核心素养导向下的高中生物教学设计

郭双

[摘 要]在《基因是有遗传效应的DNA片段》教学中，以核心素养为设计导向，引导学生进行探究式学习，从课内基础知识到课外拓展资料，结合多元化教学活动，突破学习难点，让核心素养的教育理念渗透到高中生物基础课堂。

[关键词]核心素养;高中生物;教学设计;基因

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）08-0088-02

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》将生命观念、科学思维、科学探究以及社会责任界定为生物学学科核心素养的四大要素[1]。这是在素质教育实施成果的基础上，对教育改革的进一步探索和创新，为学生的终身发展凝练出了目标和要求，也为教师的教育教学提供了明确的指向和引导。笔者以核心素养为基本思想，对人教版生物必修2《基因是有遗传效应的DNA片段》一节进行教学设计，并将理论与实践结合起来，让核心素养的教育理念渗透到高中生物基础课堂。

一、创设问题情境，建立生命观念

以自制趣味预告片导入新课，给学生设置悬念：为什么有的人天生有“运动细胞”？为什么酒量好的人“消化”酒精的能力更强？为什么有的人吃香菜时会尝到肥皂的味道？研究显示，这些现象都与“基因”有关，那么“基因”究竟是什么？

一系列与日常生活联系紧密的问题，激发了学生浓厚的学习兴趣，引起了学生对生命的思索，在疑问中初步建立生命观念，同时也能让课堂气氛更活跃，拉近师生间的距离。

二、回顾科学史，梳理已有线索

为了解决上述问题，教师以科学史为逻輯顺序，以学案复习填空的方式帮助学生梳理已学知识，整理相关线索。孟德尔提出生物的性状是由遗传因子控制的→约翰逊将遗传因子命名为“基因”→萨顿通过类比推理法推测“基因在染色体上”→摩尔根通过果蝇实验证明了“基因位于染色体上”→化学分析得知“染色体是由蛋白质和DNA组成的”→赫尔希等多位科学家探索发现DNA才是遗传物质[2]。经过整理，学生会产生新的疑问：难道基因就是DNA吗？在回顾和梳理知识的过程中，学生通过积极的思考和总结，逐步建立起牢固的知识体系，为本节课后面的学习奠定基础。

三、分析探究资料，培养科学思维

基因就是DNA吗？学生可利用教材上的四则资料获取有效信息，分析得出答案。教师课件列出引导性问题，学生独立阅读资料，通过对资料的对比，会注意到资料1和资料3都体现了碱基、基因与DNA之间的数量关系，教师提示学生将文字和数据表格化，使逻辑关系更加一目了然，学生随之能够得出“基因是DNA的片段”的结论。接下来，教师用粉笔在黑板上画出一条宽线代表DNA分子，让一个学生在上面标出基因和DNA的位置关系，其他同学进行点评或修正。通过简单的画图活动，让学生直观感受到“基因是DNA特定的某些片段”，在DNA上呈线性排列，接着向学生提出下一个问题：何种片段才能被称作基因呢？分析资料2和资料4，学生能总结出基因的功能：基因能控制蛋白质的合成，从而控制生物的代谢及相关生命活动。

至此，教学层层递进，环环相扣，逐渐将探究氛围推向高潮。学生对基因的概念由朦胧变清晰，此时得出基因的定义对于学生来说已是水到渠成，让学生先独立思考片刻组织语言，然后小组交流讨论，集思广益，完善答案。课堂中，学生的答案和教材上的定义会存在一定差异，教师应鼓励答案多样化，并顺势引导学生思考产生差异的原因以及分析不同答案的可取之处。学生在此过程中既训练了资料归类整理及数据处理分析的能力，又感受到了生物学科的灵活性和包容性，还因找出了问题答案而提升了成就感。

四、开展多元化活动，突破重难点

1.充分利用感官，理解遗传信息多样性

理解了基因是有遗传效应的DNA片段后，教师展示一个基因片段的图片和手工模型让学生进行观察，并提问学生：遗传信息是否具有多样性？能否通过建立数学模型来诠释其多样性？

教师依据学习由易到难的规律进行引导，学生则结合已有的相关数学知识储备，很快建立起遗传信息多样性的数学模型，发现遗传信息多样性随核苷酸数目的增多呈指数上升。但是数学模型的缺点是不够直观，过于抽象。因此，教师利用课件向学生展示从基因库网站下载的绿色荧光蛋白基因的序列，密密麻麻的序列让学生在视觉上产生强烈的冲击感，而仔细观察发现一串串的序列也仅由4种字母构成。再课件列举相关数据，让学生进一步感受遗传信息的庞大：人类基因组大约含有31亿个碱基对，若将基因组文档以文本形式打印出来，每行100个字符，每页50行排版，共要打印出约60万页纸，堆起来大概20层楼高;若将已经测序出的所有生物的基因组读一遍，长约需要3000万年。通过一系列数字的“轰炸”，学生惊叹连连，遗传信息多样性的“多”也由抽象变为具体、形象。

2.结合现代信息技术，理解遗传信息特异性

利用绿色荧光蛋白序列继续开展课堂教学活动，帮助学生理解遗传信息的特异性[3]。活动内容：某实验室获得了一个基因片段，序列为ACAAAGGTTTG，能否确定它属不属于绿色荧光蛋白基因的片段呢？教师提示学生如果用肉眼去进行比对，显然存在一定难度，能否利用现代信息技术来完成这一工作？一位熟悉Office软件操作的学生提出了可行的办法，教师鼓励他到讲台上操作演示。他直接通过Office软件的“搜索”功能，输入ACAAAGGTTTG查找，得出的结果是“无匹配项”，则说明这个片段不属于绿色荧光蛋白基因。上述活动体现了遗传信息虽然具有多样性，但当我们查找某个特定的基因或某个片段时其序列是唯一的，是“特异”的。课堂中实际操作软件演示的方式，不仅让学生理解了抽象的概念，还让学生体会到现代信息技术的便利。

当学生遨游在广阔的生物信息数据海洋时，不禁产生怀疑：如此庞大的数据量，人类有足够的能力去分析它，并揭开其中的奥秘吗？作为知识的补充与拓展，教师给学生介绍一门新兴交叉学科——生物信息学，它是利用信息科学的理论技术和方法分析生物学数据，研究生命的奥秘，它极大地提高了科研的效率[4]。在观看图片展示之后，学生意识到目前生物信息已经进入了大数据时代，且现在中国一些科研公司的发展，如华大基因，已然走在了世界的前列[5]。

这一环节的设计，有利于拓宽学生的视野，让学生感知前沿信息及技术，同时可激发学生的职业兴趣，在部分学生心中埋下职业规划的种子，通过对民族企业的介绍，也增强了学生的民族自豪感和爱国情怀。

五、联系社会热点，强化社会责任

课堂讨论：纵观科学探究之路，我们对于基因从未知到已知，现在甚至可以利用它来造福人类，如进行疾病诊断、新药开发、濒危动物的保护等。但科学技术是一把双刃剑，在造福人类的同时，一些涉及伦理道德的问题也随之产生，比如震惊科学界的基因编辑婴儿事件，露露和娜娜这对双胞胎婴儿的DNA就是经过基因编辑后，对艾滋病有先天的抵抗力。关于这一事件，请同学们展开讨论，你是否同意这种做法，说出你的理由。

在教师的鼓励下，学生对上述事件展开热烈讨论，有支持，也有反对，批判性思维在其中得以体现。在倾听几位小组代表精彩的发言后，学生开始理解到科学技术在给人类生活带来福利的同时，也可能带来一些负面影响和隐患。通过科学技术定制婴儿理论上来说是可以实现的，但除了“能不能”，还应慎重考虑“该不该”，因为我们首先是人类，其次才是科学研究者。课堂最终以康德的名言結束：“有两件事情，我愈是思考愈觉神奇，心中也愈充满敬畏，那就是，我头顶上的星空与我内心的道德准则。”

本节课以核心素养为指导思想，进行巧妙的教学设计，在深度挖掘教材知识的基础上，还发掘了知识背后更广阔的天地，使学生在生动有趣而深刻的课堂教学活动中掌握了重点，突破了难点，强化了生命观念，锻炼了思维能力，见证了科技进步，感受了社会责任。对于教师而言，收获了颇有思想且富于创新的观点，与学生在融洽的课堂氛围中共同进步。在培养学生核心素养的同时，教师自身的专业素养也能得到修炼和提升，师生携手并进，共谱高中生物教育事业美好未来。

[   参   考   文   献   ]

[1]  王杨杨. 2017年普通高中生物学课程标准解读 [J]. 现代交际， 2017 （5）： 171.

[2]  段娜. 基于生物学科核心素养设计教学：以“基因指导蛋白质合成”为例 [J]. 教育实践与研究（B）， 2019（10）： 62-64.

[3]  王明华， 顾范博， 姜智， 等. 全程可视绿色荧光蛋白的表达纯化鉴定在生物化学开放性实验教学中的应用探讨 [J]. 生命的化学， 2018（6）： 875-880.

[4]  杨静. 生物信息学在分子生物学实验教学中的应用与实践 [J]. 高校生物学教学研究（电子版）， 2018（6）： 13-16.

[5]  用基因揭开生命奥妙：华大基因的大数据实践 [J]. 中国信息界（e医疗）， 2013（5）： 50-51.

（责任编辑 黄春香）