大單元教學(xué)在“基因突變”復(fù)習(xí)課的教學(xué)組織

廣西 唐麗云 張 蓓

“以課時(shí)為單位的教學(xué)導(dǎo)致知識碎片化”是章節(jié)教學(xué)過程中普遍存在的問題，這也是大單元教學(xué)被關(guān)注的重要原因，然而從客觀的角度分析，無論以何種理念、何種目標(biāo)為取向開展教學(xué)設(shè)計(jì)，最終都要將重組知識按照課時(shí)進(jìn)行安排，因此要解決知識碎片化的問題，重點(diǎn)不是教學(xué)設(shè)計(jì)所需的時(shí)長，而是揭示教學(xué)內(nèi)容之間如何聯(lián)系，如何圍繞核心概念組織教學(xué)。相對于課時(shí)教學(xué)，大單元教學(xué)是指以圍繞某個(gè)主題（核心概念等），綜合相關(guān)知識，利用多種教學(xué)形式和教學(xué)策略，讓學(xué)習(xí)者達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的相對完整的教學(xué)過程。大單元教學(xué)是一種整體性的、系統(tǒng)化的理念，具有目標(biāo)更明確、結(jié)構(gòu)更完整、組成更新穎、過程更優(yōu)化等特點(diǎn)。此種教學(xué)模式打破了獨(dú)立課時(shí)的教學(xué)思維，使教師站在更高的視角統(tǒng)籌教學(xué)，更加符合學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

本文將圍繞核心概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”進(jìn)行生物一輪復(fù)習(xí)的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)，將教學(xué)內(nèi)容按照一定邏輯關(guān)系進(jìn)行重組與整合，主要闡述大單元教學(xué)在一節(jié)“基因突變”復(fù)習(xí)課中的教學(xué)組織框架。

1.大單元教學(xué)復(fù)習(xí)的知識框架和設(shè)計(jì)意圖

該單元將必修2《遺傳與進(jìn)化》模塊中“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的核心概念作為大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)主線，根據(jù)遺傳信息、性狀與環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系，將課本中相關(guān)的內(nèi)容整合在一起進(jìn)行復(fù)習(xí)（圖1），旨在讓學(xué)生在掌握相關(guān)主干知識的基礎(chǔ)上，打破章節(jié)之間的界限，把相關(guān)知識點(diǎn)從內(nèi)涵到外延再到功能上有機(jī)地串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)知識的相互綜合，建構(gòu)完整的知識網(wǎng)絡(luò)，提升學(xué)生對學(xué)科知識體系的理解，提高學(xué)生運(yùn)用知識的綜合能力。

圖1 大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的知識框架

2.大單元教學(xué)在“基因突變”復(fù)習(xí)課中的實(shí)施策略

落實(shí)到具體的課時(shí)教學(xué)時(shí)，要想在一節(jié)課上呈現(xiàn)大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容是不可能的，因此，在進(jìn)行具體的以核心概念為統(tǒng)攝的教學(xué)時(shí)，將“基因突變”所能涉及的內(nèi)容和與之相關(guān)的聯(lián)系盡可能地有機(jī)整合在一起，通過教學(xué)過程的最優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的目的。有效教學(xué)的最終落點(diǎn)是學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，這就要求教師需在教學(xué)過程中設(shè)置多樣化的活動，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動性的學(xué)習(xí)。綜上，“基因突變”大單元教學(xué)在復(fù)習(xí)課中的實(shí)施策略主要包括：教學(xué)模式的選擇、教學(xué)程序的安排、教學(xué)活動的組織等。

2.1 引導(dǎo)學(xué)生自主構(gòu)建基因突變的思維導(dǎo)圖，初步診斷學(xué)習(xí)困惑

進(jìn)入一輪復(fù)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)完成了必修部分所有基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。為了避免學(xué)生過多串聯(lián)不必要的內(nèi)容，在課堂教學(xué)前，教師以學(xué)歷案為載體先給定思維導(dǎo)圖的初步框架（圖2），而后引導(dǎo)學(xué)生將本節(jié)內(nèi)容的知識繪制成思維導(dǎo)圖，并在其之后附上相關(guān)練習(xí)題等。學(xué)生通過自我診斷學(xué)習(xí)困惑后，能夠帶著問題進(jìn)入課堂參與教學(xué)活動，這種方式使得學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確。

圖2 思維導(dǎo)圖框架

2.2 選擇有意義接受學(xué)習(xí)模式，逐步推進(jìn)課堂教學(xué)進(jìn)程

通過新授課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的關(guān)于基因突變的基礎(chǔ)知識，但是在對其本質(zhì)特征和相關(guān)概念的理解上還存在困難。因此，為了有效地提高復(fù)習(xí)效率，本節(jié)課采用奧蘇伯爾的有意義學(xué)習(xí)模式，即將學(xué)習(xí)材料與學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，啟發(fā)學(xué)生積極思考，主動地參與各種學(xué)習(xí)活動，從而進(jìn)一步的理解基因突變的概念并形成核心概念。在教學(xué)程序的設(shè)計(jì)上，遵循斯金納的分步有序逐漸推進(jìn)的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、由抽象到具體再到抽象、由理論到實(shí)際，使知識的內(nèi)在邏輯順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知邏輯，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。本節(jié)教學(xué)程序和教學(xué)模式的設(shè)計(jì)如圖3。

圖3 教學(xué)流程圖

2.3 多角度、多樣化組織教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生積極參與教學(xué)過程

2.3.1 核心概念統(tǒng)攝關(guān)鍵問題

“對基因突變的概念以及結(jié)果的理解”是本課時(shí)的關(guān)鍵問題。

通過學(xué)生自主構(gòu)建的思維導(dǎo)圖和自測診斷結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對關(guān)鍵問題的理解普遍存在困難，因此教師應(yīng)注重在學(xué)科核心概念的統(tǒng)攝下開展教學(xué)活動。首先以問題導(dǎo)入模式進(jìn)入教學(xué)，“基因通過復(fù)制、表達(dá)來傳遞遺傳信息進(jìn)而控制生物的性狀，那么在傳遞信息的過程中基因（遺傳物質(zhì)）會發(fā)生改變嗎？”而后給出具體實(shí)例讓學(xué)生判斷哪些是由于遺傳物質(zhì)改變而產(chǎn)生的變異類型，最后通過總結(jié)可遺傳變異的來源引出本課時(shí)的內(nèi)容——“基因突變”，初步引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)內(nèi)容與核心概念相關(guān)聯(lián)。

接下來回歸到基因突變的概念，由學(xué)生找出基因突變的關(guān)鍵詞“基因結(jié)構(gòu)改變”，并從其發(fā)生的原因方面分析其可能發(fā)生的時(shí)間，再讓學(xué)生閱讀教材中關(guān)于鐮刀型細(xì)胞貧血癥、豌豆皺粒和囊性纖維病等內(nèi)容并完成表1（堿基對的替換、增添、缺失而導(dǎo)致的3 種典型實(shí)例），分析并回答導(dǎo)致這三種典型實(shí)例中性狀改變的根本原因、直接原因及基因控制性狀的方式。從現(xiàn)象到本質(zhì)，教師需引導(dǎo)學(xué)生將基因突變的內(nèi)涵與外延串聯(lián)起來，促進(jìn)學(xué)生理解基因突變的概念。

表1

將知識結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來后，教師再次拋出問題“基因突變一定會引起性狀的改變嗎？”并給出具體的實(shí)例分析回答圖4 中的問題，得出“基因突變不一定改變生物性狀的原因”，總結(jié)基因突變導(dǎo)致的結(jié)果“基因的結(jié)構(gòu)改變，遺傳信息改變，生物性狀（蛋白質(zhì)）不一定改變”。

圖4

基因突變不一定會改變生物的性狀與其發(fā)生的特點(diǎn)緊密相關(guān)，因此順應(yīng)知識主線分析基因突變的特點(diǎn)，側(cè)重對學(xué)生易混淆的三大特點(diǎn)（普遍性、隨機(jī)性和不定向性）進(jìn)行實(shí)例分析和判斷，進(jìn)而總結(jié)辨別的關(guān)鍵點(diǎn)：“普遍性”是在自然界所有生物（群落）的發(fā)生面上，“隨機(jī)性”主要是在種群內(nèi)部個(gè)體層次，而“不定向性”則為基因（分子）層次。基因突變能夠引起生物發(fā)生變異，利用這一特點(diǎn)進(jìn)行育種的方式即為誘變育種，追根溯源，其本質(zhì)原因是由于產(chǎn)生新的基因（等位基因），會改變生物的基因型和表現(xiàn)型，而人工篩選優(yōu)良品種類似于自然選擇，從而使生物發(fā)生了進(jìn)化。這樣就順理成章地幫助學(xué)生梳理了知識，促進(jìn)了學(xué)生理解基因突變的意義。

通過上述學(xué)習(xí)活動，不斷拓展和完善學(xué)生的知識體系，可以使學(xué)生將基因突變的概念與學(xué)科核心概念進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生深入理解基因突變的概念。

2.3.2 “圖”導(dǎo)思維引領(lǐng)解題思路

實(shí)踐證明，用程序化“圖”導(dǎo)思維的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行高效解題，有助于學(xué)生學(xué)科思維的形成、發(fā)展和完善，是提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑?！皥D”導(dǎo)思維中的“圖”指的是思維導(dǎo)圖，教師通過思維導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)與教學(xué)幫助學(xué)生發(fā)散思維，在此基礎(chǔ)上的這種學(xué)生應(yīng)用知識對教師所精選例題進(jìn)行程序化解題的思維方式，可以不斷提高學(xué)生的解題效率。

基因突變概念理解

【例1】判斷：淀粉分支酶基因中插入一段外來DNA 序列屬于基因突變。（ ）

【參考答案】√

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】

【思路分析】在判斷某一個(gè)實(shí)例是否屬于基因突變時(shí)，學(xué)生容易只關(guān)注到堿基對的變化而忽略基因結(jié)構(gòu)的改變，將基因突變的概念用思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)出清晰的邏輯關(guān)系（圖5），可以增強(qiáng)學(xué)生的邏輯判斷能力，提高學(xué)生的解題效率。

圖5

基因突變的結(jié)果分析

【例2】S 基因是果蠅染色體上的白眼基因，在該基因中插入一個(gè)堿基對引起了果蠅眼色的變化。下列相關(guān)敘述正確的是（ ）

A.該變異可導(dǎo)致染色體上基因的排列順序發(fā)生變化

B.在高倍顯微鏡下可看到該基因序列的改變

C.X 射線的照射不會影響S 基因的突變率

D.突變后的基因是S 基因的等位基因

【參考答案】D

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】

【思路分析】本題解題的關(guān)鍵在于判斷是否屬于基因突變，通過將試題中的信息轉(zhuǎn)換成思維導(dǎo)圖的形式（圖6），

圖6

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】將思維過程梳理后，學(xué)生很容易判斷出該變異為基因突變，進(jìn)而分析基因突變的影響因素和可能導(dǎo)致的結(jié)果，得出最后的結(jié)論。

【例3】（2016 年，海南卷，第25 題）依據(jù)中心法則，若原核生物中的DNA 編碼序列發(fā)生變化后，相應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列不變，則該DNA 序列的變化是 （ ）

A.DNA 分子發(fā)生斷裂

B.DNA 分子發(fā)生多個(gè)堿基增添

C.DNA 分子發(fā)生堿基替換

D.DNA 分子發(fā)生多個(gè)堿基缺失

【參考答案】C

圖7

【思路分析】根據(jù)中心法則以思維導(dǎo)圖形式梳理出蛋白質(zhì)的氨基酸序列不變的邏輯鏈條，可以得出是發(fā)生了基因突變的原因，再結(jié)合基因突變不會導(dǎo)致性狀發(fā)生改變的原因進(jìn)行分析，最有可能的就是DNA 分子發(fā)生堿基對的替換，但由于密碼子的簡并性使得蛋白質(zhì)中氨基酸序列不變。

【例4】野生型鏈孢霉能在基本培養(yǎng)基上生長，而用X 射線照射后的鏈孢霉卻不能在基本培養(yǎng)基上生長。在基本培養(yǎng)基中添加某種維生素后，經(jīng)過X 射線照射的鏈孢霉

【思維導(dǎo)圖構(gòu)建】又能生長了。有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的說法錯(cuò)誤的是 （ ）

A.某種維生素是鏈孢霉生長所必須的

B.X 射線照射使野生型鏈孢霉發(fā)生了基因突變

C.該實(shí)驗(yàn)表明基因可通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制性狀

D.該實(shí)驗(yàn)表明基因可通過控制酶的合成來間接控制性狀

【參考答案】C

圖8

【思路分析】通過文、圖轉(zhuǎn)換，學(xué)生基本上都能判斷出A、B 選項(xiàng)錯(cuò)誤，在對維生素的本質(zhì)作用進(jìn)行分析后，進(jìn)一步構(gòu)建思維導(dǎo)圖，使思維過程更加清晰，學(xué)生便可得出答案。

2.3.3 典型例題加深概念理解

學(xué)生頭腦中形成的概念，能否正確的反應(yīng)客觀實(shí)際，只依附于感性認(rèn)識到理性認(rèn)識過程中思維的轉(zhuǎn)變是不可能完全達(dá)成的，還必須要把概念反復(fù)地應(yīng)用于實(shí)踐，因此在教學(xué)過程中教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生分析典型例題，可助力學(xué)生深化理解基因突變的概念，并使其能力得到發(fā)展。

【例5】圖9 為植物根尖某細(xì)胞的DNA 分子中a、b、c 三個(gè)基因的分布狀況，圖中Ⅰ、Ⅱ?yàn)闊o遺傳效應(yīng)的序列。有關(guān)敘述正確的是 （ ）

圖9

A.片段Ⅰ、Ⅱ中發(fā)生堿基對的替換、增添或缺失屬于基因突變

B.a 基因變?yōu)锳 基因，該細(xì)胞可能發(fā)生基因突變或基因重組

C.基因在染色體上呈線性排列，基因的末端存在終止密碼子

D.基因a、b、c 均可能發(fā)生基因突變，體現(xiàn)了基因突變具有隨機(jī)性

【參考答案】D

【分析】本題從植物根尖細(xì)胞的DNA 分子結(jié)構(gòu)入手，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步理解基因突變的概念和結(jié)果。題目從基因和非基因的概念出發(fā)，綜合分析基因突變在什么細(xì)胞內(nèi)會發(fā)生，基因的本質(zhì)以及基因突變的特點(diǎn)。在分析過程中，教師還可以拓展引導(dǎo)學(xué)生分析基因突變和基因重組分別在什么生物體內(nèi)、細(xì)胞內(nèi)會發(fā)生，什么時(shí)間會發(fā)生等。在此過程中發(fā)展學(xué)生的邏輯與推理、歸納與比較的關(guān)鍵能力與學(xué)科核心素養(yǎng)。

【例6】已知與人體血紅蛋白合成有關(guān)的一對等位基因是HbA和HbS，純合子（HbSHbS）為鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者，患者大多于幼年死亡。只含一個(gè)致病基因的個(gè)體不表現(xiàn)為鐮刀型細(xì)胞貧血癥，并對瘧疾具有較強(qiáng)的抵抗力。下列說法錯(cuò)誤的是 （ ）

A.基因HbS是基因突變的結(jié)果，可以用顯微鏡檢測鐮刀型細(xì)胞貧血癥

B.純合子（HbAHbA）具有較強(qiáng)的抗瘧疾能力

C.雜合子中（HbAHbs）等位基因HbA和HbS表達(dá)的機(jī)會均等

D.該現(xiàn)象說明基因突變改變了生物的表現(xiàn)型

【參考答案】B

【分析】選取本題的目的是讓學(xué)生分析基因突變與性狀的關(guān)系，使學(xué)生進(jìn)一步理解基因突變的概念。題目從熟悉的實(shí)例入手，通過一種新的情境，讓學(xué)生分析基因突變導(dǎo)致的分子結(jié)構(gòu)上的改變和由此導(dǎo)致性狀上的改變是否可以通過顯微鏡觀察得到，并將突變后形成的雜合子與基因重組形成的配子類型進(jìn)行聯(lián)系，讓學(xué)生分析基因發(fā)生突變后是如何控制生物性狀的，在分析過程中可發(fā)展學(xué)生綜合運(yùn)用知識和獲取信息的能力。

【例7】在誘變育種過程中，通過誘變獲得的新性狀一般不能穩(wěn)定遺傳，原因是__________________________________________________，若要使誘變獲得的性狀能夠穩(wěn)定遺傳，需要采取的措施是______________________________________________________。

【參考答案】控制新性狀的基因是雜合的 通過自交篩選性狀能穩(wěn)定遺傳的子代

【分析】選取本題的目的是讓學(xué)生理解基因突變的應(yīng)用原理，進(jìn)而理解基因突變的概念。題目以誘變育種獲得的新性狀一般不能穩(wěn)定遺傳為載體，將其與基因突變不一定會改變生物性狀的原因相關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步提出需要采取何種措施以實(shí)現(xiàn)性狀穩(wěn)定遺傳，引導(dǎo)學(xué)生將基因突變產(chǎn)生的結(jié)果與基因重組進(jìn)行聯(lián)系，在此過程中可發(fā)展學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

【例8】輻射對人體危害很大，可能導(dǎo)致基因突變。下列敘述正確的是 （ ）

A.環(huán)境所引發(fā)的變異可能為可遺傳的變異

B.基因突變可能造成某個(gè)基因的缺失

C.輻射能導(dǎo)致人體遺傳物質(zhì)發(fā)生定向改變

D.有害突變不是生物進(jìn)化的原始材料

【參考答案】A

【分析】本題從基因突變發(fā)生的原因出發(fā)，通過分析基因突變的結(jié)果與意義，使學(xué)生進(jìn)一步理解基因突變的概念，在此過程中可同時(shí)發(fā)展學(xué)生的理解能力和綜合運(yùn)用知識的能力。

3.教學(xué)反思

大單元教學(xué)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)教學(xué)的整體性和系統(tǒng)性，要求教師站在更高的視角統(tǒng)籌教學(xué)，通過分析系統(tǒng)各要素的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律，將教學(xué)的功能達(dá)到最佳效果。采用有效的教學(xué)策略是保證大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此課時(shí)采用以學(xué)歷案為載體，學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和發(fā)展需要，以學(xué)科核心概念為統(tǒng)攝，設(shè)置教學(xué)活動，解決關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科核心概念與具體概念的聯(lián)系，幫助學(xué)生系統(tǒng)化地建構(gòu)概念和理解概念，同時(shí)以“圖”導(dǎo)思維引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行程序化解題，提高解題效率。教學(xué)過程中典型例題的使用促進(jìn)了學(xué)生深化理解概念，取得了較好的教學(xué)效果。