基于5E教学模式的“基因突变和基因重组”教学设计

2020-03-20

中学生物学 2020年11期

（贵州省凯里市第一中学贵州凯里 556000）

5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发的一种基于建构主义教学理论模式，包括引入、探究、解释、精致、评价五个环节。笔者尝试将5E教学模式落实在“基因突变和基因重组”一节的教学中，促进学生对科学概念的理解和知识的建构，从而提高学生生物学学科核心素养。

1 教材分析

“基因突变与基因重组”是人教版高中生物学教材《必修2·遗传与进化》第五章第一节的内容。在学习时，学生会产生很多疑问：有些细胞在生命历程中会发生癌变。同样，基因在代代相传的过程中，会不会发生变化？为什么会发生变化？怎样变化？变化后会对生物产生怎样的影响？除基因突变外，还有哪些变异？在学习后，学生就能解决这些疑问了。因此，第五章是前面章节的逻辑延续，也是第六章和第七章的重要基础。本课内容的教学重点为基因突变，教材从实例入手，通过对镰刀型细胞贫血症的分析，引入基因突变的概念，然后详细阐述基因突变的原因和特点。由于学生已经学习很多基因重组的相关基础知识，因此，本节课重点放在基因突变上，对基因重组则进行举例归纳讲解。

2 教学目标

（1）依据基因突变的类型，分析和比较基因突变对生物性状造成的影响。（2）能够根据基因突变产生的原因，提出避免基因突变的可行性措施。（3）能够评价基因突变在生物进化中的作用和意义。（4）能够利用事实和数据分析有性生殖中子代多样性的原因，分析基因重组的生物学意义。（5）依据基因突变和基因重组的知识，提出人类遗传病预防和治疗的途径。

3 教学过程

教师按照5E教学模式的思想和内涵，组织和引导学生进行自主探究、合作学习和交流讨论，培养学生的生物学学科核心素养。

3.1 引入

教师创设情境，在充分了解学生的认知结构和学生已有背景知识的前提下，利用问题激发学生对学习任务产生兴趣，并促进学生产生认知冲突。

教师创设情境：一个世代都开红花的植物，在一次突然性冰冻后，有一株开了白花。白花性状产生的原因是什么？科学工作者将白花植株的一个枝条扦插和植物组织培养后获得的植株，将它们栽培到相同且适宜的环境条件下。若开出的都是红花，推测该白花植株出现的原因是什么?若开出的都是白花，则该白花植株出现的原因又是什么?白花基因的测序和白花植株进行自交实验——利用PCR技术和基因测序技术，将情境中的白花植株和红花植株的花色基因进行比较，发现白花植株的花色基因发生了碱基对序列的变化。控制花色基因的碱基序列发生了怎样变化?教师引导学生思考、讨论相关问题，促进学生主动参与到课堂教学的情境发展中。

学生在教师创设的情境中，针对教师的问题、情境和现象进行思考，联系已具有的知识和经验，暴露出错误概念，产生认知冲突，激发出探究欲望，实现概念的转化。这些是学习基因突变概念的重要基础和前提。

3.2 探究

教师根据引入环节产生的认知冲突，提供学生必需的背景知识，引导学生进行探究，及时了解学生探究的进程和深度。学生也要主动地针对特定的内容，进行探究活动，观察现象、建立事物之间的联系，概括规律、识别变量，这是学习基因突变新概念的重要前提。教师引导学生开展一系列活动，促进学生主动学习。

活动一：教师展示患镰刀型细胞贫血症病人图片，与正常的红细胞的性状和功能作对比，引导学生一步步由宏观到微观寻找病因。教师提出问题：假设你是科学家，结合“结构功能观”，能分析出病因吗？写出大致思路流程图。并提供学生活动的要求和相关资料。小组合作完成教科书81页中“思考与讨论”的图解，并利用投影展示阐述学习成果。学生在教师的引导下总结病因：由于血红蛋白基因中碱基对替换导致基因结构改变，从而引起性状的改变。

活动二：教师提供血红蛋白基因的一段碱基序列，引导学生思考探讨“基因结构的改变是否一定会造成生物性状的改变”。学生分别进行替换、增添、缺失任意一个碱基，根据中心法则，写出转录、翻译产生的多肽链，观察三种情况的变化。教师进一步整理归纳基因突变的类型及对蛋白质造成的影响。师生共同探讨得出“基因突变不一定导致生物性状的改变”的结论。

活动三：学生畅所欲言，列举出生活中有关基因突变原理的实例。教师提出问题：“基因如此稳定为什么会发生突变？”随后展示三种因素的图片，促进学生在讨论过程中实现次级概念的形成（描述细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下，基因突变概率可能提高，而某些基因突变能导致细胞分裂失控，甚至发生癌变）。学生联系生活中基因突变的生物学事实，自主学习教材83页，归纳总结基因突变的特点。接着，教师提出问题，使学生产生认知冲突：自然条件下基因突变率低，大多数是有害的，这对生物的进化有什么意义？并展示达尔文研究的加拉帕戈斯群岛的地雀及生物进化历程示意图，提出问题串，以帮助学生理解和总结基因突变的意义：①产生新基因的途径是什么？②生物进化的原始材料是什么？③生物变异的根本来源是什么？

学生获得概念相关的客观事情的感性认识主要来源于生活经验、观察实验和教学语言唤起的表现。通过这三个探究活动，学生对基因突变有了一定的感觉和知觉，进入了概念的感性认识阶段，是学生获得基因突变新概念的基础。

3.3 解释

探究完成后，学生要用自己的语言解释探究结果，形成初步解释。教师引导学生将在引入、探究环节的经历与新的解释或概念之间建立联系，要求学生表达的基因突变概念简洁、清晰和直接，同时也使基因突变的概念、特点或意义明确化和可理解化。最后，教师采用视频、多媒体软件、思维导图等多种方式，将基因突变的内涵、外延、原因、结果、特点、意义等概念要素进行整合（图1）。

3.4 精致

学生在获得新的概念后，需要利用这些概念尝试解决问题或解释新现象。因此，教师为学生提供时间和空间，要求学生以小组合作学习的形式进行讨论，制订解决方案，使学生通过参与讨论而获取信息，以加强对新概念的理解，最终将新概念内化到自己的认知结构中。这个过程就是新概念不断精致化的过程，教师应注意引导学生对相应的概念、过程和方法进行归纳总结，使其从术语到内涵全方位地理解新概念。

教师布置习题：基因突变是真核生物可遗传变异的根本来源，请回答下列问题：基因突变既可由显性基因突变为隐性基因（隐性突变），也可由隐性基因突变为显性基因（显性突变）。若某种自花受粉植物的AA和aa植株分别发生隐性突变和显性突变，且在子一代中都得到了基因型为Aa的个体，则最早在子_____代中能观察到该显性突变的性状；最早在子_____代中能观察到该隐性突变的性状；最早在子_____代中能分离得到显性突变纯合体；最早在子_____代中能分离得到隐性突变纯合体。

概念是客观对象的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是在感性认识的基础上通过思维加工而形成的。在“精致”环节过程主要就是抽象和概括，最终确立概念的内涵与外延。通过对这个环节的强化，学生习得的概念就较少与其他概念发生联系了。

3.5 评价

教师需要观察学生如何应用新的概念和方法来解决问题，并提出开放性的问题来评价学生对新概念或方法的理解和应用情况。综合评价的方式可以采用提问、小组讨论、记录学生的动手操作能力、纸笔评价、自评和互评相结合等形式进行。

教师展示人类单基因遗传病（并指、红绿色盲、白化病等）的发病率、患者的生活、家系图等资料。学生根据自己对遗传物质和可遗传变异的认识，提出人类遗传病预防和治疗的可行途径。最后，教师可适当补充相关的生命科学前沿内容，如基因组编辑技术原理、荧光技术等，发展学生的生命观念，增强其社会责任感。教师引导学生迁移应用概念，让学生在新的情境中创造性的解决问题，帮助学生形成对自己学习成果的价值评价。

评价环节可以视为概念的活化和结构阶段。在此环节中，学生应用概念来分析或解决一些生产或生活或自然界中的实际问题，将新概念纳入到原有的认知结构中以形成一个新的“概念系统”。