“大问题”引领，“子问题”驱动

吴雷鸣

摘要：高三生物教学学时紧张、要求高，需要在有限的时间内实现最好的复习效果，避免“炒冷饭”。《基因工程》一轮复习课，以一个大问题“如何培育绿色荧光大肠杆菌”引领和若干个子问题驱动，助推学生构建“基因工程”的知识框架。其中，特别注意了问题设计和课堂预设与生成两个方面的问题。

关键词：问题驱动一轮复习《基因工程》

高三生物教学学时紧张、要求高，需要在有限的时间内实现最好的复习效果，避免“炒冷饭”。对此，笔者也做了积极的探索与尝试。《基因工程》一轮复习时，以一个大问题“如何培育绿色荧光大肠杆菌”引领和若干个子问题驱动，助推学生构建“基因工程”的知识框架。

一、教学过程

（一）引领问题的提出

师

（出示绿色荧光水母图片，如图1）我们班一位同学受绿色荧光水母的启发，想要培养绿色荧光大肠杆菌，你们能帮助他思考有哪些培育方法吗？

（奇特的图片一出现，加上本班同学提出的问题，学生的好奇心立即被调动起来，纷纷提出自己的观点。）

生

诱变育种。

生

如果用诱变的方法不一定能得到绿色荧光大肠杆菌。

生

基因突变是不定向的，所以需要大量处理供试材料，可以用基因工程育种。

师

那么，与诱变育种相比，基因工程育种的优点是——

生

定向改造生物性状。

师

既然诱变育种的方向不确定，而杂交育种目的性强且可预见，那么可不可以用杂交育种的办法呢？

生

不能，因为水母与大肠杆菌之间存在生殖隔离。

师

所以我们选择基因工程育种，可以克服远源杂交不亲和的障碍。若采用基因工程育种，你们会怎么做？

生

先确定目的基因，即绿色荧光水母的荧光蛋白基因。

生

还要确定受体细胞，即大肠杆菌。

師

不同生物之间能实现基因拼接的原因是——

生

DNA都是由四种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构。

师

一种生物的基因能在另一种生物体内表达的原因是——

生

不同生物共用一套遗传密码。

“培养绿色荧光大肠杆菌”是一位学生在课间交流时提出的，笔者当时觉得这是一个很好的问题，既能将本专题内容（基因工程的特点、优点、操作步骤等）串起来，又能驱动学生去比较基因工程育种与其他育种方式的利与弊。由于是身边同学提出的问题，课堂一开始就呈现出兴趣盎然、群策群力的热烈氛围，有效激发了学生的学习兴趣和动机。

本节课的内容不仅是教学重点，也是考纲中的主干知识，内容繁多且抽象，有一定的难度。所以，在设计驱动问题时，笔者特别强化了基因工程的概念和操作步骤等知识的回顾，引领学生把散落在不同章节的相关知识点联系起来，整合出一个相对完整的生物学“大概念”（基因工程），有效帮助学生建立连贯、系统的知识体系。

（二）问题驱动辨析

师

（出示表1）请同学们仔细观察表格中四种不同的限制酶的识别序列及切割位点，你能得出什么结论？

生

限制酶只能催化特定的核苷酸序列并使特定位点的磷酸二酯键水解。如BamHⅠ酶的识别序列是GGATCC，切割位点是G与G之间的磷酸二酯键。

师

限制酶作为生物催化剂，其催化作用具有高效性、专一性等特点。

生

不同的限制酶处理DNA后，有的形成黏性末端，有的形成平末端。

师

目前，基因工程中广泛使用的限制酶切割方式有两种：错位切产生的是黏性末端，平切产生的是平末端。

生

不同的限制酶也可能产生相同的黏性末端，如BamHⅠ酶和BclⅠ酶。

师

请同学们进一步思考：不同种限制酶处理相同的DNA序列，产生的末端相同吗？

生

不一定相同。

师

对的。我们可以进一步推出：DNA连接酶作用的末端不一定是同种限制酶切割形成的;连接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割，如分别用BamHⅠ酶和BclⅠ酶处理同一种DNA片段后形成的黏性末端能相连，（出示图2）但是连接后形成的DNA片段不能再被这两种限制酶识别。

限制酶作为“分子剪刀”，是基因工程操作中的重要工具酶，也是高考试题中的高频考点。笔者通过让学生观察不同酶的识别序列及切割位点，驱动学生主动思考，在感知、内化过程中形成准确的生物学概念。当学生能总结出不同种限制酶处理相同的DNA序列产生的末端不一定相同时，他们对限制酶概念的理解已经立体化，能多维度地剖析问题了。这也是后面单酶切、双酶切学习的基础。“连接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割”这一观点，不仅让学生体会到生物学的概念灵活性之强，更能激起学生对基因工程浓厚的兴趣和探究之心。

（三）问题驱动反思

师

（出示图3、图4）现有某载体，其上有一至多个限制酶切位点，图中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请选择合适的限制酶用于构建基因表达载体。

生

用EcoRⅠ处理。

生

不好，会产生相同的黏性末端。

生

可以用双酶切，用EcoRⅠ和BamHⅠ处理，避免产生相同的黏性末端。

生

也可以用EcoRⅠ和HindⅢ处理。

……

师

同学们各抒己见，很好！现在我们一起来观察一下，质粒上共存在四种酶切序列，首先我们能否选择SmaⅠ酶？

生

不能，因为目的基因内部存在SmaⅠ酶的识别序列，会破坏目的基因。

师

对，限制酶应选择切点位于目的基因两端，且质粒上也有的。目的基因内部不能有相关酶的识别序列。这样，质粒上还有三种酶的识别序列及切割位点，大家可以讨论看看有几种方案？

（学生讨论。）

师

大家有这么多好的想法！我们来比较一下，只用EcoRⅠ一种限制酶和使用BamHⅠ、Hind Ⅲ两种限制酶这两种方案，即比较单酶切和双酶切。

（学生比较，师生共同总结，得到表2中的结论。）

本专题内容对学生来说难点较多，如果处理不好，教师会停留在概念的复述和操作步骤的简单介绍层面，学生变成简单地死记硬背。而通过问题驱动，学生在讨论中经历概念的形成过程，理清知识的内在联系，构建起更加稳固的知识体系。构建基因表达载体（复制原点+启动子+目的基因+终止子+标记基因）是基因工程操作的核心步骤。因为要得到符合人类意愿的基因表达產物，就要确保目的基因能顺利导入受体细胞并稳定遗传和表达。而这些又取决于目的基因与载体的结合情况，因此限制酶的选择至关重要，会直接影响到该核心步骤的成功率。如何通过问题让学生在分子水平上理解并学会选择限制酶，是本节课需要重点突破的问题。本环节设置的这道题由浅入深，切入门槛低，学生也能有感而发。课堂讨论热烈，学生在不断研判、不断争论、不断反思过程中逐渐理清逻辑，不仅学会了如何选择限制酶构建基因表达载体，还真正理解了为什么要构建基因表达载体。

（四）问题驱动迁移

（教师出示题目：Bam HⅠ和Bgl Ⅱ两种限制酶的识别序列及切割位点如图5所示，科学家发现，通过图6中的①过程获得的重组质粒成功导入受体细胞后，经培养，发现约有50%的细胞能正常表达目的基因产物，请说明原因。学生思考。）

师

为什么约有一半细胞不表达？

生

因为目的基因与质粒结合时存在正接和反接两种情况，所以会产生两种重组质粒。

师

题干中正常表达的含义是什么呢？

生

指DNA通过转录、翻译合成出蛋白质。

师

表达成功的标志是——

生

产生目的基因编码的蛋白质或产生相应性状。

师

由此，同学们可以体会到表达和表达成功在基因工程中的含义了。基因工程就是按照人类的意愿，使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传至下一代，即目的基因能够表达和发挥作用。

复习课中知识的回顾不是终点而是起点，更重要的是教师能通过设置研究情境，驱动学生解决问题。所以，本节课通过系列问题驱动学生构建好知识体系后，再通过一道高考立意的综合题，引领学生在新的情境中应用所学知识解决问题。通过三个具有层次性的追问，不仅可以有效降低“切题”门槛，以分析为基础，理清题干背后隐藏的知识点，而且能有效衔接选修和必修知识，促使学生重组知识以形成新的知识体系，使知识具备成长性。

二、教学思考

高三阶段，复习课是最常态的教学形式，学生已有一定的知识基础，缺少新鲜感，所以更需要教师花心思、花精力去研究学情，研究考纲，研究教育心理。

“基因工程”是生物选修模块《现代生物科技专题》的教学内容，也是生命科学中最具活力的前沿领域之一，基础性知识要求高，涉及技术名词多，学生理解起来颇有难度;同时，整章之间也体现了“STS（科学、技术、社会）”教育思想，对教师的教学也提出了较高的要求。因此，《基因工程》一轮复习课，要在必修课基础上，引导学生深入了解基因工程的基本原理和操作流程，了解基因工程在农业、医疗、环境保护等方面的广泛应用及发展前景，以开阔学生的科技视野，提高他们对生物科学技术的兴趣。

本节课以基因工程的操作步骤为脉络，以“培育绿色荧光大肠杆菌”为引领，以多个“子问题”为驱动，促使学生在一个具体情境中整合、归纳基因工程操作步骤的知识体系。其中，还特别注意了以下两个方面：

（一）问题的设计

问题是激发学生学习的原动力。每个专题复习前，教师可以问自己几个问题：本专题的重点是什么？学生的需求是什么？教师需要解决哪些问题？围绕这些“自我拷问”再结合考纲去设计问题，得到的问题往往是针对某一特定学习任务的设问或情境，其中大部分来源于学生的学情（已有观点或困惑），小部分来自教学过程中的生成。

例如，本节课的教学内容是“基因工程”，为了帮助学生理解基因工程知识的结构体系，教师通过一个大问题“如何培养绿色荧光大肠杆菌”引领、通过若干“子问题”驱动，这样，知识体系就被拆成一个个小知识点，隐藏在各个“子问题”背后。学生通过一步一步地解决“子问题”，习得其背后的知识点，理顺知识点之间的逻辑关系，进而构建自己的知识体系。

（二）课堂预设与生成

教学是个动态过程，每个学生的认知水平、思维方式皆有差异。虽然课前教师精心设计了多个教学环节，但是在真实的情境中往往不一定能顺利开展。

本节课中也遇到了类似问题，在导入环节，有学生回答用染色法去获得绿色荧光大肠杆菌，其他学生有的觉得好笑，有的觉得也可以。如果处理不当，会引起课堂方向的走偏，且会带来学生思维上的模糊。对此，教师首先肯定了他的“奇思妙想”（毕竟是一种方法），然后引导学生结合课题要求，分析可遗传变异、不可遗传变异的区别（前者是遗传物质改变;后者只是由环境带来的变化导致的性状改变，遗传物质未变），让学生的思维活动重新回到本节课的研究主题。

回过头来想，教学时能机智应对，一则心中不慌，这与充分备课有关;二则有备而来，这得益于平时能坚持记录课堂预设及生成的案例所积累的经验。

参考文献：

[1] 杨玉东，徐文彬.本原性问题驱动课堂教学：理念、实践与反思[J].教育发展研究，2009（20）.

[2] 胡学发.“问题驱动、多元导学”教学法研究[J].当代教育科学，2012（20）.