基于项目化教学，提高高三生物学二轮复习效率——以“基因工程”专题复习为例

陈佳佳 (福建省厦门集美中学 厦门 361021)

项目化教学是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。采用项目化的课程设计，有助于学生将学科或跨学科的知识、原理、技术手段和工程学的思路应用于解决现实生活中的问题，从而培养学生创新、实践和问题解决的能力。经过高三一轮复习后，学生基本构建了各学科课程的知识体系，并形成了一定的跨学科概念和视角，这些为在高三二轮复习中开展综合性、跨学科的项目化教学奠定了良好的基础。笔者以“基因工程”二轮专题复习为例，谈谈在高三生物学二轮复习中开展项目化教学的具体策略。

1 课前自主设计，培养创新能力

项目或课题的立意决定着项目化教学的高度。研究内容应具备开放性、适切性和应用性；同时，根据课程内容、课堂类型和学生学情灵活调整设计的自由度和延展度，保证学生能够通过自主、合作创造性地完成方案的设计。

1.1 联系生活实践，确定课题方向 为了提高学生的研究兴趣，激发学生的研究动力，课题研究要与生活、生产实践密切相关，并有一定的现实意义。“糖尿病是人类三大慢性病之一，严重危害人类健康；胰岛素是治疗糖尿病的重要药物；天然胰岛素产量低、成本高、价格昂贵，广大糖尿病患者家庭难以负担。”基于这一真实的背景下，师生明确本次项目的课题： 通过小组合作尝试设计利用基因工程生产胰岛素的方案，这样就能强烈激发出学生综合运用所学知识尝试解决问题的主观意愿。

1.2 准确把握学情，提供必要支撑 为了保证学生能够顺利完成方案设计并且不偏离教学的主线，教师可以补充相关的背景或材料。根据基因工程的基本操作程序，可以给学生提供部分相关材料(图1和表1)。当然，要根据学生的层次梯度和具体学情灵活调整提供的信息量，为学生完成方案设计搭设适切的“台阶”。

图1 胰岛素基因结构示意图

供体细胞人胰岛B细胞、人成熟纤维细胞、人红细胞工具酶限制酶(EcoR Ⅰ、 Sma Ⅰ、 Hind Ⅲ、 BamH Ⅰ)、 DNA连接酶(T4 DNA连接酶、E.coli DNA连接酶)、逆转录酶、DNA聚合酶(Taq酶)运载体质粒(pSC101、 pBR322、 Ti质粒)、噬菌体(λ噬菌体载体)、植物病毒(CaMV载体)、动物病毒(SV40载体)受体细胞大肠杆菌、酵母菌、水稻细胞、大豆细胞、羊受精卵、癌细胞(Hela细胞)基本技术DNA、 RNA和蛋白质的提取、PCR、感受态、基因枪、显微注射、选择培养、荧光标记、分子杂交、蛋白质的分离和纯化

1.3 关注核心环节，指明突破方向 教师不必过多参与到学生的课前设计、组内讨论中，以免限制学生的想象力和创造力；只需提供必要的意见和建议供学生突破关键环节，厘清设计思路。“如何构建高效的基因表达载体？”“如何保证胰岛素产品的质量？”“你所设计的生产方案中需要攻克的技术难题有哪些？”此类问题能引导学生在设计过程中不断优化思路和方案。

2 课堂交流讨论，拓展思维视角

课堂讨论的热度决定着项目化教学的效度。凸显学生课堂主体地位是学生充分交流和讨论的重要保障。教师要引导学生对不同思路和方案进行多维视角分析，让学生在交流、讨论中加深对重要知识、概念和原理的认识，拓展学科思维和视角。

2.1 努力营造平等的课堂对话氛围 项目汇报交流时，教师要走进学生当中，与学生互动交流、平等对话。课堂交流的形式也不限于一问一答，各小组可围坐在一起自由地交流和讨论。教师只要以“主持人”的身份组织好“主角们”的表演即可。

2.2 重点关注学生自我评价和相互评价 教师要引导学生对不同方案的科学性和可行性进行分析和讨论，在交互评价中促进每一位学生的发展。当然，学生所设计的方案或评价的方向不一定全面和深入。教师可引导学生从课前提供的相关材料中发现更多新的设计思路或方案。此外，教师也需要补充一些学生可能不会提及的话题，引导学生进一步交流探讨，如： ①已知DNA链的合成方向是5′→3′，若要扩增出胰岛素基因(图2)并利于载体构建，应该选择下图所示的哪种引物较好？请说明理由。②在构建基因表达载体过程中，如何提高目的基因和运载体的正确连接效率？③若选pBR322质粒(图3)作为运载体，通过什么方法可将含目的基因的受体细胞筛选出来？④为了方便分离、纯化出产品蛋白，如何让目的基因能在特定的时间和空间进行表达？

图2 胰岛素基因结构与引物位置示意图

图3 pBR322质粒结构示意图

2.3 充分利用生成性资源深度学习 在对方案进行可行性分析和评估时，不同视角下同一方案的可行性分析结果可能完全不同。这些不同的观点和看法会激发学生去深度思考。

在此基础上，教师进一步补充介绍目前基因工程生产胰岛素的主要工艺流程(图4)，并引导学生思考： ①为何用胰岛素mRNA反转录得到的cDNA作为目的基因而不直接用天然胰岛素基因？②为何要将胰岛素原cDNA与大肠杆菌β-半乳糖苷酶基因进行融合表达？如果仅单独表达胰岛素原cDNA，可能会出现什么后果？③融合蛋白丧失了原有的生物活性，需要对其进行一系列的加工才能形成有活性的胰岛素，该过程复杂，效率较低，不适合工业化大规模生产。请你结合所学知识，尝试提出技术改进的思路。通过对实际生产工艺和相关问题的深入分析，学生能深刻理解科学与技术之间的相互关系。此时，教师继续补充有关糖尿病治疗及胰岛素生产的相关背景：“我国是世界糖尿病患者第一大国，胰岛素市场巨大，目前我们国家基因工程生产胰岛素还处于起步阶段，产能有限，胰岛素药物主要依赖进口，市场、价格和技术均被欧美国家所垄断。”由此激发学生努力学习科学技术的热情和爱国情怀，增强学生的责任感和使命感。

图4 重组大肠杆菌生产胰岛素示意图

3 课后拓展延伸，提升核心素养

3.1 完善方案，撰写课题报告 经过交流和讨论后，学生对于自己的思路和方案有了更全面的评价，也拓宽了视角。从方案的可行性、工艺的改进、成本的控制、技术攻关等视角切入，很容易形成一份综述或报告。学生在撰写综述和报告过程中，对相关领域的很多知识、原理和技术都会有更加系统深入地认识和理解，学生的综合运用能力和写作表达能力也都会得到一定的提高。

3.2 整合资源，扩大学习成果 不同地区、学校的办学条件和硬件设备参差不齐。如果学校配有无菌操作室或分子实验室，可以让学生亲自动手完成某些技术操作，如DNA的提取、PCR和蛋白质的提取、电泳等。当然，如果周边有综合性大学或生物研究所，也可以带领学生到专业实验室参观学习，甚至有条件的话，还可以组织学生到生物高新技术产业基地去观摩。通过整合校内外资源，帮助学生进一步深入了解项目或课题相关的领域，提升认知、拓宽视野。

生物学是一门与生活生产实践密切相关的科学，生命科学的许多领域是当今科技发展的热点和前沿，项目化教学能够很好地将与生物学相关的社会热点和科技前沿融入课堂当中。一次完整的项目化学习让学生亲历调查分析、方案设计、交流讨论、总结提升等过程，加深了学生对相关知识、概念、原理和技术的理解，拓展了科学思维，提升了实践能力，培养了创新精神，全面发展了“知、行、意、情”四个方面的核心素养。

尽管某些内容和课型进行项目化设计的难度较大，但是项目化课程应该是未来我国生物学课程发展的任务之一。希望广大教师在日常教学中能积极尝试项目化设计，积累一定的经验和成果，共同推进中学生物学课程的建设和发展。