用個人網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間自主管理項目資料、過程和成果，總結(jié)在項目活動中取得的知識、方法和觀念方面的收獲，反思不足。

四、單元專題復(fù)習(xí)課項目教學(xué)建議

以項目式學(xué)習(xí)的理念開展單元專題復(fù)習(xí)課教學(xué)，是一次實戰(zhàn)演練。學(xué)生在基本掌握本單元概念和方法基礎(chǔ)上，在真實的項目情境和具體問題驅(qū)動下，綜合應(yīng)用知識，解決問題，獲得成果。教師采用上述策略開展探究實踐活動，應(yīng)注意以下兩點。

第一，設(shè)計項目、組織活動，重在圍繞重要概念進行知識整合和觀念深化。因此，教學(xué)既要有系統(tǒng)性又要有針對性，重點開展好以核心知識解決關(guān)鍵問題的探究活動。本案例聚焦胰島素研發(fā)中的“抵抗”和“延遲”兩大關(guān)鍵問題，側(cè)重“建構(gòu)人胰島素基因表達載體”和“蛋白質(zhì)工程應(yīng)用思路”兩個重點知識的應(yīng)用。對于利用PCR技術(shù)獲取和擴增引入目的基因來解決產(chǎn)量問題，采用多種胰島素混合，以及采用口服和皮下注射等不同方式來解決其降糖的持續(xù)性和穩(wěn)定性等問題的探究，本案例沒有將其列為重點。對這些問題的探究，教師可在項目的準(zhǔn)備階段或項目任務(wù)拓展階段，以討論交流等方式，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)和鞏固本單元知識，促進學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)概念、深化生命觀念。

第二，項目的實施和推進，旨在讓學(xué)生參與以解決實際問題為目標(biāo)的探究活動。教師要引導(dǎo)學(xué)生在一次次發(fā)現(xiàn)問題、分析原理的過程中自覺地整合并運用已學(xué)知識，在一環(huán)環(huán)的設(shè)計和驗證中深化概念，發(fā)展思維，在對每一個階段成果的評價和反思中，提高綜合運用知識解決復(fù)雜實際問題的能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。

注：本文系國家新聞出版署出版融合發(fā)展（人教社）重點實驗室2022年重點課題“基于數(shù)字資源與技術(shù)的生物學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新實踐研究”（編號：RJA0222002）的階段性研究成果。

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（作者系人民教育出版社人教數(shù)字教育研究院高級研究員）

責(zé)任編輯：祝元志