基于小组合作式的教学设计与应用

刘文娟 王淼 张要军

[摘 要] 为了使小组各成员各司其职，将小组成员进行详细的划分，增强学生间的沟通合作能力。根据新课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生生物核心素养，对“基因表达与性状的关系”一节进行教学设计，以期学生能够达成知识学习和小组合作的共同发展，使学生获得解决实际问题的探究能力和必备的思维品质。同时，表观遗传属于新课程标准中的内容知识，能够为高中生物教学提供一定的参考和应用价值。

[关键词] 小组合作;教学设计;表观遗传

[基金项目] 2019年度河南大学本科教学改革研究与实践项目“线上线下混合式‘金课’的探索与实践——以生物科学明德班‘生态学’为例”（HDXJJG2019-101）;2019年度河南省高等学校青年骨干教师培养计划“一流学科建设背景下创新人才培养模式的研究与实践”（2019GGJS039）

[作者简介] 刘文娟（1995—），女，河南睢县人，河南大学生命科学学院2020级学科教学生物专业硕士研究生，研究方向为中学生物教学;张要军（1987—），男，河南叶县人，博士，河南大学生命科学学院教务办公室主任，副教授（通信作者），主要从事生物学教学与研究。

[中圖分类号] G632.0   [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）14-0137-04 [收稿日期] 2021-08-02

一、教材分析

“基因表达与性状的关系”选自人教版高中生物学必修二第4章第2节（2019版），本节内容相较于2004版在内容上做出了相应的改动，将中心法则移到上一课时“基因指导蛋白质的合成”，扩展了细胞分化的相关知识，增加了表观遗传的知识点。此节内容承接了上一课时基因指导蛋白质的合成和必修一细胞的分化的实质——基因的选择性表达。同时，表观遗传也是对遗传学相关知识的补充，也为后面学习拉马克的用进废退和达尔文的自然选择学说奠定了一定的知识基础。

本节知识的难点是基因控制生物体性状的机制。学生对日常生活中可以见到的性状现象比较熟悉，比如书中的豌豆皱粒和白化病现象，只是不知道背后的机理。此外，学生的知识迁移能力和思维能力都还有待提高，虽然教材中的例子，学生在日常生活中接触过，但对事物的观察通常都是静止状态的，从而很难把现象与背后的原因，机制联系起来。此时，可以借助多媒体技术设置问题情境，指引学生将观察到的宏观现象与生命系统的微观变化联系起来思考，完成知识的自主建构，进而使学生获得解决实际问题的探究能力和必备的思维品质。

二、教学目标

根据新课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生核心素养，制订如下教学目标。

1.结合皱粒豌豆、白化病和囊性纤维化产生原因，阐述基因控制生物性状的机理。

2.通过分析不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果，回顾并进一步理解细胞分化的本质是基因的选择性表达;结合柳穿鱼花的形态结构和小鼠的毛色的遗传，概述某些基因序列不变，但表型改变的表观遗传现象;通过小组合作交流与展示，形成自主学习和合作学习的能力。

3.通过学习性状的表达不仅与基因有关系，还受到环境的影响，树立起健康文明的生活方式意识。

三、教学过程

课前分组：将班级划分成若干个小组，每个小组6个人左右（人数少，不利于讨论，人数多，不好管理），每个小组选出小组长（负责组织和管理小组的纪律，学习人员的安排），监督员（辅助组长），记录员（1～2名），发言人（2～3名）。

（一）利用生活实际问题，激起学生的求知欲

向学生展示蒜苗和蒜黄的图片，提出问题：蒜苗和蒜黄都是由大蒜种出来的，其基因是否一样？为什么有两种不同的形状？划分小组，让学生讨论。学生讨论后，让小组发言人回答组内讨论得出的答案，回答不充分的或者其他小组有别的想法，在教师指导下，让其他小组发言进行补充。引入要讲的主题：生物的性状是由基因控制的，但是基因和性状却不是一一对应的关系，环境也可以影响生物的性状。

设计意图：通过生活中常吃的蒜苗，蒜黄，引起学生的兴趣，根据问题的答案，对曾经学过的知识进行简单的回顾复习，便于开展新课：小组的讨论活动不仅体现了学生是课堂的主体，还能够锻炼学生的分析问题和语言表达能力。

（二）利用思维导图，展开新课讲授

1.基因表达产物与性状的关系。利用学生很熟悉的豌豆，通过讲解圆粒豌豆和皱粒豌豆的形成过程，得出基因可以通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物的性状。给学生2分钟的时间进行讨论，各小组根据课本第71页图4～9皱粒豌豆的形成机制（图1）。

运用类比推理法以思维导图的形式写出白化病的形成机制（图2），并让小组记录员在黑板上展示出来。

随后播放囊性纤维化患者的病状以及形成原因的视频，再利用图3一步步讲解囊性纤维化患者的形成机制。

向学生提问从中得到什么启发？学生得出：基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状。

设计意图：利用思维导图的形式使学生能够清晰直观的了解基因表达产物与性状的关系;通过让学生讨论写出白化病的发病机制，可以增强小组的合作学习能力，提升推理论证能力，与此同时，检测学生对知识的理解程度;通过讲解囊性纤维化病的患病机制，不仅讲述新知识基因控制生物性状的直接过程——蛋白质的合成，还会使学生意识到生命的可贵。

2.基因的选择性表达与细胞分化。根据“思考·讨论”模块，带领学生分析图表“不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果”，让小组讨论该模块下的问题1和问题2。学生讨论结束后，让小组发言人回答本组的讨论结果，其他小组可以质疑并发表自己组的意见，之后师生共同分析得出结论：在含有相同基因的不同种细胞中，有些基因表达，有些不表达，这是基因选择性表达的结果。在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的;另一类是只在某类细胞中特异性表达的基因。细胞分化的本质就是基因的选择性表达[1]。

设计意图：本小节知识点是在必修一第6章第2节延伸出来的内容，学生在原有的知识上，利用课本资料，以及小组讨论习得本节的知识点是不难的，教师稍加引导即可。通过对鸡的三种细胞里的DNA和mRNA的分析，得出细胞分化的实质是基因的选择性表达，使学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括的方法阐释生命现象及规律。

3.表观遗传。（1）让各小组阅读资料一和资料二，之后利用图例讲解什么是DNA甲基化，之后随机让小组长和副组长在黑板上画出类似图4和图5遗传图谱。根据上述两个实例分析得出：DNA的甲基化将会抑制该基因的表达，从而影响生物的性状;DNA的甲基化是可以遗传给下一代的[2]。（2）讲解表观遗传的概念：生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象[3]。

各小组阅读资料一和资料二，画出柳穿鱼花和小鼠的遗传色谱图后，讨论得出答案：一是柳穿鱼和小鼠性状的改变是由于体内相应基因的甲基化;二是Lcyc基因甲基化程度低，表现出来的性状与植株A越相似，甲基化程度越高，与植株B越相似。

设计意图：此部分内容与传统经典遗传学相呼应，解释了经典遗传学所不能解释的现象，这一过程使学生尊重事实和证据，运用科学的思维方法认识事物;讲述生活中有关表观遗传的现象，可以使学生意识到，知识来源于生活。

（三）进行思维训练，巩固新知

教师利用课堂所用的图表，快速带领学生回顾所学知识并进行总结，之后向学生集体提出具有批判性思维的问题：基因决定生物的性状，这一观点是否正确？此问题在学习过前面大量知识后，學生比较容易作答：基因与性状并不是一一对应的关系，一个性状可以受到多个基因的调控;一个基因也可以影响多个性状;基因决定生物的性状，环境影响生物的性状。针对学生的回答教师给出合理的解释：基因决定生物的性状是正确的，但是性状的表现是由基因和环境共同控制的[4]。

设计意图：简单的问题，集体直接回答，复杂的问题，小组讨论作答，使学生的知识概念由浅到深，由表及里的获得;通过提问和思维训练模块的练习，锻炼学生的批判性思维和科学思维，培养学生的科学探究能力，同时学会运用所学的知识。

（四）与社会联系，增强核心素养下的生命观念

各小组课下自行查阅“与社会的联系”模块中的相关知识，并制作成以下案例的方式，以纸质作业交上来，第二次上课时或者课下教师进行点评。

课外案例：组蛋白的甲基化如何调控乌龟的性别。

乌龟的性别决定方式与人不一样，人是受精卵形成的那一刻起，就决定了性别，但是乌龟的性别与温度相关联，乌龟的蛋在26℃孵化时，会全部发育成雄性，在32℃孵化时，会全部发育成雌性，从表象上看由于温度决定的性别，其实是组蛋白的甲基化造成的。

决定机理：如图6所示，温度影响了K蛋白的量进而影响了组蛋白甲基化的量，从而激活或抑制了控制性腺的D基因，26℃时，组蛋白的表达被抑制，使得D基因启动子区域的组蛋白维持较高水平的甲基化，从而抑制了D基因的表达，未分化的性腺向卵巢分化发育成雌性个体，而在32℃时，K蛋白表达上调，将D基因启动子区的组蛋白去甲基化，激活D基因的表达，而D基因的表达产物促进性腺向精巢分化，从而发育成雌性个体。

小组学生可以分工合作，因为选题已经确定——吸烟引起的表观遗传。两个学生查阅吸烟引起的表观遗传变化是哪方面的，两个学生查阅相关变化的机理，两个学生画出相关的表观遗传的机制图，最后小组汇报时，总结吸烟的危害。

设计意图：学生自己查询关于吸烟危害的表观遗传知识，可以加深对表观遗传相关知识的理解，还可以借此机会向亲戚朋友宣传吸烟的危害，不仅影响自己的健康，很有可能遗传给下一代，使人们熟知拥有健康的文明的生活方式的重要性，提升了小组的合作能力，增强同学间的友谊。

四、教学反思

通过合理的教学设计，发挥小组各成员的积极性和主观能动性，能够打破传统的小组合作方式，每次组织活动都是小组长或者组内核心人员发言，不利于小组所有同学的全面发展，将小组成员进行详细的划分，使每位同学都能各司其职，都有工作可干，才能使学生意识到“一个人走得快，一群人走得远”团结理念。新教材目前还未进行全国应用，只在部分省区开展，所以可参考的教学资料有限，表观遗传属于新加入的内容知识，许多教师不熟悉，这就需要教师在讲解之前多查阅资料，增加理论知识。

参考文献

[1]贺竹梅.遗传学教材的先进性体现[C]//广东省遗传学会第九届代表大会暨学术研讨会论文及摘要汇编，2014：281-282.

[2]孙会.基于差异教学的小组合作学习教学设计研究[J].市场周刊（理论研究），2014，4（10）：125-126.

[3]朱凯.小组合作学习《基因对性状的控制》教学设计[J].考试周刊，2014，4（49）：143.

[4]石翠娟，王乐，张克让，等.EHD3和FREM3基因间相互作用与重性抑郁障碍的关联分析[C]//中国的遗传学研究：遗传学进步推动中国西部经济与社会发展.2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编，2011：193.

Teaching Design and Application Based on Group Cooperation： Taking the Section of “The Relationship Between Gene Expression and Trait” as an Example

LIU Wen-juan， WANG Miao， ZHANG Yao-jun

（School of Life Sciences， Henan University， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： In order to make each member of the group perform their own duties and have work to do， the group members are divided in detail to enhance the communication and cooperation ability of students. According to the content requirements， the academic requirements， and the academic quality standards of the new curriculum standards， and in order to cultivate students’ biological core literacy， the teaching design of the section of “the relationship between gene expression and traits” is carried out， so as to achieve the development both in knowledge learning and group cooperation， and enable students to obtain the inquiry ability and necessary thinking quality to solve practical problems. At the same time， epigenetics is a part of the content of the new curriculum standards， which can provide some reference for senior high school biology teaching.

Key words： group cooperation; teaching design; epigenetics