基于核心素养的“基因指导蛋白质的合成”(第一课时)的教学设计

樊荧荧

摘要：在“基因指导蛋白质的合成”（第一课时）中，通过创设故事情境、观看转录翻译视频、利用自制物理模型模拟“翻译”过程等环节将生物学学科核心素养的培养落实到课堂教学中。

关键词：生物学学科核心素养;转录翻译;教学设计

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

1教材分析

“基因指导蛋白质的合成”是人教版高中生物学教材《必修2·遗传与进化》模块第四章第一节的内容。本节主要聚焦的问题是“遗传信息的转录”和“遗传信息的翻译”两个相互联系的过程，因为该过程发生在细胞内，比较微观和抽象，而且这两大过程中涉及较多新的概念，如mRNA、tRNA、rRNA、密码子、反密码子等，并且还涉及DNA上碱基和mRNA上碱基数量对应关系以及mRNA上碱基和氨基酸的数量对应关系等，因此教学存在一定难度。基于学生的认知特点以及新课标要求，笔者将所有内容揉碎后重新整合，并对部分内容合理取舍，围绕重要概念组织教学，淡化了细枝末节内容的讲解，为学生的主动学习留出更多时间，帮助学生通过对重要概念的深度学习，建构一定的学科知识以及形成学科核心素养。

2教学目标

（1）通过学习，认識mRNA和tRNA的结构和功能，从而形成结构与功能相适应的观点。通过Flash动画的观察，认识生命的运动性、连续性以及复杂性，形成科学的生命观念。

（2）通过情境故事、自主学习、资料分析、思维导图，逐步构建“遗传信息的转录和翻译”的概念和具体过程，提高类比推理、提取信息、分析资料、归纳概括等学习能力以及全局性、策略性的科学思维能力。

（3）通过构建“翻译”过程的物理模型，提高科学思维能力;在构建过程中，尝试通过试错，提高自我总结、自我反思的能力;在构建过程中，通过小组合作的学习方式，提高合作学习能力和表达交流能力。

3教学过程

3.1创设故事情境，搭建主线

笔者先呈现一段自制的短视频：“某外国老板，这个老板有某种产品的生产思想。该老板由于语言不通不能到车间去亲自指导生产，于是他用英语把自己的想法告诉了秘书，秘书就带着老板的设计思想从办公室的门出来，到生产车间指导生产。秘书根据老板的设计思想，用汉语指挥叉车工把相应的原料运输到特定的位置，组装成了一个大型的产品。最后得到的产品完全是按照老板的思想生产出来的，老板表示很满意。”然后请学生阅读教材P62-67，思考下列情境问题，小组讨论后总结归纳：①在这个故事中“老板”“生产思想”“秘书”“叉车工”“产品”分别指什么？②“办公室“办公室的门”“生产车间”分别指的是哪个细胞结构？③“老板把设计思想告诉给秘书，秘书到车间指导生产”分别指基因指导蛋白质合成中的哪个重要过程？通过类比推理，学生能轻易找到情境故事和新课教材内容的联系并且积极发言回答上述3个问题。

设计意图：在导入环节设计了一个有针对性的情境故事，吸引学生的兴趣，提高了学生学习的参与性，同时设计了3个与教材内容相联系的情境问题，通过自主阅读、小组讨论、总结归纳，初步构建出“遗传信息的转录和翻译”的主体过程，并且使初步了解相关概念如遗传信息、mRNA、密码子、tRNA等，为后面继续深入理解内化知识作好铺垫。在此过程中，学生的类比推理、归纳总结能力得以提升。

3.2观看Flash动画，借助思维导图构建“转录”概念

教师先播放“转录”的Flash动画，引导学生在观看视频的过程中关注细节，思考转录的场所、转录的模板、转录所需的酶、转录的原料、转录过程中的碱基配对方式、转录的特点和转录的产物等。接着，请学生画出“转录”的思维导图，理清转录相关细节问题，从而自主构建出“转录”的概念。

设计意图：在之前情境故事的基础上，教师利用视频，让学生对于转录这个动态的过程有更直观的认识，引导学生关注细节，提取视频信息，并借助思维导图将零散的知识变成有组织且容易记忆的图，最后自主构建概念。在此过程中，学生的观察力、归纳概括能力和科学思维能力得以提升。

3.3分析科学史料，动静结合，构建“翻译”概念。

教师逐步呈现下述科学史资料：

事实1：mRNA只有4种碱基，但组成蛋白质的氨基酸有20种。

资料1：1954年，物理学家伽莫夫的数学推理：如果1个碱基决定1个氨基酸，4种碱基只能决定4种氨基酸。如果2个碱基编码一个氨基酸，最多能编码16种氨基酸。如果3个碱基编码一个氨基酸，足以组合出构成蛋白质的20种氨基酸。

资料2：1961年，克里克以T4噬菌体为实验材料，进行了下列实验：在一段信使RNA中间插入1个或2个碱基——不能产生正常蛋白质;在一段信使RNA中间插入3个碱基——能产生正常蛋白质，但多了一个氨基酸。

教师根据3则资料，提出问题，逐步突破“翻译”的教学难点：

①mRNA上碱基序列与氨基酸之间是如何对应的？

②根据教材的P65表4-1可知，密码子共多少种？能编码氨基酸的密码子几种？

③tRNA如何准确转运氨基酸至指定位置？结合②思考，tRNA共有几种？

基于上述问题的分析，教师再次播放“翻译”的Flash动画，引导学生在观看视频的过程中关注mRNA在细胞核中合成好后如何出细胞核到细胞质、翻译的场所、翻译的模板、翻译的原料、翻译所需的搬运工具、翻译过程中的碱基配对原则以及翻译的产物等细节问题，最后再请学生画出“翻译”的思维导图，并自主构建出“翻译”的概念。

设计意图：通过资料1的学习，学生能自主分析得出mRNA的碱基序列和氨基酸的对应关系，从而更深刻地理解密码子的概念和作用。通过资料2的学习，学生对于转运RNA的结构（图1）和作用有了深刻的认识。教师利用动画活化静态知识，让学生对于“翻译”这个动态的连续过程有更直观的认识。最后，借助思维导图，帮助学生更好地自制建构体系。在此过程中，学生的资料分析能力、问题剖析能力、观察力以及和科学思维能力得以提升。

3.4利用物理模型模拟“翻译”过程

在己知上述理论知识的前提下，教师设置了一个实验操作问题：“若现有一条mRNA，碱基序列为GAAUGGAAUUGCUCUAAGC，以此mRNA为模板进行翻译，请利用所给材料模拟此过程获得最终产物。”之后，学生小组合作（2人为一小组），利用提供的白板、mRNA、核糖体、tRNA、氨基酸、胶带（代表肽键）（详见图2），模拟“翻译”动态过程，获得最终产物。之后请一组顺利翻译合成“甲硫氨酸一谷氨酸一亮氨酸一亮氨酸”这个四肽的小组学生上黑板扮演小老师，展示模拟过程并講解每一步骤，帮助其他同学纠正错误。最后，鼓励学生从这次动手实践中悟出点出真知，产生点心得并进行分享。

设计意图：利用自制的物理模型小组合作，模拟“翻译”过程，将抽象而微观的生命过程外显化、具体化、形象化、直观化，加深学生对“翻译”过程的理解，让学生在动手中主动学习，并将其内化为自己的知识。在构建过程中，学生提高了科学思维能力、合作学习能力和表达交流能力。另外，在实际操作中，学生难免会暴露出问题，比如没有考虑到翻译的起点是起始密码子，翻译的终点是终止密码子而最后合成了“谷氨酸-色氨酸-天冬酰胺-半胱氨酸-丝氨酸-赖氨酸”这个六肽，因为这些“意外”问题，学生有了自我反思自我总结的机会，从而不断提高自己的科学思维。另外，由于教师设计的mRNA碱基序列中的第三个密码子“UUG”和第四个密码子“CUC”都是决定亮氨酸的。所以，在动手实践之后的总结心得过程中，学生可以轻易地总结出“一种氨基酸可以由一或多种密码子决定”以及“一种氨基酸可以由一或多种tRNA转运”这两个结论，这比传统教学中直接告诉他们结论，更能提升学生的生物学学科核心素养。

3.5完善概念图，以诗结课

在学习完“转录”和“翻译”两大过程后，教师提问：在基因指导蛋白质合成的过程中有几种RNA参与其中？学生回答出“mRNA”和“tRNA”后，教师补充介绍第三种RNA“核糖体rRNA”，并引导学生反过来思考：为什么mRNA能充当信使？、为什么tRNA能充当搬运工具？这样从而使学生强化“结构与功能相适应”的观点。最后，请学生完善本节课的概念图，同时教师以三行情诗“愿做一条RNA，即使是单链，却能拥有U”来结课。

设计意图：在完成主干概念之后再补充侧枝，进而完善概念图，比较符合学生的认知规律，并在此过程中渗透了生物学学科核心素养之一生命观念中的“结构与功能观”。最后，教师以诗结课，引起学生情感共鸣，加深本节课在他们脑海中的印象。

4教学反思

本节课的教学活动对原有教材进行了删减和重新整合，聚集“遗传信息的转录和翻译”这个主线，主要采取故事情境教学法、观看视频构建概念法、资料分析提取信息法、物理模型构建法等主要教学方法开展教学活动，培养了学生的类比推理、归纳总结、资料分析、模型构建等能力，提升了生物学学科核心素养。