基于模型建构的情境式教学实践

张志祥 董路遥 赵沛荣

摘要 介绍了情境式教学模式在“遗传信息的传递和表达”专题复习课上的实践和探索。以“德尔塔病毒小范围跨省传播”这一真实情境引入复习主题，利用实物构建复制、转录、翻译的物理模型，小组讨论建构中心法则的概念模型，模拟防疫情境提升社会责任，显性评价检测素养提升。

关键词 情境式教学 复习课 传递与表达 模型建构

中图分类号 G633. 91

文献标志码 B

如何在核心素养培养要求下重塑生物高效复习课堂值得每位生物教师思考与探索。杜威最早提出了情境的概念，认为“让学生在知识所依附的情境中亲自探索，才是学习发生的过程”，而有利于学习发生的情境一定是真实的社会环境、实践情境或文化情境。因此，利用新冠病毒德尔塔变异株引入真实情境，通过模型建构建立复习体系，不失为一种可以点燃学生学习情绪、提升学生核心素养的良策。

1 教材分析

本节课复习内容为必修2中“遗传信息的传递和表达”专题，隶属于新课标大概念3“遗传信息控制生物性状，并代代相传”。从教学内容分析，学生需要形成的次位概念主要有：多数生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA上;DNA通过半保留方式进行复制，碱基的排列顺序编码了遗传信息;DNA的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成。本节内容属于复习课，包括2节课的内容，复习内容较多，知识点较为密集，且宏观结合微观、抽象结合具体的特点使学生的学习也具有一定难度。因此，教师如何串联已有知识，把握教学重点至关重要。

2 学情分析

高二学生已经学习过“遗传信息的传递和表达”这一章，但是对细节的落实和原理的应用还不熟练。因此在学法指导上，教师需提供观察、思考、展示的机会，充分调动学生已有知识经验，还要注重学生对知识的整体理解和概念体系的构建。教师可以通过展示实物模型、列表比较、合作建模等方式，增加学生的感性认识，加深对微观结构的理解。

3 学习目标

①能够通过探究新冠病毒德尔塔（ Delta）变异株的弗林切割位点的突变序列，复习己学知识，并总结、归纳遗传信息传递和表达过程。

②能基于事实和证据，采用科学思维的方法，阐释遗传信息相关概念内涵和生命规律。

③能就新冠肺炎疫情的特定生物学现象，观察提问、实施方案并交流讨论，领悟小组合作的重要性。

④能主动向他人宣传关爱生命的观念和知识，参与新冠疫情防控的分析和讨论。

4设 计思路

情境式教学的核心要素包含“符合学习需要的真实情境、学生学习情绪的点燃、师生积极情感的融合、学生主动投入探究过程和指向核心素养的提升”。本节课通过五线四环节构建课堂结构，不以讲授知识为复习手段，而是以德尔塔病毒弗林切割位点发生突变为大情境，引导学生将复制、转录、翻译3个主要知识点应用到3个小情境中，通过构建物理模型完成对知识的回顾（图1）。模型建构完成后，教师引导学生归纳中心法则，帮助学生建立完整的概念体系，实现从具体到抽象，最终上升至概念的全过程。最后，学生通过讨论环节进一步提升科学思维和社会责任。为了充分彰显学生主体地位和促进学生多元发展，教师设置了评价量表，对学生科学探究的能力进行科学的评价。

5 教学过程

5.1 以疫情情境引入复习主题

教师播放疫情现状视频，介绍目前在我国多地跨省传播的新冠病毒主要为德尔塔变异株，引起德尔塔病毒传染性增加的重要原因之一是其刺突蛋白上的弗林切割位点发生了突变，从而能被宿主细胞的弗林蛋白识别并切割。据此，教师提问：为什么弗林位点会发生改变？这一改变是由哪一段基因序列突变所致？教师为学生提供病毒变异前后弗林切割位点基因序列的对比图，由此引入课堂探究主题，开启“遗传信息的传递和表达”专题复习之旅。

设计意图：教师通过引入新冠疫情的相关报道，激发学生强烈的学习兴趣和主动探究欲望，唤醒学生思维活力，快速进入复习课堂。

5.2 以建模情境突破重要概念

5.2.1 构建DNA、RNA复制物理模型

教师提供德尔塔变异株弗林切割位点的RNA序列模型和普通DNA病毒的某序列模型，提出问题：德尔塔增殖过程中其突变序列如何复制？和DNA病毒是否相同？教师提供核苷酸、酶等物理模型，引导学生以小组为单位分别模拟德尔塔变异株和DNA病毒序列的复制过程。学生依据科学性和完整性互相点评，选出最佳设计。结合物理模型，最佳设计小组分别讲解DNA和RNA的复制过程。学生借助已有知识储备，从场所、模板、原料、酶和碱基配对方式等方面比较复制、转录和翻译的过程，并填写在学历案上。

设计意图：通过研究弗林切割位点的突变序列，教师引导学生复习回顾DNA、RNA复制的相关知识。学生在回顾旧知的同时，深化了概念的理解。学生充当“小老师”也可带动班级的学习氛围。

5.2.2 构建转录、翻译物理模型

教师提问：为何突变序列会导致德尔塔变异株合成出亲和力更强的弗林切割位点？其上的蛋白质发生了怎样的改变？教师提供阿尔法变异株和德尔塔变异株的弗林切割位点序列、核苷酸、酶等物理模型，学生两人一组模拟病毒序列的转录和翻译过程。

在模拟翻译的过程中，学生会涉及到密码子、反密码子、mRNA等许多概念。教師可设计一系列有难度梯度的问题，并采取知识纠错的形式重点突破。例如，翻译从mRNA的何处开始？如何认读遗传密码？密码子和反密码子的区别和联系是什么？

活动完成后，教师请学生展示并比较最终的蛋白质产物。学生能够发现德尔塔变异株的氨基酸序列中脯氨酸被替换成了精氨酸。教师给出资料：弗林切割位点的氨基酸链碱性越强，被弗林蛋白识别切割的效果越好（图2）。学生通过讨论，发现：精氨酸为碱性氨基酸，德尔塔变异株通过增加弗林切割位点的碱性增强自身传染性。设计意图：教师引导学生通过构建模型回顾遗传信息表达过程，创设层次性问题引发学生思考，有效挖掘了教材的课程资源。教师展示包含几个小错误的转录和翻译模型，学生查找并纠正以检验知识巩固程度，也为接下来“中心法则”的复习做好铺垫。

5.2.3 構建“中心法则”概念模型

通过对弗林切割位点序列的研究，学生对遗传信息的传递和表达有了深入的理解。教师可引导学生构建“中心法则”的概念体系，同时将知识汇总并以表格形式呈现（表1）。学生依据学历案，开展小组活动。组长进行合理分工和环节把控;查找员负责收集多方资料，并进行科学记录;书写员负责概念图（中心法则）的书写;发言员负责设计展示和结论阐述;评价员负责对其他组进行点评分析。教师通过教学助手上传学生成果，评价学生的表现。

设计意图：在模型建构活动中，学生用准确的图表、科学的术语表达自己的观点，提高了灵活运用概念和小组合作探究的能力，体现了学生的主体地位，实现了以学定教。

5.3 以模拟情境提升社会责任

教师引导学生以抗击疫情为话题展开讨论：如果你是相关领域科学家，面对疫情，可以做哪些研究？教师要求学生结合本节课知识点进行阐述。学生的主要观点包括：①研究新冠病毒结构和组分，并据此研制疫苗;②研究新冠肺炎的诊断手段，开发更精确的基因试剂盒;③根据新冠病毒特性，研制阻断药物。教师展示科学家在新冠病毒基因组测序、疫苗和检测试剂研发、药物和临床救治等方面的最新研究进展，对学生模拟科学家的行为给予了高度赞赏，鼓励学生努力学习，将来为社会作出贡献。

6 教学评价

考虑到学生个体差异和发展需求及本节课的教学特点，基于模型建构，教师从科学探究能力中的观察提问与方案实施及结果交流与讨论两个维度进行评价，采用自评（权重0.2）、互评（权重0.3）和师评（权重0.5）相结合的方式（表2）。

7 教学反馈

本节课用德尔塔变异株创设情境，通过研究弗林切割位点带领学生回顾旧知，突破重难点。本节课课堂预设主要采用了自主学习、合作探究、问题驱动、模型建构的教学形式，以及以学定教、主体评价的教学理念。从学生反馈来看，本次情境式教学实践大体达成了课程学习目标，复习效果较为理想。不过，教学实践中也出现了学习任务偏重、问题设置偏难、思维引导偏少等问题，教师还需要在日后的教学实践中进行调整和优化。

参考文献：

[1]崔允漷，王中男.学习如何发生：情境学习理论的诠释[J].教育科学研究，2012，（7）：28-32.

[2]王雅婷.创设问题情境提升生物学学科核心素养的二轮复习策略——以“艾滋病”专题为例[J].生物学教学，2019，44（5）：13-14.

[3]张志祥，王颖，赵沛荣.指向科学探究能力提升的表现性评价任务的设计——以“探究细胞膜的结构为例[J].中学生物教学，2019，（8）：17-20.

[4] M Hoffmann，H Kleine-Weber，S Schroeder et al.SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and isblocked by a clinically-proven protease inhibitor[J]. Cell， 2020，181（2）：271 - 280.