高中生物學(xué)支架式教學(xué)探索
——以“基因突變”教學(xué)為例

何瑜娜 談 雷

新課程改革背景下的高中生物學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷實踐過程中習(xí)得生物學(xué)知識，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。支架式教學(xué)是由美國教育家布魯納提出的一種教學(xué)模式，其強(qiáng)調(diào)基于學(xué)習(xí)者當(dāng)前的發(fā)展水平，通過鋪設(shè)系統(tǒng)有序的“支架”（亦稱“腳手架”），引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識，邁進(jìn)更高水平的發(fā)展。［1］這與新課程標(biāo)準(zhǔn)的理念不謀而合——應(yīng)著未來教育以學(xué)生為中心的發(fā)展趨勢，教師可通過巧設(shè)支架的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各類學(xué)習(xí)活動，即完成“扶”的過程；并在學(xué)習(xí)任務(wù)深入或遷移應(yīng)用時逐漸撤掉支架，由學(xué)生獨(dú)立解決學(xué)習(xí)中的問題，即實現(xiàn)“放”的過程。在具體的教學(xué)實施中，教師可采用的支架類型包含情境支架、工具支架、范例支架與建議支架等。［2］

筆者以新人教版高中生物學(xué)必修2的“基因突變”一節(jié)為例，嘗試實踐了“扶放有度”的支架式教學(xué)，以期促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的達(dá)成。與2003年版高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)相比，2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的內(nèi)容要求除了關(guān)注基因突變的原因和特征之外，更強(qiáng)調(diào)基于證據(jù)論證基因突變導(dǎo)致它所編碼的蛋白質(zhì)及相應(yīng)的細(xì)胞功能發(fā)生變化［3］，這在一定程度上增加了教學(xué)難度。因此，在教學(xué)過程中可通過創(chuàng)設(shè)情境、演示范例等方式在初學(xué)時、難點(diǎn)處搭建支架。另外，新人教版教材將“細(xì)胞的癌變”內(nèi)容整合至“基因突變”一節(jié)，豐富了基因突變的實例，教師在教學(xué)過程中應(yīng)適時撤離支架，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待基因突變，樹立尊重生命、熱愛生活的觀念。

一、以情境支架激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

播放視頻：好萊塢影星安吉麗娜·朱莉在未罹患癌癥的前提下，切除了自己的兩側(cè)乳腺，只是因為她通過基因檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)自己患乳腺癌的幾率高達(dá)87%。提出問題：為什么癌癥的發(fā)病風(fēng)險可以通過基因檢測的手段預(yù)測？學(xué)生根據(jù)視頻內(nèi)容能推測出，她的基因序列與正常人相比發(fā)生了一些改變，從而引出本節(jié)課的主題——基因突變。

依次呈現(xiàn)資料：（1）2020年全球乳腺癌新增人口高達(dá)226萬，發(fā)病率和死亡率均位居女性惡性腫瘤第一位；（2）乳腺癌發(fā)展階段示意圖及人乳腺癌細(xì)胞圖；（3）128例不同臨床分期的乳腺癌患者中E-鈣黏蛋白含量表。教師依次提出以下問題：為什么癌癥如此難治？癌細(xì)胞的特點(diǎn)可能與癌細(xì)胞中什么物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)？癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的嚴(yán)重程度與E-鈣黏蛋白含量呈現(xiàn)什么關(guān)系？學(xué)生根據(jù)資料及問題串，能夠總結(jié)出癌細(xì)胞的特點(diǎn)。

接著向?qū)W生介紹細(xì)胞中與細(xì)胞增殖密切相關(guān)的兩類基因——原癌基因和抑癌基因。通過資料分析，學(xué)生得到結(jié)論：細(xì)胞發(fā)生癌變，主要就是由原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變逐漸積累的結(jié)果。呈現(xiàn)資料：研究者發(fā)現(xiàn)了一個定位于人第17號染色體上的抑癌基因，其突變與乳腺癌的發(fā)生密切相關(guān)，命名為乳腺癌1號基因，簡稱BRCA1。提出問題：正常細(xì)胞中存在BRCA1基因嗎？學(xué)生回答正常細(xì)胞中也有BRCA1基因，只是序列不同于癌細(xì)胞。

【設(shè)計意圖】構(gòu)建“多扶少放”的情境支架是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的重要手段。筆者以安吉麗娜·朱莉切除乳腺這一事件的導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)以乳腺癌為主題的情境支架，通過呈現(xiàn)貫穿情境的資料、設(shè)計層層遞進(jìn)的問題串，為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式體驗，即“扶”在初學(xué)時。學(xué)生在分析乳腺癌的發(fā)展階段、乳腺癌細(xì)胞圖片、不同臨床分期乳腺癌細(xì)胞E-鈣黏蛋白含量等資料后，教師適當(dāng)放手，讓學(xué)生自行總結(jié)癌細(xì)胞的特點(diǎn)及三大特點(diǎn)間的內(nèi)在聯(lián)系，即“放”在恰當(dāng)處，利于幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。教師進(jìn)一步介紹乳腺癌1號基因——BRCA1，引導(dǎo)學(xué)生了解乳腺癌的發(fā)病機(jī)制，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究什么是基因突變的興趣。

二、以工具支架深化概念理解

乳腺癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比，BRCA1基因的序列可能發(fā)生哪些類型的改變？教師呈現(xiàn)正常細(xì)胞BRCA1基因部分序列：…GAGCTGCAC GCTTCT…/…CTCGACGTGCGAAGA…，并展示使用木夾子、毛根制作的正常細(xì)胞BRCA1基因序列模型，其中粉色夾子代表堿基A，黃色夾子代表堿基T，藍(lán)色夾子代表堿基C，綠色夾子代表堿基G。教師提出問題：這樣的基因序列在癌細(xì)胞中可能發(fā)生哪些類型的改變？并組織學(xué)生4人一小組，嘗試構(gòu)建可能的突變后的基因片段模型。

學(xué)生根據(jù)自己對基因突變的理解，構(gòu)建可能突變后的基因片段模型，借助實物投影向全班同學(xué)展示，教師對學(xué)生構(gòu)建成果進(jìn)行評價，進(jìn)一步提出問題：你能根據(jù)你的理解，總結(jié)出什么是基因突變嗎？教師對學(xué)生自主形成的概念進(jìn)行糾正點(diǎn)評，最終引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)基因突變的概念：DNA分子中，發(fā)生堿基的替換、增添或缺失，而引起的基因堿基序列的改變，叫作基因突變。

【設(shè)計意圖】在概念教學(xué)過程中，若教師采用的教學(xué)方法不當(dāng)，會導(dǎo)致學(xué)生在概念構(gòu)建的過程中缺乏獨(dú)立思考意識，停留在淺層學(xué)習(xí)的層面。［4］考慮到DNA分子屬于微觀層面，學(xué)生深入理解基因突變的概念有一定難度，筆者在進(jìn)行基因突變概念教學(xué)時，為學(xué)生搭建工具支架。教師使用木夾子、毛根等制作教具，化抽象為具體，契合學(xué)生認(rèn)知水平，即“扶”在憤悱處。接下來，教師充分放手，讓學(xué)生主動參與到概念探索中，自主構(gòu)建可能的突變后的基因片段模型，即“放”在探究時。最后通過師生協(xié)作、生生協(xié)作的方式對自主形成的概念進(jìn)行糾正點(diǎn)評，從而深化對基因突變概念的理解。

三、以范例支架提升思維品質(zhì)

基因的堿基序列發(fā)生了改變，意味著攜帶的遺傳信息發(fā)生了改變，將這些遺傳信息表達(dá)出來要通過轉(zhuǎn)錄翻譯的過程。教師以正常細(xì)胞BRCA1基因表達(dá)過程為范例，引導(dǎo)學(xué)生說出其轉(zhuǎn)錄、翻譯的產(chǎn)物。為了更直觀表示翻譯得到的多肽鏈，教師展示用小球、毛根制作的模型，不同顏色的小球代表不同種類的氨基酸。提出問題：你們小組構(gòu)建的突變基因進(jìn)行表達(dá)后會是怎樣的產(chǎn)物？接下來組織學(xué)生4人一小組，構(gòu)建突變基因表達(dá)產(chǎn)物的氨基酸序列。

學(xué)生通過組內(nèi)合作、組間交流，發(fā)現(xiàn)基因突變后可能導(dǎo)致氨基酸的種類、數(shù)量或者排列順序發(fā)生改變，進(jìn)而可能導(dǎo)致生物性狀發(fā)生改變。教師追問：是不是基因突變都是有害的？學(xué)生根據(jù)癌癥的發(fā)生機(jī)制，可以說出基因突變可能是有害的；根據(jù)個別小組構(gòu)建的突變基因表達(dá)產(chǎn)物未發(fā)生改變，說出基因突變可能既無害也無利。但是學(xué)生可能難以說出哪些基因突變可能是有利的，故教師向?qū)W生介紹近年來我國通過基因突變培育的一系列優(yōu)良作物，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待基因突變。

【設(shè)計意圖】理解基因突變與生物性狀的關(guān)系是本節(jié)課重要教學(xué)內(nèi)容之一，其完成前提是學(xué)生要熟悉掌握基因表達(dá)的過程——轉(zhuǎn)錄、翻譯。然而，轉(zhuǎn)錄、翻譯的過程較復(fù)雜且是學(xué)生的新學(xué)內(nèi)容，加大了本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容實施的難度。為解決這一難題，筆者以正常細(xì)胞BRCA1基因表達(dá)過程搭建范例支架，即“扶”在難點(diǎn)處。通過對范例的學(xué)習(xí)，學(xué)生明確轉(zhuǎn)錄的模板鏈、轉(zhuǎn)錄方向、密碼子表的使用方法等易錯點(diǎn)。學(xué)生自主構(gòu)建本小組突變基因的表達(dá)產(chǎn)物后，教師組織小組間進(jìn)行交流，即“放”在互評時。在共享集體成果的基礎(chǔ)上，學(xué)生總結(jié)出基因突變結(jié)果的多樣性，形成了辯證看待基因突變的觀念，提升了基于范例進(jìn)行演繹推理的科學(xué)思維。

四、以建議支架體悟態(tài)度責(zé)任

哪些因素可能誘發(fā)基因突變？教師呈現(xiàn)資料：5-溴尿嘧啶，簡稱BU，是一種堿基類似物，它能產(chǎn)生兩種互變異構(gòu)體，一種是酮式，一種是烯醇式。酮式可與A互補(bǔ)配對，烯醇式可與G互補(bǔ)配對，當(dāng)BU摻入DNA復(fù)制時就會導(dǎo)致堿基替換突變。結(jié)合上述資料及宮頸癌的發(fā)生、太空南瓜的形成等實例，總結(jié)誘發(fā)基因突變的因素有物理因素、化學(xué)因素和生物因素等。

提出問題：作為中學(xué)生，需要養(yǎng)成怎樣的生活習(xí)慣來預(yù)防癌癥？學(xué)生能說出少吃腌制食品、不要熬夜、保持樂觀心態(tài)等。繼續(xù)追問：對于已經(jīng)引發(fā)的癌癥，有哪些治療方法？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗?zāi)苷f出化療、放療、手術(shù)切除等傳統(tǒng)方法。但是，不同的患者可能基因突變情況是不一樣的，同一種病用相同的方法治療，效果可能大不相同。接著向?qū)W生介紹2020年諾貝爾化學(xué)獎成果——CRISPR/Cas9系統(tǒng)，這項基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)使精準(zhǔn)醫(yī)療的實現(xiàn)成為可能。當(dāng)然，精準(zhǔn)醫(yī)療的真正普及還有很長一段路要走，教師借機(jī)鼓勵有興趣的學(xué)生今后投身于生物科學(xué)或基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的研究，為我國的醫(yī)學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

【設(shè)計意圖】給學(xué)生表達(dá)交流的機(jī)會，即“放”在交流處，讓學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗說說癌癥的誘發(fā)因素、預(yù)防措施及治療方法，激發(fā)學(xué)生維護(hù)自身和他人健康的責(zé)任感，樹立尊重生命、熱愛生活的人生觀。在此過程中，教師要充分發(fā)揮評價總結(jié)的作用。例如，有學(xué)生說到為了避免發(fā)生基因突變，生活中要杜絕X射線，此時教師應(yīng)該提出建議支架，指出X射線引起基因突變是需要一定劑量的，切勿因為其可能誘發(fā)基因突變而因噎廢食，引導(dǎo)學(xué)生理性看待基因突變，跳出思維盲區(qū)，即“扶”在總結(jié)時。

筆者通過“情境支架激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、工具支架深化概念理解、范例支架提升思維品質(zhì)、建議支架體悟態(tài)度責(zé)任”等方式，促進(jìn)學(xué)生實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。需要注意的是，在實施支架式教學(xué)策略時，教師通過適時搭建和拆卸腳手架，引導(dǎo)學(xué)生拾級而上，做到科學(xué)地“扶”、大膽地“放”。在課堂實施前，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)情將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)分解，搭建合適的支架以符合學(xué)生的認(rèn)知水平，做到“扶”在初學(xué)時、難點(diǎn)處、總結(jié)時。比如，對于微觀層面的DNA分子，可以借助教具，為學(xué)生搭建工具支架，化抽象為具體。支架又有動態(tài)性、漸撤性，在課堂中教師要耐心傾聽觀察，根據(jù)學(xué)生課堂反饋情況，靈活調(diào)整支架，做到“放”在探究時、互評時、交流時，以幫助學(xué)生實現(xiàn)主動性的深度學(xué)習(xí)。