单元视域下“基因的表达”复习教学

葛方金 钟媛芳

(四川省自贡市蜀光中学)

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》提出“核心素养为宗旨” “内容聚集大概念”,这就要求教师在复习的过程中,打破节与节之间的界限,进行单元内容整体设计,让教材中以学科逻辑为主线的内容单元演变为以学生学习逻辑为主线的学习单元,将素养目标、课时、情境、任务、知识点等要素按某种需求和规范组织起来,形成一个有结构的整体,促进学生深度学习,提高复习效率。笔者以“基因的表达”为例,对单元复习教学策略进行了研究。

1.以目标统领单元教学任务

教学目标是教学活动主体在具体教学活动中所要达到的预期学习效果,它是教学内容的纲领性要点,是教学活动的指南性指标,是教学结果的评价标准。因此,根据课程标准、单元学习主题和学生素养发展的现状、空间与障碍,制订合适的单元学习目标可统领单元教学任务。

“基因的表达”包括“基因指导蛋白质的合成” “基因对性状的控制”等内容,通过本单元内容的复习要形成“DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,生物的性状主要通过蛋白质表现”的概念。本单元由遗传信息的转录,遗传信息的翻译,中心法则的提出及其发展和基因、蛋白质与性状的关系四大教学任务组成,据此,笔者以“抗虫棉如何表现出抗虫性状”为主题,制订了如下单元复习目标:

①通过阅读教材63～65页、分析教材65页图4-4,构建BT抗虫蛋白基因转录的概念模型,理解遗传信息的转录。

②通过阅读教材66～68页、分析教材66页图4-7,阐述BT抗虫蛋白基因翻译的过程,理解遗传信息的翻译。

③通过资料分析、模型建构和分析与比较,理解中心法则。

④通过资料分析、模型建构,理解基因、蛋白质与性状的关系。

⑤关注抗虫棉的种植这一社会议题,评价其在生态环境保护上的意义及可能的危害。

以上教学目标包含学习内容、学生活动和评价标准三个基本要素,以学科核心内容为载体指向生物学学科核心素养的发展,用学生活动将素养各维度的发展有机整合在一起,在教学目标统领下,实现单元复习“教-学-评”的一致性。

2.用主线式情境串联单元内容

情境认知理论认为,学习的终极目标是要将自己置于知识产生的特定情境中,通过积极参与具体情境中的社会实践来获取知识、建构意义并解决问题。通过设计生活实践情境和学习探究情境,将情境作为任务创设和基本知识能力运用的载体,以主线式情境串连起单元学习内容,让单元内容成为有内在逻辑关系的一系列学习材料,使深度学习真正发生。

在“基因的表达”单元复习中笔者创设如下主线式情境:

大情境:科学家通过基因工程技术将苏云金芽孢杆菌的BT抗虫基因转入普通棉花细胞中,BT抗虫基因指导合成BT抗虫蛋白,培育出具有抗虫性状的抗虫棉。

小情境1:BT抗虫基因的部分碱基序列如图1,其转录形成的mRNA部分碱基序列如图2。

图1 BT抗虫基因的部分碱基序列

图2 Bt抗虫基因转录的mRNA部分碱基序列

小情境2:BT抗虫基因转录形成mRNA,翻译为BT抗虫蛋白过程中,遗传信息怎样传递的?

小情境3:抗虫棉中BT抗虫蛋白基因通过什么方式控制抗虫性状?

以“科学家培育的抗虫棉表现出抗虫性”为大情境,通过小情境1、2、3串联单元内容:遗传信息的转录,翻译,中心法则,基因、蛋白质与性状的关系。合适的问题情境是培养学生能力、发展核心素养的载体。以嵌入核心问题的主线式情境统领课堂学习,可使学生的知识结构化,促进学生深刻理解和灵活运用基因表达的知识,让学生的学习更有意义。

3.创设学习活动突破单元重难点

学习活动是指学生以及与之相关的学习群体(包括同学和教师等)为了完成特定的学习目标而进行一系列操作的总和。学习活动是达成学习目标的重要载体,针对单元复习的核心问题和任务,依据主线式情境创设一系列具有内在逻辑关系的学习活动,可帮助学生突破单元的重点和难点,发展学生的学科核心素养。

在“基因的表达”单元复习中,据上述主线情境,创设如下学习活动:

活动1:阅读教材64～68页,自主复习,完成以下任务表:RNA的结构和功能(表1),密码子和反密码子的比较(表2)及DNA复制、转录和翻译比较(表3)。

表1 RNA的结构与功能

表2 密码子与反密码子的比较

表3 DNA复制、转录和翻译比较

活动2:构建BT抗虫基因转录的概念模型,理解遗传信息的转录。

据小情境1完成以下两个问题:

(1)BT抗虫基因的哪一条链是转录的模板?BT抗虫基因所在染色体上的所有基因转录的模板链相同吗?该染色体上的所有基因都会随BT抗虫基因一同转录吗?

(2)用文字和箭头的形式表示出基因转录的具体步骤(图3)。

图3 基因转录的步骤

活动3:阐述BT抗虫蛋白基因翻译的过程,理解遗传信息的翻译。

在上述活动完成的基础上,学生回答并阐释:

(1)对照密码子表,写出小情境1图2所示mRNA编码的氨基酸序列(结果见图4)。

(2)阅读教材66～68页、分析教材图4-7,描述BT抗虫蛋白基因翻译的过程。

图4 BT抗虫蛋白的部分氨基酸序列

(3)一个mRNA分子上结合多个核糖体,同时合成多条肽链。这些肽链的氨基酸序列是否相同?这样的生理过程有何意义?

活动4:据小情境2用文字和箭头构建BT抗虫基因复制、转录形成mRNA和翻译为BT抗虫蛋白过程中遗传信息传递的概念模型,并根据肠道病毒EV-71的遗传信息流动(图5)和HIV的遗传信息流动(图6)对中心法则进行补充和完善,理解中心法则及其发展。

图6 HIV的遗传信息流动

活动5:分析资料、建构模型,理解基因、蛋白质与性状的关系。

依据小情境3用文字和箭头构建抗虫棉中BT抗虫蛋白基因控制抗虫性状的概念模型,回答除此之外基因还可以通过什么方式来控制生物的性状?

人体内苯丙氨酸的代谢途径如图7所示,请回答:①哪些基因与白化病有关?②哪个基因既与白化病有关,又与尿黑酸症有关?③人体内苯丙氨酸的代谢途径说明基因与性状的关系是怎样的?

图7 人体内苯丙氨酸的代谢途径

阅读教材75页“思维训练”,分析说明基因与性状的关系是怎样的?

通过设置活动1夯实遗传信息转录和翻译的基础知识,活动2和活动3突破单元重难点:转录与翻译的过程,活动4和活动5使学生深度理解基因与基因、基因与基因产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,精细地调控着生物体的性状。通过设计指向学生学科核心素养发展的学习活动,引发学生的认知加工和思维,发展生命的物质观和信息观,训练学生归纳与概括、模型与建模、演绎与推理以及批判性思维,培养分析实验结果得出实验结论的科学探究能力。

4.通过评价强化单元知识迁移应用

通过评价诊断学生学习任务的完成度、检测复习目标的达成度,在评价中关注学生对概念的理解和融会贯通,强化对知识的迁移应用,促进学生生物学学科核心素养的发展。

本单元复习中设计下列评价任务(图8)。

图8 “基因表达”单元复习评价

过程性评价和结果性评价相结合,让评价贯穿教学的全过程,使评价成为教学活动的有机组成,帮助学生构建和深刻理解“DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成,生物的性状主要通过蛋白质表现”这一重要概念,强化单元知识的迁移和应用,训练学生比较与概括、分析与综合、模型与建模等科学思维,发展学生关注社会重要议题的责任意识。

5.评析社会议题彰显单元育人价值

《课程标准》指出:学生应能够以造福人类的态度和价值观,积极运用生物学的知识和方法,关注社会议题,参与讨论并作出理性解释,解决现实生产生活问题。在本单元复习教学中,要求学生运用所学生物学知识对抗虫棉的种植在生态环境保护上的意义和危害作出评析。如学生经讨论后认为:

意义:①减少农药施用量,降低生产成本。②减轻环境污染。

危害:①抗虫基因的存在可能会干扰棉花细胞内基因的表达,影响棉花的正常生命活动。②抗虫棉的种植,除对害虫有毒外,可能会对环境中其他生物产生不利影响甚至致其死亡,使生物多样性下降。③抗虫棉的抗虫基因可能通过杂交转移到近缘野生种,造成基因污染,破坏生态平衡。

在评析“抗虫棉种植的利与弊”这一社会议题的过程中,学生充分调动知识储备,积极思考,科学思辨,培养了学生的辩证思维,落实“参与社会议题讨论并作出理性解释”的社会责任,指向立德树人这一根本任务,实现课程思政,彰显了单元独特的育人价值。