基于大情境的單元設(shè)計(jì)

鄒穎 馬超

摘要 以人教版高中生物學(xué)《必修2·遺傳與進(jìn)化》中“基因的復(fù)制與表達(dá)”這一節(jié)內(nèi)容為例進(jìn)行大單元設(shè)計(jì)，圍繞“肥胖可能是天生的”這一生活情境構(gòu)建單元學(xué)習(xí)活動(dòng)。教師通過組織學(xué)生參與討論社會(huì)議題、歸納分析、模型構(gòu)建、問題解決等活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建出“DNA 通過半保留方式復(fù)制，基因通過 RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的概念，并發(fā)展其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞大單元教學(xué)? DNA 復(fù)制 基因表達(dá) 情境教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 單元教學(xué)分析

1.1課標(biāo)解讀

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容要求如下：形成“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的概念；概述半保留復(fù)制、性狀與遺傳信息的關(guān)系、細(xì)胞分化的本質(zhì)、表觀遺傳現(xiàn)象。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)本節(jié)課的學(xué)業(yè)要求如下：闡明 DNA 分子通過復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程傳遞和表達(dá)遺傳信息；闡述遺傳信息起作用的方式，理解遺傳的本質(zhì)。

1.2學(xué)情分析

學(xué)生對(duì)基因的概念和分布已有了基本的認(rèn)識(shí)，具有一定的知識(shí)基礎(chǔ)，但并不清楚基因發(fā)揮作用的機(jī)制。同時(shí)，學(xué)生已具備一定分析與歸納推理的能力，具備深入理解遺傳本質(zhì)的能力基礎(chǔ)。

1.3單元課時(shí)安排

明確問題情境、學(xué)生學(xué)情與課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本單元的要求后，設(shè)計(jì)問題：肥胖的原因是什么，肥胖基因如何復(fù)制，如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，如何控制肥胖。以解決這些問題為目標(biāo)，進(jìn)行課時(shí)劃分，建立了相應(yīng)的課時(shí)任務(wù)，具體如表1。

2 單元概念解構(gòu)

本單元主要探索遺傳的分子基礎(chǔ)，是“人類認(rèn)識(shí)基因之路”中的一段，主要回答是的遺傳信息如何傳遞，遺傳信息如何起作用的問題。對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中與本單元對(duì)應(yīng)的概念進(jìn)行解構(gòu)，具體如圖1所示。

3 單元目標(biāo)

（1）理解遺傳信息在 DNA、RNA、蛋白質(zhì)及核質(zhì)間的傳遞，建立生命的信息觀；

（2）分析基因與性狀間復(fù)雜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，體會(huì)因果關(guān)系的復(fù)雜性；

（3）推測(cè)堿基與氨基酸間的關(guān)系；

（4）通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、提出假說、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、提高科學(xué)探究的能力；

（5）通過分析案例，認(rèn)識(shí)肥胖現(xiàn)象的原理及利弊，選擇健康的生活方式。

4 教學(xué)過程

4.1探究肥胖基因傳遞給子代的方式

第一課時(shí)的次位概念為“概述DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制?！苯虒W(xué)主要內(nèi)容包括“基因本質(zhì)的回顧”“推測(cè) DNA 復(fù)制的機(jī)制”“DNA 復(fù)制方式的探究”“DNA 復(fù)制的過程”等內(nèi)容，教師通過組織學(xué)生參與以下四個(gè)子任務(wù)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

（1）任務(wù)1：肥胖原因初步分析

教師通過問題串引導(dǎo)學(xué)生回顧關(guān)于遺傳的探究進(jìn)程與基因的本質(zhì)。接著，教師展示肥胖相關(guān)的最新研究，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)和能量的角度分析肥胖的原因，促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到肥胖是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，從而引入肥胖基因的探究。

（2）任務(wù)2：推測(cè)DNA 復(fù)制的方式

教師引導(dǎo)學(xué)生從 DNA 結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì) DNA 復(fù)制的過程進(jìn)行推測(cè)。接著，教師展示沃森和克里克論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)》中對(duì)DNA 分子復(fù)制方式的推測(cè)并介紹科學(xué)家們對(duì)DNA分子復(fù)制方式提出的假說，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)情境資料進(jìn)行分析探究。同時(shí)，教師通過問題串的方式引導(dǎo)學(xué)生理解同位素標(biāo)記法和密度梯度離心可以用于區(qū)分親子代DNA 的原因。

（3）任務(wù)3：探究DNA 復(fù)制方式。

教師引導(dǎo)學(xué)生利用同位素標(biāo)記和密度梯度離心的方法，展開演繹推理，分析實(shí)驗(yàn)過程，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)。學(xué)生對(duì)比教材中真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證假說，得出 DNA半保留復(fù)制的結(jié)論。

（4）任務(wù)4：模擬DNA 復(fù)制過程，概述其意義

通過教師多媒體演示，學(xué)生初步感知DNA 復(fù)制過程。學(xué)生以小組為單位構(gòu)建DNA 復(fù)制的物理模型，演繹復(fù)制過程，并分組展示構(gòu)建的模型，解說DNA 復(fù)制過程。學(xué)生通過模型的構(gòu)建，歸納出DNA 復(fù)制特點(diǎn)。教師通過問題引導(dǎo)學(xué)生歸納出 DNA 復(fù)制的條件與意義。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過組織學(xué)生參與任務(wù)1，回顧基因的本質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象進(jìn)行思考，進(jìn)而引入課題。任務(wù)2中教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù) DNA 結(jié)構(gòu)，推測(cè) DNA 復(fù)制方式，重現(xiàn)沃森和克里克的思維過程，體驗(yàn)科學(xué)家探究問題的思路和方法，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維與探究能力。任務(wù)4中教師通過視頻讓學(xué)生感知 DNA 分子復(fù)制過程，然后設(shè)置“DNA 復(fù)制模型構(gòu)建”的實(shí)踐活動(dòng)，通過建模、討論和交流，加深學(xué)生對(duì) DNA 復(fù)制的理解，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維與創(chuàng)造性思維。

4.2肥胖基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的方式

第二、三課時(shí)的次位概念為：概述 DNA 分子上的遺傳信息通過 RNA 指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。教學(xué)主要內(nèi)容包括“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄”“遺傳信息的翻譯”“中心法則”三部分，通過5個(gè)子任務(wù)達(dá)成目標(biāo)。

（1）任務(wù)1：明確RNA 的分類與特點(diǎn)

教師展示RNA 的結(jié)構(gòu)圖，通過問題串：①RNA是什么物質(zhì)？② RNA 具有什么特征？引導(dǎo)學(xué)生觀察并總結(jié)歸納RNA 的分類、特點(diǎn)及功能，嘗試分析RNA 能作為DNA 的信使的原因。

（2）任務(wù)2：DNA中遺傳信息傳遞給mRNA的方式

教師通過視頻，引導(dǎo)學(xué)生直觀感知轉(zhuǎn)錄過程。學(xué)生小組合作，構(gòu)建轉(zhuǎn)錄過程模型，并利用模型講解轉(zhuǎn)錄過程。教師通過一系列的問題串引導(dǎo)學(xué)生比較轉(zhuǎn)錄與 DNA 復(fù)制的異同點(diǎn)，分析轉(zhuǎn)錄的條件及遺傳信息準(zhǔn)確轉(zhuǎn)錄的原因。學(xué)生構(gòu)建的轉(zhuǎn)錄過程如圖2所示。

（3）任務(wù)3：概述堿基、tRNA、氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系

教師提出問題：mRNA 只有4種堿基，但是細(xì)胞中有20多種氨基酸，它們?nèi)绾螌?duì)應(yīng)？引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，演繹推理出堿基與氨基酸間的數(shù)量關(guān)系。接著，教師提出密碼子的概念，并給學(xué)生一段 mRNA 序列，引導(dǎo)學(xué)生利用密碼子表找出對(duì)應(yīng)的氨基酸序列。學(xué)生分析密碼子表，理解密碼子的兼并性與通用性。教師提出問題：氨基酸是如何運(yùn)往核糖體的？引導(dǎo)學(xué)生分析tRNA 的結(jié)構(gòu)與功能，理解反密碼子的概念，并分析歸納氨基酸、tRNA、密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（4）任務(wù)4：探究mRNA 中信息傳遞給蛋白質(zhì)的方式

教師播放翻譯過程視頻，引導(dǎo)學(xué)生直觀感知翻譯過程。學(xué)生小組配合，構(gòu)建翻譯過程的模型，學(xué)生利用模型講解翻譯過程。教師通過①如何開始翻譯；②如何終止翻譯；③翻譯場(chǎng)所在哪里等問題，引導(dǎo)學(xué)生講述翻譯過程，歸納出翻譯的條件。學(xué)生構(gòu)建翻譯過程模型如圖3所示。

（5）任務(wù)5：概述中心法則

經(jīng)過前期學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道肥胖基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生將肥胖基因的遺傳信息流進(jìn)行歸納，并通過圖表形式展示，即中心法則。接著，教師展示部分病毒遺傳信息流動(dòng)方向的資料，讓學(xué)生在中心法則的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)中心法則進(jìn)行完善。此外，教師展示具體案例，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察具體案例，分析部分藥物阻斷病毒繁殖的原理，把中心法則運(yùn)用于實(shí)踐。

設(shè)計(jì)意圖：教師按照轉(zhuǎn)錄、翻譯的順序，引出“中心法則”。對(duì)基因復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯進(jìn)行歸納，概述了遺傳信息的傳遞規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生形成正確的生命觀，即生命是物質(zhì)、能量、信息的統(tǒng)一體。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)遺傳信息的傳遞過程進(jìn)行探究，自主思考動(dòng)手實(shí)踐制作 DNA 轉(zhuǎn)錄與翻譯的模型，并進(jìn)行解說與分享，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施方案及對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流、討論的實(shí)踐能力，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)與勇于創(chuàng)新的精神。

4.3基因表達(dá)與性狀的關(guān)系

第四課時(shí)的次位概念為生物性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)。教師通過組織三個(gè)任務(wù)構(gòu)建該概念。

（1）任務(wù)1：理解基因表達(dá)產(chǎn)物與性狀關(guān)系

教師展示豌豆圓皺、囊性纖維病、白化病等與遺傳現(xiàn)象相關(guān)的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識(shí)，分析其原因，總結(jié)基因?qū)π誀畹挠绊懛绞剑脠D表歸納概括基因、蛋白質(zhì)、性狀的關(guān)系。

（2）任務(wù)2：基因表達(dá)與細(xì)胞分化關(guān)系

教師展示同種生物不同細(xì)胞內(nèi)基因與基因表達(dá)情況，引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)比分析得出不同細(xì)胞中基因相同、mRNA 可能不同的結(jié)論，進(jìn)而概括出細(xì)胞分化的原因是基因選擇性表達(dá)。接著，教師提問：基因如何實(shí)現(xiàn)選擇性表達(dá)？學(xué)生閱讀柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)與小鼠毛色遺傳的資料，概括其產(chǎn)生原因，歸納表觀遺傳的特點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)細(xì)胞內(nèi)的基因進(jìn)行分析、歸類，得出基因包括管家基因與奢侈基因兩大類。

（3）任務(wù)3：總結(jié)基因、環(huán)境與性狀關(guān)系

教師展示水毛茛等資料，并提問：基因能決定性狀嗎？學(xué)生歸納概括出基因、環(huán)境與性狀的關(guān)系。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生回歸大情境，綜合分析肥胖的原因及預(yù)防肥胖的方法。

設(shè)計(jì)意圖：教師提供相關(guān)的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、歸納與概括，理解基因表達(dá)與否及表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的，細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析概括、比較推理的能力。此外，教師引導(dǎo)學(xué)生探討肥胖的原因與預(yù)防策略，培養(yǎng)學(xué)生珍愛健康、養(yǎng)成良好生活習(xí)慣的人生觀，滲透社會(huì)責(zé)任教育。

5 教學(xué)反思

本單元教學(xué)初步探索了在圍繞重要概念的大情境下，提出問題、設(shè)立大任務(wù)，把大任務(wù)拆解成子任務(wù)，進(jìn)而解決大問題、形成大概念的整體教學(xué)設(shè)計(jì)。本單元教學(xué)共有兩條主線。一條主線為肥胖現(xiàn)象的分析，學(xué)生在本單元開始時(shí)初步討論肥胖的原因，分析資料得知肥胖基因?qū)Ψ逝值目刂谱饔谩＝又?，學(xué)生對(duì)肥胖基因的復(fù)制方式、肥胖基因控制蛋白質(zhì)合成的方式、肥胖基因與性狀間的關(guān)系以及預(yù)防肥胖的方法等一系列問題產(chǎn)生思考。另一條主線是對(duì)第一條主線產(chǎn)生的子問題進(jìn)行解決，進(jìn)而構(gòu)建概念。教師在教學(xué)過程中推動(dòng)兩條主線并進(jìn)，在教學(xué)過程中聚焦生物學(xué)重要概念，在問題導(dǎo)向的思路下設(shè)計(jì)教學(xué)，通過完成子任務(wù)的過程形成生物學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

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