用核心概念構(gòu)建高三生物復(fù)習(xí)課

陶楊娟

摘 要 敘述了在新課程改革背景下，教師應(yīng)關(guān)注高考對(duì)學(xué)生的能力要求，穩(wěn)步提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。生物核心概念是學(xué)生學(xué)習(xí)生物的基礎(chǔ)，也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有機(jī)組成部分。并以抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的研制過程為教學(xué)情景，以基因工程的基本操作步驟為主線，將基因工程與DNA結(jié)構(gòu)、DNA功能、遺傳變異、細(xì)胞工程等內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來，凸顯“基因克隆”“重組DNA”“細(xì)胞克隆”和“克隆繁殖”等核心概念的構(gòu)建和學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞 基因工程 核心概念 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

高三復(fù)習(xí)課中，學(xué)生普遍存在這樣的問題：基礎(chǔ)知識(shí)比較扎實(shí)全面，但對(duì)一些綜合性較高的題目，卻不知道如何解答。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因之一是部分學(xué)生習(xí)得的生物學(xué)知識(shí)是碎片化的，當(dāng)他們將基礎(chǔ)知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的時(shí)候，就會(huì)暴露出欠缺的應(yīng)用能力。筆者嘗試在高三生物復(fù)習(xí)課中多次運(yùn)用核心概念組織教學(xué)，不僅可以加深學(xué)生對(duì)核心概念的理解，也可以幫助學(xué)生整合不同概念之間的聯(lián)系，學(xué)習(xí)效果較優(yōu)。下面以基因工程為例，介紹如何以核心概念為中心構(gòu)建高三生物復(fù)習(xí)課的有效策略。

“基因工程”專題為浙科版選修3第一章內(nèi)容，知識(shí)涉及面廣而深，既包括DNA結(jié)構(gòu)、功能和遺傳變異等必修2重點(diǎn)知識(shí)，又包括胚胎工程、細(xì)胞工程等選修3的重難點(diǎn)。這些都是高考的重點(diǎn)內(nèi)容。通過核心概念構(gòu)建基因工程專題的復(fù)習(xí)，既能達(dá)到使學(xué)生重組該專題分散知識(shí)點(diǎn)，又能起到對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化整合。

1 找準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，準(zhǔn)確連接

“基因工程”一節(jié)涉及到的核心概念比較多，教師可以基因工程基本操作步驟為主線，找準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)后再行連接。

教師在設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)方案時(shí)，可以問題驅(qū)動(dòng)的形式幫助學(xué)生回憶知識(shí)，即將陳述式的核心概念轉(zhuǎn)換成問題的形式，而這些問題的答案直接指向核心概念。例如，教師先向?qū)W生呈現(xiàn)抗除草劑大豆及以其為原料制成的大豆油圖片，并提出：“如何使大豆植株具有抗除草劑的特性？”這時(shí)，大多數(shù)學(xué)生會(huì)不假思索地將選修3中的基因工程基本操作的5個(gè)步驟背下來。教師可組織學(xué)生構(gòu)建基因工程基本操作程序，勾勒出大致框架，并追問：“如果對(duì)目的基因及其編碼的蛋白質(zhì)相關(guān)信息一概不知時(shí)，那么如何從矮牽?；蚪M中分離出抗除草劑基因？挑選出含有重組DNA分子的大豆細(xì)胞后，分別接種到各液體培養(yǎng)基中，如何檢測(cè)和鑒定目的基因是否成功表達(dá)？”多數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案可行性比較強(qiáng)：將一定濃度的除草劑加入到各培養(yǎng)液中，觀察細(xì)胞能否存活。第一個(gè)問題指向基因文庫(kù)的建立，蘊(yùn)含了基因克隆的思想。第二個(gè)問題指向基因表達(dá)的檢測(cè)，涉及到細(xì)胞克隆、DNA復(fù)制和基因表達(dá)的相關(guān)內(nèi)容。

然后，教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行核心概念的初步構(gòu)建（圖1）。

2 深度挖掘，整合擴(kuò)增

教師從已構(gòu)建的核心概念圖開始，一步步進(jìn)行擴(kuò)增，使分支越來越多，層次越來越深，內(nèi)容越來越豐富，經(jīng)過學(xué)生自己的加工整理，最終自主建立起完整的知識(shí)體系，有助于學(xué)生進(jìn)一步掌握知識(shí)，為拓展其思維打下良好基礎(chǔ)。教師繼續(xù)以問題驅(qū)動(dòng)形式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建完整的知識(shí)體系。

問題1：生產(chǎn)能抗除草劑的轉(zhuǎn)基因大豆例子中，目的基因、載體、受體細(xì)胞分別是什么？

學(xué)生通過回憶基因工程的基本步驟，便可得出“讓人們感興趣的基因在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定和高效地表達(dá)”的基因工程基本原理，并構(gòu)建重組DNA分子是基因工程的核心。此時(shí)，教師因勢(shì)利導(dǎo)，繼續(xù)追問。

問題2：目的基因能與載體連接起來的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？目的基因能在受體細(xì)胞中表達(dá)的原因又是什么？

這兩個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生的思維深入到分子水平，分析DNA分子的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)以及DNA分子復(fù)制和表達(dá)的相關(guān)原理和過程。學(xué)生從而領(lǐng)悟：DNA是生物主要遺傳物質(zhì)、DNA分子化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的確立以及遺傳信息傳遞方式的認(rèn)定是基因工程的理論基礎(chǔ)。教師可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)提問：磷酸和脫氧核糖交替連接排在DNA雙鏈中的什么位置？堿基處于什么位置？堿基之間的互補(bǔ)關(guān)系是什么？這一系列問題直接指向基因工程的3類工具——DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶和載體的作用和特點(diǎn)及它們對(duì)基因工程的意義，從而對(duì)核心概念進(jìn)行深化。

問題3：培育成的抗除草劑大豆植株的每個(gè)體細(xì)胞中都含有抗除草劑基因嗎？如果取抗除草劑大豆植株的根尖組織進(jìn)行組織培養(yǎng)，能獲得跟親本幾乎完全相同的抗除草劑大豆植株，為什么？為什么無性繁殖會(huì)有這樣的特點(diǎn)……

這樣，在教師不斷的追問下，學(xué)生的思維活動(dòng)便沿著“無性繁殖→有絲分裂→染色體→DNA→基因→遺傳信息”的路徑演練，教師再結(jié)合問題2對(duì)DNA結(jié)構(gòu)知識(shí)的深化鋪墊，提煉出以下核心概念：DNA是生物遺傳的功能單位；基因是控制生物性狀的功能單位；生物遺傳的實(shí)質(zhì)是遺傳信息的傳遞；遺傳信息以特定的核苷酸的排列順序表示；遺傳信息通過DNA分子復(fù)制在親、子代間進(jìn)行傳遞，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯在細(xì)胞或個(gè)體上得以表達(dá)。

問題4：篩選含目的基因的受體細(xì)胞和鑒定目的基因是否成功表達(dá)的常用方法有哪些？

前者常用的篩選方法有抗性基因插入失活選擇法、酶切與凝膠電泳結(jié)合法、探針雜交法等，教師向?qū)W生呈現(xiàn)DNA凝膠電泳圖，用質(zhì)粒圖譜和酶切圖解的形式向?qū)W生解釋DNA凝膠電泳圖條帶分布的原因，旨在訓(xùn)練學(xué)生獲取信息和綜合分析能力，加深對(duì)DNA結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的理解。后者常用的鑒定方法有免疫化學(xué)檢測(cè)法和個(gè)體水平檢測(cè)法等，教師要著重強(qiáng)調(diào)生物學(xué)中的結(jié)構(gòu)決定功能的辯證唯物主義觀，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)情感價(jià)值觀的升華。

問題5：培育抗除草劑大豆植株的過程中，涉及到哪些生物技術(shù)？如果是生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物呢？參照轉(zhuǎn)基因植物的生產(chǎn)流程圖，嘗試畫出生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的流程圖；解釋“植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以保持優(yōu)良品種遺傳特性”“動(dòng)物克隆繁殖需要進(jìn)行核移植”“基因工程能定向改變生物的遺傳性狀”的原因。

教師要求學(xué)生通過交流、評(píng)析得出轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)流程圖，并給予恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。該問題能夠?qū)W(xué)生對(duì)基因工程的認(rèn)識(shí)推向分子水平、細(xì)胞水平和個(gè)體水平，使其認(rèn)同基因是個(gè)體克隆和細(xì)胞克隆的分子學(xué)基礎(chǔ)。

3 知識(shí)遷移，綜合運(yùn)用

基因工程的應(yīng)用涉及到其他多種生物技術(shù)，故教師可在此處設(shè)置一些真實(shí)情境，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí)和技能嘗試解答，從而有效地訓(xùn)練和發(fā)展學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。

問題1：當(dāng)生產(chǎn)的抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆植株自交，后代是否都具有抗性？

問題2：將轉(zhuǎn)基因大豆體細(xì)胞培養(yǎng)成一植株，可能會(huì)發(fā)生基因突變嗎？

問題3：如果該植株發(fā)生了染色體數(shù)目變異，如何通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)？

上述3個(gè)問題，一方面可對(duì)核心概念網(wǎng)絡(luò)的再深化，基因工程過程中發(fā)生的有絲分裂和減數(shù)分裂與遺傳和變異都有著密切的聯(lián)系，更重要的是訓(xùn)練學(xué)生的知識(shí)遷移能力和辯證思維能力，如問題3中涉及到“觀察根尖細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容，旨在讓學(xué)生通過學(xué)以致用，領(lǐng)悟生物科學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。

4 歸納總結(jié)，提升認(rèn)識(shí)

通過以上復(fù)習(xí)，學(xué)生加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)及基本概念的理解和記憶，經(jīng)歷了以核心概念為中心的知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的遷移和靈活應(yīng)用。當(dāng)然這需要教師引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)知漸進(jìn)的視角去審視生物學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步歸納、概括，從而使學(xué)生形成更加上位的認(rèn)識(shí)，動(dòng)態(tài)生成本單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，促進(jìn)學(xué)生再審視下位的事實(shí)和現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化，解決實(shí)際問題。

5 教學(xué)反思

高三生物復(fù)習(xí)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞核心概念的構(gòu)建形成有體系、有層次的的知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，需要選取典型生物知識(shí)，設(shè)計(jì)有思考價(jià)值的問題來引導(dǎo)學(xué)生深入思考、積極反思，不斷提高生物知識(shí)的概括性水平，使學(xué)生體驗(yàn)其中所蘊(yùn)含的學(xué)科思想方法，最終以核心概念及學(xué)科觀念統(tǒng)領(lǐng)基礎(chǔ)知識(shí)。這一教學(xué)策略或許沒有立竿見影的復(fù)習(xí)效果，卻是提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、發(fā)展思維能力的必要條件，也是加強(qiáng)學(xué)生理解和記憶知識(shí)的重要方法。長(zhǎng)此以往，這一教學(xué)模式可以幫助教師從知識(shí)的束縛下解放出來，不必再為如何使學(xué)生記憶大量具體瑣碎的知識(shí)而絞盡腦汁。但這同時(shí)又把教師推上一個(gè)要求更高的平臺(tái)，那就是實(shí)施該教學(xué)模式要求教師有較高的生物學(xué)專業(yè)素養(yǎng)和穩(wěn)定的生物學(xué)基本觀念，否則引導(dǎo)學(xué)生之類就無從談起。因此以核心概念為中心的知識(shí)體系建構(gòu)教學(xué)在對(duì)教師提出更高專業(yè)要求的同時(shí)也促進(jìn)了教師專業(yè)素養(yǎng)的提高，有利于教師向?qū)＜倚?、學(xué)者型方向成長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

周然，蘇明學(xué)，劉爽.“基因工程的基本操作程序”的教學(xué)組織[J].生物學(xué)通報(bào)，2013，48（9）：25-28.