用核心概念構(gòu)建高三生物學(xué)復(fù)習(xí)課

陶楊娟

摘 要 以抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的研究過程為教學(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 復(fù)習(xí)課

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

在高三復(fù)習(xí)課中，學(xué)生普遍存在這樣的問題：雖然學(xué)生的基礎(chǔ)知識比較扎實(shí)全面，但對一些綜合性較高的題目，學(xué)生就不知道該怎么回答。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)知識往往是碎片化的，當(dāng)他們將基礎(chǔ)知識轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的時候，就會顯現(xiàn)出應(yīng)用能力的欠缺。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第一章的內(nèi)容，知識涉及面廣而深，既包括DNA結(jié)構(gòu)、功能和遺傳變異等必修2重點(diǎn)知識，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)，既能對該專題分散知識點(diǎn)進(jìn)行重組，又能對重難點(diǎn)知識進(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，教師可以以基因工程基本操作步驟為主線，找準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)后再進(jìn)行連接。

教師在設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)方案時，可以以問題驅(qū)動的形式幫助學(xué)生回憶知識，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)抗除草劑大豆圖片及以其為原料制成的大豆油圖片，并提出問題：如何使大豆植株具有抗除草劑的特性？對這一個問題，大多數(shù)學(xué)生會不假思索地將選修3中的基因工程基本操作的5個步驟背下來，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。當(dāng)教師追問：“如果對目的基因及其編碼的蛋白質(zhì)相關(guān)信息一概不知時，那么如何從矮牽?；蚪M中分離出抗除草劑基因？”此問題指向基因文庫的建立，其中蘊(yùn)含了基因克隆的思想。教師繼續(xù)追問：“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。此問題指向基因表達(dá)的檢測，其中涉及到細(xì)胞克隆、DNA復(fù)制和基因表達(dá)的相關(guān)內(nèi)容。教師指導(dǎo)學(xué)生對本塊內(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)過加工整理，最終建立起完整的知識體系，有助于學(xué)生進(jìn)一步掌握知識，為拓展思維打下良好基礎(chǔ)。教師依然以問題驅(qū)動形式引導(dǎo)學(xué)生主動構(gòu)建。

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，構(gòu)建重組DNA分子是其核心。此時，教師因勢利導(dǎo)，繼續(xù)追問。

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，從而領(lǐng)悟到：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)提出子問題：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)系如何？這一系列問題直接指向基因工程的三類工具——DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶和載體的作用和特點(diǎn)及它們對基因工程的意義，從而對核心概念進(jìn)行深化。

③ 培育成的抗除草劑大豆植株的每個體細(xì)胞中都含有抗除草劑基因嗎？部分學(xué)生會陷入沉思。教師再追問：“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？”多數(shù)學(xué)生又會活躍起來回答：“因?yàn)橹参锝M織培養(yǎng)屬于無性繁殖?！苯處熢僮穯枴盀槭裁礋o性繁殖會有這樣的特點(diǎn)？”部分學(xué)生又會陷入沉思。這樣，在教師不斷地追問下，學(xué)生的思維活動便沿著“無性繁殖→有絲分裂→染色體→DNA→基因→遺傳信息”的路徑演練，結(jié)合問題2對DNA結(jié)構(gòu)知識的深化鋪墊，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)胞或個體上得以表達(dá)。

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？前者的篩選方法常用的有抗性基因插入失活選擇法、酶切法與凝膠電泳結(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)生獲取信息的能力和綜合分析能力，加深其對DNA結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的理解。后者的鑒定方法常用的有免疫化學(xué)檢測法和個體水平檢測法等，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，實(shí)現(xiàn)情感價值觀的升華。

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。教師對進(jìn)行評析、歸納并展示后，要求學(xué)生通過交流、評析得出轉(zhuǎn)基因動物的生產(chǎn)流程圖。該問題能夠?qū)W(xué)生對基因工程的認(rèn)識推向分子水平、細(xì)胞水平和個體水平，使其認(rèn)同基因是個體克隆和細(xì)胞克隆的分子學(xué)基礎(chǔ)。

3 知識遷移，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。

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？

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

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個問題，一方面可對核心概念網(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)生學(xué)以致用，領(lǐng)悟生物科學(xué)的應(yīng)用價值。

4 歸納總結(jié)，提升認(rèn)識

通過以上復(fù)習(xí)，學(xué)生加深了對基礎(chǔ)知識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結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)了知識的遷移和靈活應(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，進(jìn)一步歸納、概括，從而形成更加上位的認(rèn)識，動態(tài)生成本單元的知識結(jié)構(gòu)框架，反過來再審視下位的事實(shí)和現(xiàn)象，促進(jìn)知識向能力的轉(zhuǎn)化，解決實(shí)際問題。

5 課后實(shí)踐反思

教師在高三生物復(fù)習(xí)課中引導(dǎo)學(xué)生圍繞核心概念的構(gòu)建，形成有體系、有層次的知識結(jié)構(gòu)框架，需要教師選取典型生物知識，設(shè)計(jì)有思考價值的問題來引導(dǎo)學(xué)生深入思考、積極反思，不斷提高學(xué)生概括生物知識的水平，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。這一教學(xué)策略或許沒有立竿見影的復(fù)習(xí)效果，但卻是提升學(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)生理解和記憶知識的重要方法。長此以往，這一教學(xué)模式可以幫助教師從知識的束縛下解放出來，教師不必再為如何使學(xué)生記憶大量具體瑣碎的知識而絞盡腦汁。但這同時又把教師推上一個要求更高的平臺，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)和正確的生物學(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體系建構(gòu)教學(xué)在對教師提出更高專業(yè)要求的同時也促進(jìn)了教師專業(yè)素養(yǎng)的提高，有利于教師向?qū)＜倚汀W(xué)者型方向發(fā)展。

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，2013，48（9）：25-28.