基于境脉学习的生物学微专题复习教学

摘要：本文以“基因表达的调控”微专题为例，选择高发病率、高死亡率的胃癌为情境，围绕胃癌的靶向治疗，设计连续、动态的境脉，引导学生在真实的问题解决过程中，形成对知识的整体认识，提升关键能力。以期提高生物学复习效率的同时，逐步落实生物学学科核心素养。

关键词：境脉学习；生物学；基因表达的调控

文章编号：1003-7586（2024）05-0009-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出生物学学科核心素养是学生在解决真实情境中的实际问题时，所表现出来的价值观、必备品格与关键能力。境脉（Context）一词，在英汉词典中的语义是上下文、语境、文脉，或者指人或事存在于其中的各种有关的情况、来龙去脉、背景、环境等。境脉的概念强调从“境”的多重性、复杂性走向“脉”的承接性和结构性。基于境脉学习的教学设计需要以知识境脉和认知境脉为基础，构建有意探究、有序互动和有效对话的情境主线。在高三生物学复习中，教师应从学情和考情出发，选取真实、适宜的情境和文本材料，构建知识境脉，使复习课更有趣、更高效。笔者选择微专题“基因表达的调控”，以“胃癌的靶向治疗”为主线，设计连续、动态的境脉，引导学生在真实情境中主动持续地获取、处理信息，解决不断涌现的问题，构建知识框架，提升关键能力，落实学科素养。本节课教学流程如图1所示。

1开启境脉：以本土科学家叙事，激发学习热情

教师展示胃癌现状资料，据此提出问题：你知道哪些治疗癌症的方法？引导学生从分析传统治疗方法的局限到提出靶向治疗，回顾单克隆抗体相关知识。制备胃癌相关的单克隆抗体，需要找到胃癌发展过程中起到关键作用的基因和蛋白质。紧接着，教师呈现我国科学家相关机理的科研成果简化图，并布置任务：从基因表达与性状的关系角度，写出COL5A1基因影响胃癌细胞转化、转移的过程（用文字和箭头表示）；从调控COL5A1基因表达的角度，提出靶向治疗思路。

学生独立思考后可以从图中获取如下信息：COL5A1转录出的mRNA结构不稳定，易被降解；NAT10蛋白能够对COL5A1 mRNA进行乙酰化修饰，从而提高COL5A1 mRNA的稳定性，使COL5A1蛋白表达增多，促进胃癌细胞的转化和转移。分析至此，学生可以轻松写出COL5A1基因影响胃癌细胞转化、转移的过程。通过小组合作交流，学生提出可以通过抑制NAT10蛋白的表达或抑制其活性，从而抑制COL5A1 mRNA的乙酰化修饰；可以利用DNA甲基化转移酶对COL5A1进行甲基化修饰；可以导人单链核酸与COL5A1 mRNA碱基互补配对等方式来实现治疗。

教师追问：大家提出的治疗方法是对COL5A1基因表达中哪一过程的调控？接着点出本节复习课的主题“基因表达的调控”。

设计意图：以真实情境“胃癌”的靶向治疗为切入点，激发学生的学习动机，提高其复习的积极性，同时作为主线式情境贯穿课堂始终。依托科研成果，旨在锻炼学生识记、理解机理图，以及运用已学知识解决问题的能力。以我国科学家的研究成果为材料，激发学生的民族自豪感。学生写出COL5A1基因影响胃癌细胞转化、转移的过程，就是复习基因的表达，理解基因表达与性状的关系等基础知识，构建知识框架的过程。让学生从调控COL5A1基因表达的角度提出治疗思路，帮助其在理解“遗传信息控制生物性状，并代代相传”概念的基础上形成“信息与调控”的生命观念，并基于此审视生物学相关事件，解决实际问题。

2纵深境脉：分析经典例题，提升关键能力

学生提出的胃癌靶向治疗思路，对应基因表达的不同调控方式：转录前水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平等。“RNA干扰”及“CRISPR/Cas9基因编辑技术”等技术既可以为实现胃癌的靶向治疗提供参照，其机理又是学习基因表达调控方式的好素材。因此，以这些技术机理为背景，教师通过呈现高考真题、命制题目等方式，让学生进行典例分析，复习基因的结构、基因的表达以及基因工程等知识，提高关键能力。下面以RNA干扰为背景的原创试题做详细阐释。

如下图所示，RNA干扰（RNAi）是由小分子RNA介导的一种抑制特殊基因表达的现象，起作用的有miRNA和siRNA。miRNA是由基因组内源DNA编码产生。siRNA主要来源于外来生物，例如宿主体内的病毒会产生异源双链RNA（dsRNA），dsRNA经过核酸酶Dicer的加工后成为siRNA。

（1）miRNA基因的基本组成单位是_______。完成①过程需要的条件有_______（至少答出两点），其产物能形成发夹结构（分子内双螺旋）是由于_______。（2）核酸酶Drosha和Dicer都可以切割RNA分子，催化_______键的水解，使前体RNA形成成熟RNA。比较成熟nuRNA和siRNA结构，二者都是_______。（3） miRNA和siRNA在细胞内都可以解链成单链，其中一条链可与一种RNA干扰的特异蛋白复合物结合，形成RNA诱导的沉默复合体（RISC）。过程③miRNA与目标mRNA之间不完全互补，进而导致_______终止，过程④RISC复合体中的siRNA与mRNA之间_______，最终导致mRNA被水解。（4）根据RNA干扰的机理，推测寄生在宿主体内的病毒形成siRNA的意义是_______。

设计意图：《中国高考评价体系》指出考试应以情境为载体。典例以RNA干扰机制为情境，让考生在真实的背景下发挥核心价值的引领作用，运用必备知识和关键能力去解决与生物学有关的实际问题，全面展现学生的学科核心素养水平。RNA干扰机理较为复杂，将其以非选择题的形式呈现。学生通过图文分析，掌握RNA干扰的两种作用机制，一种是抑制mRNA的翻译，另一种是触发基因编码的mRNA的降解，二者都是对基因表达过程中翻译水平的调控，从而影响蛋白质的合成，实现对生物性状的控制。题（1）、（2）、（3）按照机理图的流程呈现，引导学生逐步识图、分析图，提升提取信息和解题能力；内容上考查基因的组成、结构以及基因表达的过程和条件，注重基础性。生物学是研究生命现象和生命活动规律的科学，通过题（4）让学生认同科学技术的发展源于对生命世界的探索，形成结构与功能观。学生通过图文阅读，结合已有知识理解与分析，强化逻辑思维和生物学术语的科学表达能力。

3拓展境脉：技术迁移运用，培养探究能力

通过上一个教学环节对技术机理的学习思考，教师布置的任务：为了研究RNA干扰降低COL5A1基因表达，抑制胃癌细胞增殖，如何设计实验？教师点评学生观点后，紧接着呈现相关实验的操作和结果：科研人员用三种COL5A1 siRNA，分别与含脂质体的试剂混匀，静置一段时间后加入培养有胃癌细胞的6孔板，放入恒温培养箱培养。培养结束后，通过蛋白质电泳等技术检测COL5A1蛋白表达量和胃癌细胞增殖情况。教师布置任务：科研人员将COL5A1 siRNA和脂质体混匀的目的是什么？实验中以B-actin（一种细胞骨架蛋白）作为参照标准，排除或校准实验操作等无关变量对实验结果的影响，原因是什么？实验结果说明什么？

设计意图：在前面的教学环节中，学生从调控基因表达的角度提出了治疗思路，并学习了基于不同调控水平的技术机理。教师引导学生学以致用，设计实验验证想法，加深对单一变量原则等实验原则的理解。教师以图文形式呈现科研人员的实验操作和结果，学生独立思考、小组讨论后得出，将COL5A1 siRNA和脂赓体混匀，是用脂质体包裹COL5A1 siRNA，保护并把siRNA送入细胞内（通过胞吞进入细胞），而实验中以p-actin作为参照标准，是因为细胞骨架蛋白在不同细胞中的表达量相对稳定。

实验结果表明三种siRNA都能有效降低COL5A1在胃癌细胞中的表达，并使胃癌细胞的增殖能力降低，证实了RNA干扰技术在研究胃癌靶向治疗中具有一定的作用。以真实的实验情境为载体，发展学生设计实验、分析实验并对实验结果进行交流和讨论的能力，从而培养学生的科学探究素养。

4升华境脉：溯源研究成果，感悟社会责任

教师展示胃癌靶向治疗的研究成果：目前已有多种胃癌相关标志物被发现，2021年，我国自主研发的抗HER2（人表皮生长因子受体2）的单克隆抗体已获国家药品监督管理局批准并用于治疗，但是胃癌的主要治疗手段，也是目前能治愈胃癌的唯一方式是手术切除。

教师呈现患胃癌的高风险因素和幽门螺杆菌的传播途径，提问：人们如何远离胃癌？课堂进入尾声，让学生结合基因表达调控的不同方式，完善知识框架。

设计意图：胃癌的靶向治疗取得了一定的进展，让学生认同技术能够造福人类，但是技术不是万能的。学生通过分析患胃癌的高风险因素和幽门螺杆菌的传播途径，能够发现养成良好的饮食、生活习惯，具有体检早筛的意识才是最重要的。教师引导学生关注健康，崇尚健康文明的生活方式；鼓励学生运用所学的生物学知识向他人宣传关爱生命的观念和知识，成为健康中国的促进者和实践者。最后，学生通过修正与完善知识框架，构建完整的结构化概念体系。

5总结

境脉视角下的教学关键是要建立连续情境化的学习活动主线，高三复习需要学生提高综合能力，应以学生思维活动和科学探究活动为主要的学习活动方式。教学中选择真实的问题情境，收集、筛选、组织丰富的图文资料创设子情境，在子情境中布置具体任务，在环环相扣的问题解决过程中推动活动情境的发展。高三复习还需要回归基础，击中典型考点、高频错点，采用“微专题”的形式展开复习，具有“因微而准、因微而细、因微而深”等特点，也为复习课堂带来新的生机，提高学生复习的主动性和效率。

本节课基于胃癌的靶向治疗创设境脉，从高校教材、学术期刊、社会热点等方面获取素材，含有新颖、丰富的图文，以分析经典例题、小组合作学习等形式组织教学，引导学生在生命科学史的子情境中解决问题，充分调动学生思维的活跃性，提升信息获取、理解和处理的能力和解题能力。教学内容打破教材章节壁垒，提高复习的针对性和有效性，也有助于建立生物学知识的横向联系。教学过程中注重健康文明的生活方式和STS教育的渗透，有效促进了学生学科核心素养的培养。