PBL教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用
——以“基因工程及其應(yīng)用”為例

范慧玲 劉 飛

（淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 安徽淮北 235000）

隨著社會的發(fā)展，社會對個人能力和素質(zhì)的要求逐漸變得嚴(yán)苛，相應(yīng)的未來的教育也更加趨向于培養(yǎng)人的核心素養(yǎng)[1]。為了適應(yīng)新時代的要求，“核心素養(yǎng)為宗旨，教學(xué)過程重實(shí)踐”的教學(xué)理念在教育部頒布的新課標(biāo)（2017 年版）中明顯強(qiáng)調(diào)[2]。而PBL 教學(xué)模式與新課標(biāo)改革的宗旨相同，它是一種以問題為學(xué)習(xí)導(dǎo)向的新型教學(xué)模式，主要通過團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)和小組協(xié)作的方式來發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)[3]。但是目前PBL 在高中生物教學(xué)方面的研究較少，并且在教學(xué)中尚未得到推廣[4]，所以本文以“基因工程及其應(yīng)用”為例，將PBL 教學(xué)法有效地應(yīng)用到高中生物教學(xué)中，一方面能夠引發(fā)教師對新教學(xué)方法的思考，幫助生物教師更好地掌握新的教學(xué)方法，彌補(bǔ)PBL 教學(xué)模式在高中生物教學(xué)方面的研究不足；另一方面能夠提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與度，活躍其思維，滿足新課標(biāo)對學(xué)生生物核心素養(yǎng)養(yǎng)成的要求。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教材分析

“基因工程及其應(yīng)用”選自人教版 《生物.必修2.遺傳與進(jìn)化》 第6 章第2 節(jié)。本節(jié)首先論述基因工程的原理，讓學(xué)生對基因工程有一個大體的掌握；然后聯(lián)系生活相關(guān)的實(shí)例介紹了基因工程的應(yīng)用；最后討論了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。由于在以后的選修教材中還會繼續(xù)深入學(xué)習(xí)基因工程的相關(guān)知識，因此本節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)基因工程相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)，主要的概念容易被學(xué)生接受和掌握。

（二）學(xué)情分析

本節(jié)課的授課對象是已經(jīng)掌握了遺傳與變異基本原理的高二學(xué)生，他們對于微觀知識已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)。但是基因工程的操作水平無法用肉眼直接觀察，因此給抽象思維能力較弱的同學(xué)造成一定程度的學(xué)習(xí)困難。在本節(jié)課中運(yùn)用PBL 教學(xué)法能夠很好地讓學(xué)生在自主探究的過程中化抽象為具體，幫助學(xué)生更好地將外顯性知識整合為內(nèi)顯性知識。

（三）教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：①基因工程的基本原理 ；②基因工程操作的工具及其特點(diǎn) ；③基因工程的基本操作步驟及其應(yīng)用。

教學(xué)難點(diǎn)：①基因工程的基本原理：②基因工程的應(yīng)用及其安全性。

（四）教學(xué)目標(biāo)

核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該結(jié)合課程特點(diǎn)致力于人的全面發(fā)展。

①獲得基因工程相關(guān)的基礎(chǔ)知識；②正確選擇與使用和基因工程相關(guān)的工具；③具備一定的收集、鑒別信息的能力；④形成正確的自然觀和科學(xué)觀，初步學(xué)會用所學(xué)的知識解決生活中的實(shí)際問題；⑤了解我國基因工程發(fā)展現(xiàn)狀，養(yǎng)成關(guān)注生活與社會的人文精神。

（五）課前準(zhǔn)備

教師準(zhǔn)備：提前準(zhǔn)備本堂課所要用到的課件和教具，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況對學(xué)生進(jìn)行分組。

學(xué)生準(zhǔn)備：根據(jù)自己的興趣和需要收集關(guān)于基因工程的相關(guān)資料，并提前預(yù)習(xí)課本。

二、教學(xué)過程

（一）設(shè)置問題情境，導(dǎo)入新課

教師活動一：展示大腸桿菌產(chǎn)生胰島素的圖片，并提出問題：為什么人的胰島素可以由微生物產(chǎn)生？

學(xué)生活動一：思考與討論問題，明白通過基因工程等操作手段可以實(shí)現(xiàn)大腸桿菌產(chǎn)生胰島素，同時總結(jié)出基因工程的概念。

設(shè)計(jì)意圖：胰島素治療糖尿病是社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題，以此來設(shè)置問題，可以引起學(xué)生對問題的關(guān)注，讓他們對課堂教學(xué)充滿新奇感，從而激發(fā)學(xué)生的探索欲。

（二）角色扮演，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度

教師活動二：根據(jù)基因工程概念可知這項(xiàng)工作是在DNA分子水平上進(jìn)行的操作，提出問題：假如你是參與這項(xiàng)工作一名研究者，你會采用什么工具呢？

學(xué)生活動二：預(yù)習(xí)課本，明確基因工程采用的三種工具名稱。

設(shè)計(jì)意圖：通過轉(zhuǎn)換角色使課堂在情境中擴(kuò)大，改變學(xué)生以前被動學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中有效地提升生物核心素養(yǎng)。

（三）合理運(yùn)用教具，積極實(shí)踐探究

教師活動三：多媒體展示限制性核酸內(nèi)切酶作用的動態(tài)過程，讓小組學(xué)生利用提前準(zhǔn)備好的具有DNA 序列的卡片剪切出目的基因，并提問：①用限制酶切割后形成了什么？有什么特點(diǎn)？②同一種限制酶切斷的兩個DNA 產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)相同嗎？如果用不同的限制酶呢？

學(xué)生活動三：通過動手實(shí)踐操作與討論問題，小組總結(jié)限制酶的作用特點(diǎn)與作用機(jī)理并派代表回答。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在觀察與討論中解決問題，能夠有效地增強(qiáng)學(xué)生的理性思維能力和科研探究能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活中能夠利用科學(xué)的思維方法認(rèn)識新的事物。

教師活動四：補(bǔ)充提問：①被切割后的卡片如何填補(bǔ)完整呢？②在基因工程中，被限制酶切割后并能夠進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的DNA 鏈完整嗎？如果不完整，DNA 鏈的缺口是如何縫合的呢？

學(xué)生活動四：通過縫合卡片的過程舉一反三，了解DNA連接酶的作用結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：由具體到抽象，加深學(xué)生對DNA 連接酶的了解。通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中常見的現(xiàn)象來獲取相應(yīng)的生物學(xué)知識，讓學(xué)生明白生物就在身邊，讓學(xué)生樹立自然社會和諧統(tǒng)一的可持續(xù)觀點(diǎn)。

（四）溫故知新，提煉升華

教師活動五：根據(jù)學(xué)生回答提問：①DNA 連接酶作用部位在哪？作用結(jié)果是什么？②與DNA 連接酶名字易混淆的一種酶叫什么呢？它們在功能上有什么異同？

學(xué)生活動五：積極思考二者之間的差異并派代表闡述思考過程。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生根據(jù)已有的知識經(jīng)驗(yàn)去學(xué)習(xí)探索新知，發(fā)揮學(xué)生主體作用的同時也能夠增強(qiáng)學(xué)生歸納總結(jié)的能力。

（五）展示資料，引導(dǎo)學(xué)習(xí)運(yùn)載體。

教師活動六：資料展示：①運(yùn)載體比較的圖片；②大腸桿菌pBR322 質(zhì)粒的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；③冬蟲夏草是冬蟲夏草菌寄生于蝠蛾幼蟲形成的。提出問題讓學(xué)生思考：①通過對比能夠找出實(shí)驗(yàn)室最常用的運(yùn)載體是哪些嗎？為什么最常用的大腸桿菌質(zhì)粒是pBR322 質(zhì)粒？②目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中依靠什么工具呢？③寄生通常對宿主有害，運(yùn)載體對受體細(xì)胞有傷害嗎?

學(xué)生活動六：對問題進(jìn)行思考，并小組討論總結(jié)出運(yùn)載體的必備條件：①對受體細(xì)胞無害；②有一個或者多個切割位點(diǎn)；③有遺傳標(biāo)記基因。

設(shè)計(jì)意圖：通過展示符合學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的科學(xué)事實(shí)讓學(xué)生對新知識進(jìn)行自主歸納，體現(xiàn)知識的發(fā)生過程，從中鍛煉學(xué)生的推理歸納能力，讓學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)和生活中用生物學(xué)知識去解釋生活實(shí)際問題。

（六）課堂總結(jié)，鞏固新知

教師活動三：讓學(xué)生在卡片活動的基礎(chǔ)上繪制大腸桿菌產(chǎn)生胰島素的模式圖。

學(xué)生活動三：小組經(jīng)過認(rèn)真的思考與討論，繪制出模式圖。

設(shè)計(jì)意圖：小組之間學(xué)生的學(xué)習(xí)程度差異較大，學(xué)生之間的交互活動使各種想法匯集，有利于學(xué)生更快達(dá)到最近發(fā)展區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生程度達(dá)到基本平衡。學(xué)生通過合作實(shí)現(xiàn)任務(wù)的完成，能夠體驗(yàn)到成就感獲得愉悅感，從而實(shí)現(xiàn)智力因素和非智力因素的和諧發(fā)展。

（七）課堂延伸——關(guān)注社會熱點(diǎn)聯(lián)系生活實(shí)際。

教師活動三：資料展示案例：①轉(zhuǎn)基因抗蟲棉；②抗病毒煙草植株；③免疫艾滋病的基因編輯嬰兒。讓學(xué)生辯論轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因生物的安全性。

學(xué)生活動三：各抒己見，進(jìn)行開放式辯論

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在探索轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因生物安全性這個問題的過程中，將自然而然地體會到科技造福人類的重要性，幫助學(xué)生形成造福人類的態(tài)度和價值觀，在以后的學(xué)習(xí)與生活中能夠積極地運(yùn)用生物學(xué)的知識和方法去參與社會議題并作出理性判斷。

三、教學(xué)反思

（一）允許學(xué)生各抒己見

PBL 模式下的生物教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)最顯著的不同在于需要給學(xué)生提供需要解決的問題，讓學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體有目的地去收集資料、不斷思考然后小組討論解決問題。這就可能出現(xiàn)各種意見的激烈碰撞和沖突，因此在教學(xué)中教師應(yīng)鼓勵學(xué)生各抒己見，允許學(xué)生嘗試用各種行之有效的方法探尋真理，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神。

（二）給予教師和學(xué)生足夠時間與空間

生物學(xué)是開放性很強(qiáng)的學(xué)科，在高中生物教學(xué)中想要將PBL 教學(xué)法運(yùn)用到極致，這對教師和學(xué)生的要求較高，需要教師花費(fèi)很多時間和精力備課，需要學(xué)生抽出有效的時間對問題進(jìn)行思考和研究。然而現(xiàn)在施行的教學(xué)制度是班級授課制，大班課導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)情況參差不齊，教師對每位學(xué)生進(jìn)行全面的點(diǎn)評有一定的難度，也無法全面接收到學(xué)生在學(xué)習(xí)中的問題反饋。因此PBL 模式的早日普及需要國家和社會一起努力。