高中生物学一轮复习教学组织与实施——以“基因重组”一节为例

清华大学附属中学 吴丹丹

高三生物学的教学主要有三种课型：复习课、习题课和试卷讲评课。作为系统化的复习形式，一轮复习课承载着帮助学生在查漏补缺中梳理体系，在建立知识结构后迁移运用，在面对真实问题情境时科学判断等能力提升的价值。如何在高三一轮复习课中注入新的活力，如何发展学生演绎推理等科学思维，提升学生运用生物学原理解决真实问题的能力呢？选择恰当的素材并科学组织实施可能是一种途径，下面以“基因重组”一节为例介绍高三一轮复习课的教学组织，特别是如何选择素材、创设情境并组织教学。

一、借助于图形等结构化知识奠定复习的基础

本节内容对应《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中的“概念3遗传信息控制生物性状，并代代相传”下的“3.3由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的”，相应的次位概念是“3.3.4阐明进行有性生殖的生物在减数分裂过程中，染色体所发生的自由组合和交叉互换，会导致控制不同性状的基因重组，从而使子代出现变异”。知识结构化能促进学生深度理解知识，便于知识的储存、提取和应用，所以一轮复习时应打破章节甚至是模块间的壁垒，建立知识体系，将知识在概念体系中的位置以及与其他知识的联系直观表示出来。比如，在本节教学中，首先确定基因重组在生物学知识结构中的位置，如图1（a）所示；另外，在《选择性必修3》中的“基因工程”所利用的原理也是基因重组，应在本节复习时一并整理，基因重组的类型和适用生物类型如图1（b）所示。

基因重组与基因突变、染色体变异都属于生物体变异中的可遗传变异，基因重组和基因突变二者不仅是并列关系，基因重组实现了对非等位基因的重新组合，从而产生多种多样的基因型和表现型，但从根本上来说，只有基因突变才会产生新的基因，才有可能产生进化的最初的原材料。所以一轮复习时，更要对二者在进化中的关系和意义进行梳理，如图2所示。

图1

图2 基因突变、基因重组和进化的关系示意图

细胞水平的图像辨别也是“基因重组”与“染色体变异”的易混淆点：为什么同源染色体的非姐妹染色单体的交叉互换的现象属于基因重组，非同源染色体之间片段交换则属于染色体结构变异呢？教学中可通过出示图3并结合染色体结构变异的定义分析：染色体结构变异引起染色体上基因的种类、数目和排序发生改变。如图3（a）中两条染色体上基因的种类、数目和排序在交换前后未发生改变，图3（b）则发生了改变。

二、来源于真实研究的情境有助于能力的提升

图3 基因重组和染色体变异的细胞水平的差异

理解知识的最好方式是在问题情境中运用知识。高三复习课易走进习题重复训练的误区，但不论是面向学生终身学习，还是从高考选拔性考试的习题角度出发，都不乏真实研究情境对知识的应用。在组织“基因重组”这一节的教学时，笔者首先分析“基因重组”的应用领域：杂交育种和基因工程育种，再寻找在粮食等农作物或养殖业中有无适合的研究成果。设计教学时可在“中国知网”中用“基因工程”“水稻”“杂交”等关键词进行搜索，笔者通过搜索发现一篇2018年马作斌团队获得抗稻瘟病转基因水稻的论文，研究中使用抗稻瘟病基因作为目的基因；进一步查阅资料发现，日本在20世纪中期已发现了多种抗稻瘟病基因，教学中可用这个研究成果考查学生是否掌握了转基因技术的操作步骤和技术；论文最后提到该转基因水稻品种的单一抗性几年后消失，这也是一个从“进化与适应”的角度设问的契机。抗稻瘟病的单一抗性很快消失后，是否有其他办法呢？该团队在2020年最新的论文中使用杂交育种的方式将两种抗稻瘟病基因重组到一个品种中，并且分子、器官和个体水平都有具体的实验图像和数据，这些素材是非常好的学生活动素材，可以提升学生归纳、比较、概括等思维能力，并基于结果得出实验结论的实验探究能力和表达能力，最终该水稻品种经过有关部门的认定已经投入种植并命名为“铁粳16”。

基于以上搜索、梳理和筛选，本节课的教学情境就逐渐形成：稻瘟病对我国水稻产量的影响→抗稻瘟病基因的发现→获得抗稻瘟病品种（基因工程育种）→单一抗性迅速消失的困境→获得含两种抗性品种（杂交育种）→鉴定、筛选和推广。具体教学环节、内容概要和教学意图如图4所示。

有了鲜活的素材，还需要结合生物学核心素养和高考考查能力进行教学设计。在获得单一抗稻瘟病品种的情境中，设计“结合基因重组的原理，你将如何培育出抗稻瘟品种水稻？请说出操作流程”的问题，考查学生对基因工程的学习效果以及语言表达能力。在获得该抗稻瘟病品种后，出示我国科学家获得的抗病品种的实验结果图，设计“图4中A表示植株生长情况，图4中B是二者的Pita基因的表达量，图4中C表示用混合稻瘟病菌菌种接种后，叶片的感病情况。请根据该实验结果进行推理并得出结论”的问题，考查学生类比、归纳、推理的能力，以及依据结果得出准确结论的科学探究能力。在该单一抗病品种抗性消失后，设计“辽宁本地现有抗稻瘟病水稻品种携带Pib（另一种抗稻瘟病基因）的辽粳9234（简称LG9234），携带Pita的铁粳7号（简称TG7）。请你结合刚刚复习的基因重组的原理，培育出同时携带抗稻瘟病基因Pita和Pib的水稻品种。请说出你的实验思路和预期结果”的问题，考查学生依据已知原理设计实验方案并正确预期实验结果的高阶科学思维。

图4 “基因重组”一节的教学情境和意图设计

基于真实的科学研究情境的教学，是一种回归本真的科学教育，是培养学生形成科学精神、关注科学技术和方法、形成科学概念的良好途径之一。本节课教学后，学生被我国科学家的科研精神所感动，当看到每一品种的抗性水稻在鉴定时都需要分子（电泳技术）、器官（菌株侵染）和个体水平等数据支撑时，他们也深感所学的生物学技术应用广泛；最后在得知“铁粳16”进入市场后，他们慨叹粒粒皆辛苦。在“全方位、全过程、全员”德育的大背景下，课堂不仅是传授知识的主阵地，还是德育的主阵地。