基于“5E”教学模式的高中生物学概念教学实践——以“基因指导蛋白质的合成”一课为例

黄静娜 张 锋

（1.福建省漳州第一中学 福建漳州 363000）

（2.福建省普通教育教学研究室 福建福州 350000）

1 前言

“5E”教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种建构主义教学模式，是目前国内外影响较为广泛的一种教学模式。“基因指导蛋白质合成”一课中，学生需要掌握“转录”和“翻译”的概念，了解“转录”及“翻译”的过程、意义并运用新概念解决新问题。如果教师直接将概念告知学生，不仅会给学生带来困惑，也不利于发展学生的学科核心素养。采用“5E”教学模式，通过“吸引—探究—解释—精致—评价”这五个环环相扣的环节，能激发学生深度思考，有效突破概念教学的难点，有利于帮助学生形成科学概念。

2 运用“5E”教学模式突破“基因指导蛋白质合成”概念教学难点

2.1 吸引——增趣激疑，暴露问题，引出概念

此环节的目标是通过激发学生的学习兴趣，在较短时间内暴露学生的前概念，促进学生产生认知冲突，为下一步探究形成新的科学概念埋下伏笔。

教师创设“猜父子”的游戏情境，激发学生学习兴趣，使学生明白父亲遗传给儿子的基因是通过控制蛋白质的合成来影响儿子的性状的。接着，教师设置一系列的问题激发学生思考：①基因主要位于哪里？蛋白质合成的场所位于哪里？②细胞核中的基因如何指导细胞质中蛋白质合成？③基因中碱基的排列顺序代表遗传信息，碱基的排列顺序如何转变成蛋白质中氨基酸的排列顺序？通过对系列问题的思考，学生明白“基因指导蛋白质的合成”要解决的的两大问题——“距离障碍”和“语言障碍”，从而引出接下来所要探究的问题。

2.2 探究——进行探究，突破学习难点，构建概念

此环节的目标是让学生通过论证式探究，突破“距离障碍”和“语言障碍”难点，自主构建“转录”和“翻译”的概念。

针对表达过程的“距离障碍”，教师鼓励学生大胆提出自己的猜想并进行论证式探究。学生提出猜想：①是不是基因可以穿过细胞核进入细胞质去指导蛋白质合成？②是不是核糖体可以进入细胞核去进行蛋白质的合成？③是不是存在某种物质游走在细胞核与细胞质之间，充当信使，促成了这个过程的完成？

接着，教师提供事实资料，帮助学生完成探究过程：

资料一：DNA直径约2 nm，核糖体一般呈圆形颗粒，约29 nm；细胞核的核孔只有0.9 nm。

资料二：科学家布拉舍用变形虫和洋葱根尖为实验材料进行实验：①用RNA酶分解细胞中的核糖核酸（RNA），蛋白质合成就停止。②如果将从酵母中抽提的RNA再次加入，蛋白质的合成便有一定程度的恢复。

资料三：科学家拉斯特做的变形虫实验：①A组变形虫放在含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中培养。一段时间，发现标记的RNA首先在细胞核中出现，之后在其细胞质中也出现。②B组变形虫放在不含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中培养，B组始终未出现相应标记。③将A组变形虫的细胞核移植到B组变形虫的细胞质中，将重组的细胞放于未标记的尿嘧啶核苷酸培养液中培养。结果细胞质中发现有标记的RNA。

根据资料一，学生明白基因很难从细胞核中出来，核糖体也无法进入细胞核，从而推测应该存在某种物质游走在细胞核与细胞质之间，充当信使。通过资料二、资料三探究，学生初步认定，RNA充当了DNA和蛋白质之间的信使，将遗传信息从细胞核传递到细胞质，这也就解决了“距离障碍”的难点。教师总结，将DNA上的遗传信息传递到RNA的过程就是“转录”。但学生对转录的具体过程还比较模糊，教师启发学生从转录场所、条件和结果等方面完善概念。最终，学生得归纳总结：“转录是在细胞核中，以DNA的一条链为模板，利用核糖核苷酸合成RNA的过程”。

针对表达过程中的“语言障碍”，教师先通过类比让学生明白突破语言障碍需要“翻译”，“翻译”的过程需要“翻译官”。接着，引发学生思考“翻译”过程需要的工具：“翻译官”是谁？“翻译官”必需具备哪些条件？通过对教材的阅读和探究，学生明白翻译过程所需要的“翻译官”是tRNA。tRNA需要精通两种“语言”，即既要承载碱基序列，又要能携带氨基酸。接着，教师通过自制磁性拼贴教具将tRNA的结构模型展示在黑板上，并诱发学生进一步思考问题：构成tRNA的4种碱基如何对应构成蛋白质的20种氨基酸？教师提供论事实资料供学生进一步探究解决“语言障碍”所需的工具：

资料一：1954年，物理学家莫夫通过排列组合计算研究遗传密码，发现如果1个碱基编码1个氨基酸，只能决定4种氨基酸；如果2个碱基编码1个氨基酸，可以决定16种氨基酸；如果3个碱基编码1个氨基酸，则能决定64种。就此莫夫提出了遗传密码的三联体假说。

资料二：1961年，克里克利用吖啶黄引起的移码突变证明了遗传密码确实是三联体。

资料三：美国科学家尼伦伯格先合成了一条全部由尿嘧啶核苷酸（U）组成的多聚核苷酸链，即UUU……然后，将这种多聚U加入到含有20种氨基酸以及有关酶的缓冲液中，结果只产生了一种由苯丙氨酸组成的多肽链。于是，第一个遗传密码诞生了：与苯丙氨酸对应的遗传密码是UUU。

通过探究，学生明白，解决“语言障碍”还需要密码子。教师总结，mRNA上的3个相邻碱基称为一个密码子。有了密码子和tRNA的存在，“语言障碍”也就迎刃而解了。解决“语言障碍”的过程就是实现“翻译”的过程。教师引导学生从“翻译”的场所、条件、结果等方面继续进一步探究“翻译”的过程并完善“翻译”的概念，总结出“翻译是在细胞质中，以mRNA为模板，利用游离的氨基酸合成具有一定氨基酸顺序蛋白质的过程”。

2.3 解释——通过模型构建，归纳总结，解释概念

此环节的目标是引导学生通过动手构建“基因指导蛋白质的合成”的模型，阐述对新概念的理解，解释概念。

教师提供以下模型：一段已知脱氧核苷酸序列的DNA双链、tRNA、氨基酸、核糖体模型等，让学生小组合作在学案上模拟完成“转录”和“翻译”的过程，再尝试用自己的语言阐述对新概念“转录”及“翻译”的理解，内化概念。教师借助多媒体，从转录和翻译的场所、原料、条件等内涵帮助学生将初步概念转变成更为准确的科学概念。

2.4 精致——创设新情境，运用新概念解决新问题

此环节的目标是让学生运用所学的新概念解决新情境的问题，实现概念的迁移应用。

教师提出问题：请根据教材P67“一个mRNA分子上结合多个核糖体，同时合成多条肽链”图示思考以下问题：图中所示核糖体移动方向如何？判断依据是什么？一个mRNA分子上结合多个核糖体这种数量关系有何意义？

通过分析思考，学生明白核糖体移动的方向为从左向右，判断依据是多肽链的长短，长的翻译在前，明确少量的mRNA分子就可以迅速合成出大量的蛋白质。

2.5 评价——多方面评价促进学生发展

此环节的目标是通过纸质评价和过程性评价，了解学生对新概念的掌握和理解情况以及暴露的不足和缺陷，为下一步的教和学提供方向。

教师要求学生根据蛋白质合成中遗传信息传递的规律，在表1中填入相应的字母。

表1 几种物质的对应关系

学生利用教师提供的磁性拼贴教具，尝试模拟构建转录和翻译过程。在学生自评和互评的过程中，教师发现学生能从mRNA与tRNA的位置摆放、密码子所编码的氨基酸正确与否等方面进行评价，甚至还有学生提出了模拟过程存在的不足：“细胞中转录和翻译的过程应该是高效的，而我们模拟的过程感觉太慢了，是不是还存在其他什么方式让翻译快起来？”这样的评价过程有趣有效，能激发学生思考和共鸣，并为接下来的教学提供素材和方向，真正做到了评价促发展。

3 运用“5E”教学模式的课堂教学反思

教师运用“5E”教学模式开展“基因指导蛋白质的合成”一节教学，充分激发了学生学习的热情和潜能。例如，在“探究”环节，学生自己发现问题，提出猜想，寻找证据论证探究，得出结论并概括出“转录”及“翻译”的初步概念。在“解释”环节，学生尝试通过模型构建进一步解释和完善概念。在“精致”环节，学生运用新概念解决新问题，发展了能力。在“评价”环节，学生自评互评过程中的思维碰撞将课堂推向高潮，学生的主体地位得到了充分体现。学生收获满满，教师也感受颇丰。但是，教学过程也暴露了一些不足，主要体现在教师为了追求“5E”环节的完整性，无法让每个环节做到精致。例如，在“探究”环节，由于时间问题导致探究未尽兴便草草结束。在“解释”环节，教师虽也鼓励学生用自己的语言解释探究结果，形成概念，但是只是停留在概念的内涵，概念的外延并未涉及。相信通过对“5E”教学模式的深入研究和多次尝试，这些问题将会得到解决与完善。