用真題教學(xué) 設(shè)真實(shí)情境 提備考質(zhì)量
——以“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”復(fù)習(xí)課為例

廣西

高考真題質(zhì)量高，對高中教學(xué)、備考具有極大的指導(dǎo)意義，已成為學(xué)科教師教學(xué)和備考時重要的備課和訓(xùn)練材料。除了將真題通過練習(xí)的形式直接下發(fā)給學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練外，筆者嘗試將高考真題嵌入高考備考復(fù)習(xí)課中，用以設(shè)置情境和細(xì)化考點(diǎn)。本文以選修3“基因工程”專題的“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”為例進(jìn)行分析。

1.考點(diǎn)分析

基因工程是高中生物人教版選修3《現(xiàn)代生物科技專題》的第一個專題，是選修3 的重要概念之一，由于此部分內(nèi)容抽象、概念多、學(xué)生理解難度大，因此是選修3 的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。該內(nèi)容在《普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱》（以下簡稱《考試大綱》）中包括基因工程的誕生、基因工程的原理及技術(shù)（含PCR 技術(shù)）、基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程4 個考點(diǎn)，其中基因工程的應(yīng)用、基因工程的原理及技術(shù)（含PCR 技術(shù)）為Ⅱ級要求，要求學(xué)生能理解所列知識和其他相關(guān)知識之間的聯(lián)系和區(qū)別，并能在較復(fù)雜的情境中綜合運(yùn)用其進(jìn)行分析、判斷、推理和評價。

基因工程的核心是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，本節(jié)復(fù)習(xí)課選取該核心操作步驟進(jìn)行專項復(fù)習(xí)。在進(jìn)行該部分復(fù)習(xí)的同時，可將與之相關(guān)的DNA 重組技術(shù)基本工具中的限制酶、載體等內(nèi)容有機(jī)整合。筆者認(rèn)為，本節(jié)課需要學(xué)生解決的問題有：

①什么是載體？載體需要滿足哪些條件？

②有哪些符合條件的載體？如何根據(jù)需要選擇合適的載體？

③限制性核酸內(nèi)切酶的作用是什么？如何根據(jù)需要選擇合適的限制酶？

④基因表達(dá)載體由哪幾部分構(gòu)成？各部分分別有什么作用？

⑤如何構(gòu)建“合格”的基因表達(dá)載體？

2.考情分析

基因工程在高考試題中出現(xiàn)頻次高，例如2019 年全國卷Ⅰ第38 題、2018 年全國卷Ⅰ第38 題、2017 年全國卷Ⅰ第38 題、2016 年全國卷Ⅰ第40 題的考查內(nèi)容均為基因工程。

從基因工程的試題內(nèi)容看，基因工程考查的內(nèi)容已經(jīng)由過去強(qiáng)調(diào)對知識點(diǎn)的記憶改為強(qiáng)調(diào)在具體而真實(shí)的情境下解決問題，大題題干中信息少但設(shè)問中信息豐富，且不同設(shè)問信息間相對獨(dú)立，問題設(shè)置靈活，問題呈現(xiàn)形式包含文字、結(jié)構(gòu)圖、流程圖，問題內(nèi)容不僅關(guān)注“是什么”，更強(qiáng)調(diào)“為什么”，突出了對學(xué)生科學(xué)思維這一學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，同時還體現(xiàn)了對學(xué)生理解能力、獲取信息的能力和綜合運(yùn)用能力的考查。

3.學(xué)情分析

要完全掌握基因表達(dá)載體，必須明確載體的各個組件及其位置。通過高二年級的學(xué)習(xí)，學(xué)生對“基因工程”的理論知識已有所掌握，大部分學(xué)生能說出載體的種類、作為載體的條件、基因表達(dá)載體的基本組件，但對于載體的選擇，啟動子、目的基因、終止子、標(biāo)記基因這四個組件的位置關(guān)系和功能并不是很明確，同時未建立起完整的知識框架，也缺乏對知識的轉(zhuǎn)化和解決問題的訓(xùn)練。教師可通過建立新情境，拋出需要解決的問題。

4.用真題教學(xué)

筆者從近年高考試題選出相關(guān)試題，構(gòu)建具體而真實(shí)的情境，詳細(xì)分析基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，以試題的解決，帶動問題的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)對知識的再認(rèn)識、再挖掘。

結(jié)合對本節(jié)考點(diǎn)的分析，可將本節(jié)內(nèi)容細(xì)化為4 個知識板塊：為什么要構(gòu)建基因表達(dá)載體，如何選擇載體，如何選擇限制酶，如何選擇基因表達(dá)載體。

4.1 為什么要構(gòu)建基因表達(dá)載體

4.1.1 設(shè)計意圖

教學(xué)中，要讓學(xué)生明白目的基因需要在宿主細(xì)胞中完成表達(dá)、在基因表達(dá)載體中發(fā)揮作用，需要其他控制元件的參與。通過復(fù)習(xí)，讓學(xué)生能說出載體需要具備的條件、基因表達(dá)載體的組成部分以及各部分的作用。

4.1.2 選擇試題設(shè)置情境

【試題】（2017 年，全國卷Ⅱ，第38 題節(jié)選）（題干略）（3）若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是_______（答出兩點(diǎn)即可）。

【答案】目的基因無復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無表達(dá)所需啟動子（答出兩點(diǎn)即可）

通過此問題的解決，學(xué)生可理解載體在構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程中的重要性，明確載體須有一個至多個限制酶切割位點(diǎn)，能在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到染色體DNA上隨染色體DNA 進(jìn)行同步復(fù)制，且含有多個標(biāo)記基因。滿足這些條件的載體在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有復(fù)制原點(diǎn)等。

4.2 如何選擇載體

4.2.1 設(shè)計意圖

教學(xué)中，在學(xué)生理解構(gòu)建基因表達(dá)載體的重要性后，需要學(xué)生進(jìn)一步知道載體的種類有哪些，選擇載體時需要考慮哪些因素。

4.2.2 選擇試題設(shè)置情境

【試題】（2017 年，全國卷Ⅰ，第38 題節(jié)選）（題干略）（2）若用家蠶作為表達(dá)基因A 的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用____________作為載體，其原因是________________________________。

【答案】噬菌體 噬菌體的宿主是細(xì)菌，而不是家蠶

通過此問題的解決，學(xué)生理解了載體的種類有質(zhì)粒、λ 噬菌體的衍生物、動植物病毒。在選擇載體時，需要根據(jù)宿主細(xì)胞的種類和性質(zhì)，選擇合適的載體種類。

4.3 如何選擇限制酶

4.3.1 設(shè)計意圖

在選擇正確的載體后，需要將目的基因和載體連接，才能將重組DNA 導(dǎo)入受體細(xì)胞，該過程需要限制性核酸內(nèi)切酶的參與。學(xué)生要知道限制性核酸內(nèi)切酶的來源、作用及原理，同時還需要學(xué)生能根據(jù)目的基因和載體的堿基序列（具體的應(yīng)用情境）選擇符合條件的限制酶種類。

4.3.2 選擇試題設(shè)置情境

【試題1】（2016 年，全國卷Ⅲ，第40 題改編）請從圖1 中選用兩種限制酶連接目的基因與質(zhì)粒，并說明理由。

圖1

【答案】選擇BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ，原因是BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端。

通過對此問題的分析，學(xué)生加深理解了限制性核酸內(nèi)切酶的“識別”（識別特定的核苷酸序列）和“斷鍵”（使特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開）作用。明確了在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，需要用到限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割，從而獲得相同的黏性末端。實(shí)際操作中，可選擇同種限制酶切割，也可選擇不同種限制酶切割。

【試題2】用圖2 中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用哪兩種限制酶切割？

圖2

【答案】選擇Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ。

此問題是在學(xué)生理解了“要使目的基因和載體連接需要通過限制酶產(chǎn)生相同的黏性末端”的基礎(chǔ)上設(shè)置的。通過分析此問題，學(xué)生能加深理解基因表達(dá)載體的構(gòu)成包括啟動子、終止子、目的基因和標(biāo)記基因等，理解啟動子能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄為mRNA，終止子能使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停止下來，標(biāo)記基因能鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，進(jìn)而篩選出含有目的基因的細(xì)胞。只有保證上述序列的完整性才能夠使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，能在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)。

4.4 如何選擇基因表達(dá)載體

4.4.1 設(shè)計意圖

學(xué)生在理解如何構(gòu)建基因表達(dá)載體的基礎(chǔ)上，還需要從重組DNA 分子的結(jié)構(gòu)是否完整、能否起到鑒別篩選的作用、能否在宿主細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)等方面思考能否滿足實(shí)驗(yàn)需要。

4.4.2 選擇試題設(shè)置情境

【試題】（2016 年，全國卷Ⅲ，第40 題改編）某人利用圖3 中（b）所示的表達(dá)載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖3 中（c）所示。請選擇合適的重組子，并說明原因。

圖3

【答案】選擇的重組子是乙，因?yàn)榧字心康幕虿迦朐趩幼拥纳嫌?，丙中目的基因插入在終止子的下游，二者的目的基因均不能被轉(zhuǎn)錄。

此問題是在學(xué)生已經(jīng)理解基因表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)置的，旨在幫助學(xué)生進(jìn)一步理解基因表達(dá)載體應(yīng)有完整的目的基因和至少一個完整的標(biāo)記基因，同時明確了基因表達(dá)載體和復(fù)制原點(diǎn)，且目的基因必須位于啟動子和終止子之間才能完成表達(dá)。

上述5 個試題，按照為什么要構(gòu)建基因表達(dá)載體、如何選擇合適的限制酶構(gòu)建基因表達(dá)載體、怎樣才是“合格”的基因表達(dá)載體的設(shè)計思路，將DNA 重組技術(shù)的基本工具、基因工程的基本操作程序兩節(jié)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，借助高考真題設(shè)置真實(shí)的情境，學(xué)生通過解決真實(shí)情境的問題，基本能掌握構(gòu)建基因表達(dá)載體的過程、條件和需要注意的問題。

5.教學(xué)感悟

本節(jié)復(fù)習(xí)課，結(jié)合深度學(xué)習(xí)理論，以構(gòu)建基因表達(dá)載體為目標(biāo)，從為什么要構(gòu)建、如何構(gòu)建、如何篩選三個角度出發(fā)，層層推進(jìn)，通過結(jié)合模式圖和結(jié)構(gòu)圖設(shè)置問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，由淺入深鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，突破復(fù)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。通過圍繞核心操作步驟，以高考真題設(shè)置真實(shí)且具體的情境，讓學(xué)生有機(jī)會運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題，做出科學(xué)理性的判斷，樹立起社會責(zé)任；同時在這個過程中，學(xué)生可重新深入認(rèn)識基因工程中涉及的多個概念，建立相互之間的聯(lián)系，構(gòu)建知識框架，進(jìn)而形成正確的生命觀念。

這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計，可對同類型的內(nèi)容復(fù)習(xí)有一定的指導(dǎo)意義。

5.1 高考真題創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

教學(xué)情境作為課堂教學(xué)中有機(jī)組成部分之一，在生物課堂中占有十分重要的地位，教師能夠借助教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)來減輕教學(xué)的負(fù)擔(dān)，激發(fā)學(xué)生在特定的教學(xué)情境中進(jìn)行思考，從而促進(jìn)備考復(fù)習(xí)的有效進(jìn)行。高考真題為復(fù)習(xí)課提供了豐富的情境，教師可根據(jù)教學(xué)需要，從高考真題中遴選適合用于課堂教學(xué)的試題素材，進(jìn)行加工、改編和整理后應(yīng)用于課堂教學(xué)。

5.2 高考真題落實(shí)考點(diǎn)復(fù)習(xí)

《考試大綱》及其說明列出的考點(diǎn)是大綱式的，教師需要對考點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化?？赏ㄟ^歷年的高考真題分析出核心考點(diǎn)及常見命題方式，發(fā)現(xiàn)?？伎键c(diǎn)有哪些、變化考點(diǎn)有哪些、新增題型有哪些，從而細(xì)化考點(diǎn)。細(xì)化后的考點(diǎn)，教師可以在講解分析的基礎(chǔ)上借助真題落實(shí)和強(qiáng)化，提高學(xué)生的理解能力和綜合運(yùn)用能力。