基于重要概念的高中生物單元教學(xué)設(shè)計(jì)

高慧芳　錢(qián)慧婷　何曉宗　趙美榮

摘 要：在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師通常以單獨(dú)的課時(shí)講解碎片化的知識(shí)，忽略了知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，這不利于學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。為此，教師有必要進(jìn)行整合性的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。文章以“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”這一重要概念的教學(xué)為例，對(duì)單元教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：重要概念；遺傳；單元教學(xué)設(shè)計(jì)；生物學(xué)科核心素養(yǎng)

基金項(xiàng)目：2022年度赤峰學(xué)院研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目暨研究生課程建設(shè)項(xiàng)目“研究生精品課建設(shè)——以生物學(xué)科前言專題為例”（項(xiàng)目編號(hào)：CFXYYKC2260）。

作者簡(jiǎn)介：高慧芳（1998—），女，赤峰學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院。

錢(qián)慧婷（1987—），女，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市第十二中學(xué)。

何曉宗（1999—），男，赤峰學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院。

趙美榮（1981—），女，赤峰學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院。

一、單元內(nèi)容分析

“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”這一重要概念，涉及人教版高中生物教材遺傳與進(jìn)化第3章和第4章的內(nèi)容。這兩章內(nèi)容按照科學(xué)史的順序，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，一步步引導(dǎo)學(xué)生探究了基因的本質(zhì)和表達(dá)，解決了“基因是什么”以及“DNA如何傳遞遺傳信息”等問(wèn)題。各部分內(nèi)容之間聯(lián)系密切，在邏輯上層層遞進(jìn)，可作為一個(gè)教學(xué)單元。

二、單元教學(xué)思路

按照單元教學(xué)設(shè)計(jì)的基本思路，教師首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)相關(guān)的大情境，然后提出單元核心問(wèn)題，最后根據(jù)問(wèn)題設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)主題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)完整的知識(shí)建構(gòu)過(guò)程［1］。本文以“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”這一重要概念的教學(xué)為例，結(jié)合人教版高中生物教材遺傳與進(jìn)化第3章和第4章的內(nèi)容，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”這一知識(shí)體系，從而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)?；镜乃悸芬?jiàn)表1。

三、單元教學(xué)目標(biāo)

單元教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)，應(yīng)以學(xué)習(xí)活動(dòng)為基礎(chǔ)，滲透生物學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容，發(fā)揮學(xué)科的育人價(jià)值。

1.通過(guò)分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、模擬噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，明白DNA是遺傳物質(zhì)；通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，闡明DNA是主要的遺傳物質(zhì)。（科學(xué)思維、科學(xué)探究）

2.通過(guò)構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程、探索DNA的復(fù)制方式的過(guò)程，了解假說(shuō)—演繹法的流程，認(rèn)同科學(xué)技術(shù)進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的作用。（科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任）

3.通過(guò)構(gòu)建DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯模型，闡明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程，形成DNA的結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生命觀念，進(jìn)而了解生命承載著物質(zhì)、信息和能量。（生命觀念、科學(xué)思維）

4.通過(guò)同位素標(biāo)記法的學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，了解多學(xué)科交叉與生物學(xué)發(fā)展的關(guān)系。通過(guò)分析、討論生活中常見(jiàn)的幾種表觀遺傳現(xiàn)象、了解吸煙對(duì)人體的危害，學(xué)會(huì)選擇健康的生活方式。（社會(huì)責(zé)任）

四、單元教學(xué)過(guò)程

（一）主題1：DNA是主要的遺傳物質(zhì)（2課時(shí)）

活動(dòng)1：探索肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。教師首先介紹R型細(xì)菌和S型細(xì)菌的特點(diǎn)及區(qū)別；然后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”的探索和討論，讓學(xué)生思考“與第三組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，第四組實(shí)驗(yàn)中小鼠死亡的原因是什么？”這一問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：加熱殺死的S型細(xì)菌中，有使R型細(xì)菌變成S型細(xì)菌的物質(zhì)——轉(zhuǎn)化因子；最后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探索轉(zhuǎn)化因子是什么。艾弗里在實(shí)驗(yàn)中把S型細(xì)菌中的各種物質(zhì)進(jìn)行分離提純，制成細(xì)胞提取物并將之加入有R型細(xì)菌的培養(yǎng)基中，觀察各種物質(zhì)的作用，最終得出結(jié)論：轉(zhuǎn)化因子是DNA。

活動(dòng)2：探討噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。教師首先講解T2噬菌體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、繁殖方式等；然后引導(dǎo)學(xué)生了解如何用同位素標(biāo)記法追蹤噬菌體中DNA和蛋白質(zhì)的去向，明確本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵思路；接著結(jié)合圖例詳細(xì)講解噬菌體侵染細(xì)菌的過(guò)程；最后讓學(xué)生利用教具（磁鐵紙）模擬噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)，分析攪拌離心后沉淀物放射性高低的問(wèn)題。這樣能幫助學(xué)生建構(gòu)概念：DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。

活動(dòng)3：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。本實(shí)驗(yàn)使用的是煙草花葉病毒，該病毒只由RNA和蛋白質(zhì)組成。該實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是利用該病毒的蛋白質(zhì)和RNA分別去侵染煙草，最后觀察到的現(xiàn)象是用RNA侵染煙草，煙草會(huì)出現(xiàn)花葉，用蛋白質(zhì)侵染煙草，煙草沒(méi)有變化。學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸觯簾煵莼ㄈ~病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。

（二）主題2：探究DNA的結(jié)構(gòu)（1課時(shí)）

活動(dòng)1：梳理DNA分子結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程并構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)模型。首先，教師設(shè)置“DNA是由幾條鏈組成的？”“構(gòu)成DNA的基本骨架的物質(zhì)是堿基還是脫氧核糖和磷酸？”“位于DNA內(nèi)側(cè)的堿基是如何連接的？”等問(wèn)題，讓學(xué)生閱讀相關(guān)的資料回答問(wèn)題，了解DNA分子結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程。然后，教師設(shè)置“組成DNA的基本單位是什么？”“脫氧核苷酸是如何連接形成多核苷酸單鏈的？”“多核苷酸鏈?zhǔn)侨绾螛?gòu)成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的？”等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題并利用手中的剪紙工具，構(gòu)建DNA的結(jié)構(gòu)模型。最后，師生共同總結(jié)DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

活動(dòng)2：首先，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析基因與DNA關(guān)系的實(shí)例，得出結(jié)論：基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析DNA片段中遺傳信息的特性。最后，教師讓學(xué)生小組討論脫氧核苷酸、基因、DNA與染色體之間的關(guān)系。

（三）主題3： DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯（2課時(shí)）

活動(dòng)1：首先，教師依據(jù)示意圖解釋DNA復(fù)制的兩種假說(shuō)，并提出問(wèn)題：你認(rèn)可哪種復(fù)制方式？如何證明？其次，教師結(jié)合相應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演繹推理：用15N標(biāo)記親代大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的DNA分子，并將大腸桿菌轉(zhuǎn)移到含14N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)2代，分別按照半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的假說(shuō)，演繹推理子代DNA的分子組成。由此得出結(jié)論：DNA的復(fù)制是以半保留的方式進(jìn)行的。再次，教師采取問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式教學(xué)DNA復(fù)制過(guò)程知識(shí)，設(shè)置與DNA復(fù)制相關(guān)的問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)模擬DNA的復(fù)制過(guò)程。最后，師生一起歸納總結(jié)DNA復(fù)制的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

活動(dòng)2：結(jié)合視頻和示意圖學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄過(guò)程的學(xué)習(xí)：教師先結(jié)合兩種核酸的結(jié)構(gòu)，得出RNA適合成為DNA信使的原因；然后結(jié)合示意圖和視頻，詳細(xì)講解轉(zhuǎn)錄的四個(gè)步驟；最后檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢測(cè)學(xué)生對(duì)相應(yīng)概念的掌握情況。翻譯過(guò)程的學(xué)習(xí)：教師先結(jié)合視頻解說(shuō)遺傳信息的翻譯過(guò)程，分析DNA的堿基、RNA的堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；然后帶領(lǐng)學(xué)生使用剪紙教具模擬翻譯過(guò)程并展示成果；最后總結(jié)相關(guān)知識(shí)。模擬翻譯的過(guò)程能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，加深學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的理解。

活動(dòng)3：分析資料，構(gòu)建遺傳信息流動(dòng)的中心法則。教師呈現(xiàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)RNA復(fù)制酶、逆轉(zhuǎn)錄酶的資料，組織學(xué)生以小組為單位，從信息傳遞的角度，用流程圖總結(jié)細(xì)胞中遺傳信息的傳遞規(guī)律。

（四）主題4：基因控制生物體的性狀和表觀遺傳（1課時(shí)）

活動(dòng)1：列舉實(shí)例，分析基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀的關(guān)系。教師先對(duì)比分析圓粒和皺粒豌豆的形成原因，解釋皺粒豌豆形成機(jī)制：基因可影響酶的合成，進(jìn)而影響生物性狀；然后指導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，學(xué)習(xí)人白化病和囊性纖維病的形成過(guò)程，探究這兩種病的形成機(jī)制，并繪制思維導(dǎo)圖；最后歸納基因表達(dá)產(chǎn)物與生物性狀的關(guān)系。

活動(dòng)2：舉例說(shuō)明細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)。教師根據(jù)雞的三種不同類型的細(xì)胞中DNA和mRNA的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)比分析這三種細(xì)胞中的DNA和合成的蛋白質(zhì)，說(shuō)明細(xì)胞分化的根本原因是基因的選擇性表達(dá)。之后，教師提出問(wèn)題：基因的表達(dá)是如何調(diào)控的呢？

活動(dòng)3：分析表觀遺傳現(xiàn)象。教師先引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中“柳穿魚(yú)花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”這一則資料，引導(dǎo)學(xué)生思考討論相應(yīng)問(wèn)題，分析總結(jié)柳穿魚(yú)花形態(tài)不同和小鼠毛色改變的原因；接著舉例說(shuō)明表觀遺傳現(xiàn)象，聯(lián)系生活，指出吸煙會(huì)影響人的身體健康，幫助學(xué)生樹(shù)立健康的生活態(tài)度；最后指導(dǎo)學(xué)生搜集相關(guān)資料，解釋生活中一些常見(jiàn)的表觀遺傳現(xiàn)象，了解生物學(xué)科前沿知識(shí)，將生物學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中。

五、單元教學(xué)評(píng)價(jià)

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，本次單元教學(xué)設(shè)計(jì)將表現(xiàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，因此，教師可采用基于真實(shí)情境的教學(xué)評(píng)價(jià)方式來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生在任務(wù)中的表現(xiàn)，追蹤學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展［2］。 以探究DNA的結(jié)構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，筆者將表現(xiàn)性任務(wù)設(shè)置為動(dòng)手制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)設(shè)置了相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：（1）能夠準(zhǔn)確完成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，并對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)能根據(jù)模型闡述DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得5分；（2）能夠準(zhǔn)確完成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，但是不能完整地說(shuō)出DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得4分；（3）能夠準(zhǔn)確構(gòu)建脫氧核苷酸模型、脫氧核糖核酸單鏈模型、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，得3分；（4）能夠準(zhǔn)確構(gòu)建脫氧核苷酸模型、脫氧核糖核酸單鏈模型，得2分；（5）能夠準(zhǔn)確構(gòu)建脫氧核苷酸模型，得1分。

六、單元教學(xué)反思

人教版高中生物教材遺傳與進(jìn)化第3章和第4章的內(nèi)容相互聯(lián)系，層層遞進(jìn)，可以作為一個(gè)教學(xué)單元，讓學(xué)生掌握“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”這一重要概念。本次的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)，以重要概念為統(tǒng)領(lǐng)，內(nèi)容涵蓋了基因的本質(zhì)和表達(dá)，以恐龍的遺傳物質(zhì)為切入點(diǎn)展開(kāi)探討，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)了與學(xué)習(xí)主題相關(guān)的活動(dòng)，改變了碎片化知識(shí)教學(xué)的情況，注重知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

［參考文獻(xiàn)］

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