大单元教学在“基因突变”复习课的教学组织

广西 唐丽云 张 蓓

“以课时为单位的教学导致知识碎片化”是章节教学过程中普遍存在的问题，这也是大单元教学被关注的重要原因，然而从客观的角度分析，无论以何种理念、何种目标为取向开展教学设计，最终都要将重组知识按照课时进行安排，因此要解决知识碎片化的问题，重点不是教学设计所需的时长，而是揭示教学内容之间如何联系，如何围绕核心概念组织教学。相对于课时教学，大单元教学是指以围绕某个主题（核心概念等），综合相关知识，利用多种教学形式和教学策略，让学习者达到预期目标的相对完整的教学过程。大单元教学是一种整体性的、系统化的理念，具有目标更明确、结构更完整、组成更新颖、过程更优化等特点。此种教学模式打破了独立课时的教学思维，使教师站在更高的视角统筹教学，更加符合学科核心素养的培养要求。

本文将围绕核心概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”进行生物一轮复习的大单元教学设计，将教学内容按照一定逻辑关系进行重组与整合，主要阐述大单元教学在一节“基因突变”复习课中的教学组织框架。

1.大单元教学复习的知识框架和设计意图

该单元将必修2《遗传与进化》模块中“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的核心概念作为大单元教学设计的学习主线，根据遗传信息、性状与环境之间的内在联系，将课本中相关的内容整合在一起进行复习（图1），旨在让学生在掌握相关主干知识的基础上，打破章节之间的界限，把相关知识点从内涵到外延再到功能上有机地串联起来，实现学科内知识的相互综合，建构完整的知识网络，提升学生对学科知识体系的理解，提高学生运用知识的综合能力。

图1 大单元教学设计的知识框架

2.大单元教学在“基因突变”复习课中的实施策略

落实到具体的课时教学时，要想在一节课上呈现大单元教学设计的所有内容是不可能的，因此，在进行具体的以核心概念为统摄的教学时，将“基因突变”所能涉及的内容和与之相关的联系尽可能地有机整合在一起，通过教学过程的最优化来实现有效教学的目的。有效教学的最终落点是学生学科核心素养的提升，这就要求教师需在教学过程中设置多样化的活动，引导学生进行主动性的学习。综上，“基因突变”大单元教学在复习课中的实施策略主要包括：教学模式的选择、教学程序的安排、教学活动的组织等。

2.1 引导学生自主构建基因突变的思维导图，初步诊断学习困惑

进入一轮复习，学生已经完成了必修部分所有基础知识的学习。为了避免学生过多串联不必要的内容，在课堂教学前，教师以学历案为载体先给定思维导图的初步框架（图2），而后引导学生将本节内容的知识绘制成思维导图，并在其之后附上相关练习题等。学生通过自我诊断学习困惑后，能够带着问题进入课堂参与教学活动，这种方式使得学生的学习目标更明确。

图2 思维导图框架

2.2 选择有意义接受学习模式，逐步推进课堂教学进程

通过新授课的学习，学生已经掌握了一定的关于基因突变的基础知识，但是在对其本质特征和相关概念的理解上还存在困难。因此，为了有效地提高复习效率，本节课采用奥苏伯尔的有意义学习模式，即将学习材料与学生已有的认知结构联系起来，启发学生积极思考，主动地参与各种学习活动，从而进一步的理解基因突变的概念并形成核心概念。在教学程序的设计上，遵循斯金纳的分步有序逐渐推进的教学模式，引导学生由浅入深、由抽象到具体再到抽象、由理论到实际，使知识的内在逻辑顺应学生的认知逻辑，达到预期的教学效果。本节教学程序和教学模式的设计如图3。

图3 教学流程图

2.3 多角度、多样化组织教学活动，促进学生积极参与教学过程

2.3.1 核心概念统摄关键问题

“对基因突变的概念以及结果的理解”是本课时的关键问题。

通过学生自主构建的思维导图和自测诊断结果发现，学生对关键问题的理解普遍存在困难，因此教师应注重在学科核心概念的统摄下开展教学活动。首先以问题导入模式进入教学，“基因通过复制、表达来传递遗传信息进而控制生物的性状，那么在传递信息的过程中基因（遗传物质）会发生改变吗？”而后给出具体实例让学生判断哪些是由于遗传物质改变而产生的变异类型，最后通过总结可遗传变异的来源引出本课时的内容——“基因突变”，初步引导学生将学习内容与核心概念相关联。

接下来回归到基因突变的概念，由学生找出基因突变的关键词“基因结构改变”，并从其发生的原因方面分析其可能发生的时间，再让学生阅读教材中关于镰刀型细胞贫血症、豌豆皱粒和囊性纤维病等内容并完成表1（碱基对的替换、增添、缺失而导致的3 种典型实例），分析并回答导致这三种典型实例中性状改变的根本原因、直接原因及基因控制性状的方式。从现象到本质，教师需引导学生将基因突变的内涵与外延串联起来，促进学生理解基因突变的概念。

表1

将知识结构串联起来后，教师再次抛出问题“基因突变一定会引起性状的改变吗？”并给出具体的实例分析回答图4 中的问题，得出“基因突变不一定改变生物性状的原因”，总结基因突变导致的结果“基因的结构改变，遗传信息改变，生物性状（蛋白质）不一定改变”。

图4

基因突变不一定会改变生物的性状与其发生的特点紧密相关，因此顺应知识主线分析基因突变的特点，侧重对学生易混淆的三大特点（普遍性、随机性和不定向性）进行实例分析和判断，进而总结辨别的关键点：“普遍性”是在自然界所有生物（群落）的发生面上，“随机性”主要是在种群内部个体层次，而“不定向性”则为基因（分子）层次。基因突变能够引起生物发生变异，利用这一特点进行育种的方式即为诱变育种，追根溯源，其本质原因是由于产生新的基因（等位基因），会改变生物的基因型和表现型，而人工筛选优良品种类似于自然选择，从而使生物发生了进化。这样就顺理成章地帮助学生梳理了知识，促进了学生理解基因突变的意义。

通过上述学习活动，不断拓展和完善学生的知识体系，可以使学生将基因突变的概念与学科核心概念进行有机的结合，进而促进学生深入理解基因突变的概念。

2.3.2 “图”导思维引领解题思路

实践证明，用程序化“图”导思维的方式引导学生进行高效解题，有助于学生学科思维的形成、发展和完善，是提高学生学科核心素养的重要途径。“图”导思维中的“图”指的是思维导图，教师通过思维导图的设计与教学帮助学生发散思维，在此基础上的这种学生应用知识对教师所精选例题进行程序化解题的思维方式，可以不断提高学生的解题效率。

基因突变概念理解

【例1】判断：淀粉分支酶基因中插入一段外来DNA 序列属于基因突变。（ ）

【参考答案】√

【思维导图构建】

【思路分析】在判断某一个实例是否属于基因突变时，学生容易只关注到碱基对的变化而忽略基因结构的改变，将基因突变的概念用思维导图的方式呈现出清晰的逻辑关系（图5），可以增强学生的逻辑判断能力，提高学生的解题效率。

图5

基因突变的结果分析

【例2】S 基因是果蝇染色体上的白眼基因，在该基因中插入一个碱基对引起了果蝇眼色的变化。下列相关叙述正确的是（ ）

A.该变异可导致染色体上基因的排列顺序发生变化

B.在高倍显微镜下可看到该基因序列的改变

C.X 射线的照射不会影响S 基因的突变率

D.突变后的基因是S 基因的等位基因

【参考答案】D

【思维导图构建】

【思路分析】本题解题的关键在于判断是否属于基因突变，通过将试题中的信息转换成思维导图的形式（图6），

图6

【思维导图构建】将思维过程梳理后，学生很容易判断出该变异为基因突变，进而分析基因突变的影响因素和可能导致的结果，得出最后的结论。

【例3】（2016 年，海南卷，第25 题）依据中心法则，若原核生物中的DNA 编码序列发生变化后，相应蛋白质的氨基酸序列不变，则该DNA 序列的变化是 （ ）

A.DNA 分子发生断裂

B.DNA 分子发生多个碱基增添

C.DNA 分子发生碱基替换

D.DNA 分子发生多个碱基缺失

【参考答案】C

图7

【思路分析】根据中心法则以思维导图形式梳理出蛋白质的氨基酸序列不变的逻辑链条，可以得出是发生了基因突变的原因，再结合基因突变不会导致性状发生改变的原因进行分析，最有可能的就是DNA 分子发生碱基对的替换，但由于密码子的简并性使得蛋白质中氨基酸序列不变。

【例4】野生型链孢霉能在基本培养基上生长，而用X 射线照射后的链孢霉却不能在基本培养基上生长。在基本培养基中添加某种维生素后，经过X 射线照射的链孢霉

【思维导图构建】又能生长了。有关此实验的说法错误的是 （ ）

A.某种维生素是链孢霉生长所必须的

B.X 射线照射使野生型链孢霉发生了基因突变

C.该实验表明基因可通过控制蛋白质的结构直接控制性状

D.该实验表明基因可通过控制酶的合成来间接控制性状

【参考答案】C

图8

【思路分析】通过文、图转换，学生基本上都能判断出A、B 选项错误，在对维生素的本质作用进行分析后，进一步构建思维导图，使思维过程更加清晰，学生便可得出答案。

2.3.3 典型例题加深概念理解

学生头脑中形成的概念，能否正确的反应客观实际，只依附于感性认识到理性认识过程中思维的转变是不可能完全达成的，还必须要把概念反复地应用于实践，因此在教学过程中教师有意识地引导学生分析典型例题，可助力学生深化理解基因突变的概念，并使其能力得到发展。

【例5】图9 为植物根尖某细胞的DNA 分子中a、b、c 三个基因的分布状况，图中Ⅰ、Ⅱ为无遗传效应的序列。有关叙述正确的是 （ ）

图9

A.片段Ⅰ、Ⅱ中发生碱基对的替换、增添或缺失属于基因突变

B.a 基因变为A 基因，该细胞可能发生基因突变或基因重组

C.基因在染色体上呈线性排列，基因的末端存在终止密码子

D.基因a、b、c 均可能发生基因突变，体现了基因突变具有随机性

【参考答案】D

【分析】本题从植物根尖细胞的DNA 分子结构入手，促进学生进一步理解基因突变的概念和结果。题目从基因和非基因的概念出发，综合分析基因突变在什么细胞内会发生，基因的本质以及基因突变的特点。在分析过程中，教师还可以拓展引导学生分析基因突变和基因重组分别在什么生物体内、细胞内会发生，什么时间会发生等。在此过程中发展学生的逻辑与推理、归纳与比较的关键能力与学科核心素养。

【例6】已知与人体血红蛋白合成有关的一对等位基因是HbA和HbS，纯合子（HbSHbS）为镰刀型细胞贫血症患者，患者大多于幼年死亡。只含一个致病基因的个体不表现为镰刀型细胞贫血症，并对疟疾具有较强的抵抗力。下列说法错误的是 （ ）

A.基因HbS是基因突变的结果，可以用显微镜检测镰刀型细胞贫血症

B.纯合子（HbAHbA）具有较强的抗疟疾能力

C.杂合子中（HbAHbs）等位基因HbA和HbS表达的机会均等

D.该现象说明基因突变改变了生物的表现型

【参考答案】B

【分析】选取本题的目的是让学生分析基因突变与性状的关系，使学生进一步理解基因突变的概念。题目从熟悉的实例入手，通过一种新的情境，让学生分析基因突变导致的分子结构上的改变和由此导致性状上的改变是否可以通过显微镜观察得到，并将突变后形成的杂合子与基因重组形成的配子类型进行联系，让学生分析基因发生突变后是如何控制生物性状的，在分析过程中可发展学生综合运用知识和获取信息的能力。

【例7】在诱变育种过程中，通过诱变获得的新性状一般不能稳定遗传，原因是__________________________________________________，若要使诱变获得的性状能够稳定遗传，需要采取的措施是______________________________________________________。

【参考答案】控制新性状的基因是杂合的 通过自交筛选性状能稳定遗传的子代

【分析】选取本题的目的是让学生理解基因突变的应用原理，进而理解基因突变的概念。题目以诱变育种获得的新性状一般不能稳定遗传为载体，将其与基因突变不一定会改变生物性状的原因相关联，进一步提出需要采取何种措施以实现性状稳定遗传，引导学生将基因突变产生的结果与基因重组进行联系，在此过程中可发展学生综合运用知识的能力。

【例8】辐射对人体危害很大，可能导致基因突变。下列叙述正确的是 （ ）

A.环境所引发的变异可能为可遗传的变异

B.基因突变可能造成某个基因的缺失

C.辐射能导致人体遗传物质发生定向改变

D.有害突变不是生物进化的原始材料

【参考答案】A

【分析】本题从基因突变发生的原因出发，通过分析基因突变的结果与意义，使学生进一步理解基因突变的概念，在此过程中可同时发展学生的理解能力和综合运用知识的能力。

3.教学反思

大单元教学设计强调教学的整体性和系统性，要求教师站在更高的视角统筹教学，通过分析系统各要素的内在联系规律，将教学的功能达到最佳效果。采用有效的教学策略是保证大单元教学设计的关键。此课时采用以学历案为载体，学生为主体，根据学生的认知基础和发展需要，以学科核心概念为统摄，设置教学活动，解决关键问题，实现了学科核心概念与具体概念的联系，帮助学生系统化地建构概念和理解概念，同时以“图”导思维引导学生进行程序化解题，提高解题效率。教学过程中典型例题的使用促进了学生深化理解概念，取得了较好的教学效果。