基于境脈學(xué)習(xí)的生物學(xué)微專題復(fù)習(xí)教學(xué)

摘要：本文以“基因表達(dá)的調(diào)控”微專題為例，選擇高發(fā)病率、高死亡率的胃癌為情境，圍繞胃癌的靶向治療，設(shè)計(jì)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的境脈，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的問(wèn)題解決過(guò)程中，形成對(duì)知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)，提升關(guān)鍵能力。以期提高生物學(xué)復(fù)習(xí)效率的同時(shí)，逐步落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：境脈學(xué)習(xí)；生物學(xué)；基因表達(dá)的調(diào)控

文章編號(hào)：1003-7586（2024）05-0009-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的價(jià)值觀、必備品格與關(guān)鍵能力。境脈（Context）一詞，在英漢詞典中的語(yǔ)義是上下文、語(yǔ)境、文脈，或者指人或事存在于其中的各種有關(guān)的情況、來(lái)龍去脈、背景、環(huán)境等。境脈的概念強(qiáng)調(diào)從“境”的多重性、復(fù)雜性走向“脈”的承接性和結(jié)構(gòu)性。基于境脈學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)需要以知識(shí)境脈和認(rèn)知境脈為基礎(chǔ)，構(gòu)建有意探究、有序互動(dòng)和有效對(duì)話的情境主線。在高三生物學(xué)復(fù)習(xí)中，教師應(yīng)從學(xué)情和考情出發(fā)，選取真實(shí)、適宜的情境和文本材料，構(gòu)建知識(shí)境脈，使復(fù)習(xí)課更有趣、更高效。筆者選擇微專題“基因表達(dá)的調(diào)控”，以“胃癌的靶向治療”為主線，設(shè)計(jì)連續(xù)、動(dòng)態(tài)的境脈，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中主動(dòng)持續(xù)地獲取、處理信息，解決不斷涌現(xiàn)的問(wèn)題，構(gòu)建知識(shí)框架，提升關(guān)鍵能力，落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)。本節(jié)課教學(xué)流程如圖1所示。

1開啟境脈：以本土科學(xué)家敘事，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

教師展示胃癌現(xiàn)狀資料，據(jù)此提出問(wèn)題：你知道哪些治療癌癥的方法？引導(dǎo)學(xué)生從分析傳統(tǒng)治療方法的局限到提出靶向治療，回顧單克隆抗體相關(guān)知識(shí)。制備胃癌相關(guān)的單克隆抗體，需要找到胃癌發(fā)展過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的基因和蛋白質(zhì)。緊接著，教師呈現(xiàn)我國(guó)科學(xué)家相關(guān)機(jī)理的科研成果簡(jiǎn)化圖，并布置任務(wù)：從基因表達(dá)與性狀的關(guān)系角度，寫出COL5A1基因影響胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移的過(guò)程（用文字和箭頭表示）；從調(diào)控COL5A1基因表達(dá)的角度，提出靶向治療思路。

學(xué)生獨(dú)立思考后可以從圖中獲取如下信息：COL5A1轉(zhuǎn)錄出的mRNA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易被降解；NAT10蛋白能夠?qū)OL5A1 mRNA進(jìn)行乙?；揎?，從而提高COL5A1 mRNA的穩(wěn)定性，使COL5A1蛋白表達(dá)增多，促進(jìn)胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。分析至此，學(xué)生可以輕松寫出COL5A1基因影響胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移的過(guò)程。通過(guò)小組合作交流，學(xué)生提出可以通過(guò)抑制NAT10蛋白的表達(dá)或抑制其活性，從而抑制COL5A1 mRNA的乙?；揎?；可以利用DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶對(duì)COL5A1進(jìn)行甲基化修飾；可以導(dǎo)人單鏈核酸與COL5A1 mRNA堿基互補(bǔ)配對(duì)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)治療。

教師追問(wèn)：大家提出的治療方法是對(duì)COL5A1基因表達(dá)中哪一過(guò)程的調(diào)控？接著點(diǎn)出本節(jié)復(fù)習(xí)課的主題“基因表達(dá)的調(diào)控”。

設(shè)計(jì)意圖：以真實(shí)情境“胃癌”的靶向治療為切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高其復(fù)習(xí)的積極性，同時(shí)作為主線式情境貫穿課堂始終。依托科研成果，旨在鍛煉學(xué)生識(shí)記、理解機(jī)理圖，以及運(yùn)用已學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。以我國(guó)科學(xué)家的研究成果為材料，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感。學(xué)生寫出COL5A1基因影響胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移的過(guò)程，就是復(fù)習(xí)基因的表達(dá)，理解基因表達(dá)與性狀的關(guān)系等基礎(chǔ)知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)框架的過(guò)程。讓學(xué)生從調(diào)控COL5A1基因表達(dá)的角度提出治療思路，幫助其在理解“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”概念的基礎(chǔ)上形成“信息與調(diào)控”的生命觀念，并基于此審視生物學(xué)相關(guān)事件，解決實(shí)際問(wèn)題。

2縱深境脈：分析經(jīng)典例題，提升關(guān)鍵能力

學(xué)生提出的胃癌靶向治療思路，對(duì)應(yīng)基因表達(dá)的不同調(diào)控方式：轉(zhuǎn)錄前水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等?！癛NA干擾”及“CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)”等技術(shù)既可以為實(shí)現(xiàn)胃癌的靶向治療提供參照，其機(jī)理又是學(xué)習(xí)基因表達(dá)調(diào)控方式的好素材。因此，以這些技術(shù)機(jī)理為背景，教師通過(guò)呈現(xiàn)高考真題、命制題目等方式，讓學(xué)生進(jìn)行典例分析，復(fù)習(xí)基因的結(jié)構(gòu)、基因的表達(dá)以及基因工程等知識(shí)，提高關(guān)鍵能力。下面以RNA干擾為背景的原創(chuàng)試題做詳細(xì)闡釋。

如下圖所示，RNA干擾（RNAi）是由小分子RNA介導(dǎo)的一種抑制特殊基因表達(dá)的現(xiàn)象，起作用的有miRNA和siRNA。miRNA是由基因組內(nèi)源DNA編碼產(chǎn)生。siRNA主要來(lái)源于外來(lái)生物，例如宿主體內(nèi)的病毒會(huì)產(chǎn)生異源雙鏈RNA（dsRNA），dsRNA經(jīng)過(guò)核酸酶Dicer的加工后成為siRNA。

（1）miRNA基因的基本組成單位是_______。完成①過(guò)程需要的條件有_______（至少答出兩點(diǎn)），其產(chǎn)物能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（分子內(nèi)雙螺旋）是由于_______。（2）核酸酶Drosha和Dicer都可以切割RNA分子，催化_______鍵的水解，使前體RNA形成成熟RNA。比較成熟nuRNA和siRNA結(jié)構(gòu)，二者都是_______。（3） miRNA和siRNA在細(xì)胞內(nèi)都可以解鏈成單鏈，其中一條鏈可與一種RNA干擾的特異蛋白復(fù)合物結(jié)合，形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RISC）。過(guò)程③miRNA與目標(biāo)mRNA之間不完全互補(bǔ)，進(jìn)而導(dǎo)致_______終止，過(guò)程④RISC復(fù)合體中的siRNA與mRNA之間_______，最終導(dǎo)致mRNA被水解。（4）根據(jù)RNA干擾的機(jī)理，推測(cè)寄生在宿主體內(nèi)的病毒形成siRNA的意義是_______。

設(shè)計(jì)意圖：《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》指出考試應(yīng)以情境為載體。典例以RNA干擾機(jī)制為情境，讓考生在真實(shí)的背景下發(fā)揮核心價(jià)值的引領(lǐng)作用，運(yùn)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決與生物學(xué)有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，全面展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)水平。RNA干擾機(jī)理較為復(fù)雜，將其以非選擇題的形式呈現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)圖文分析，掌握RNA干擾的兩種作用機(jī)制，一種是抑制mRNA的翻譯，另一種是觸發(fā)基因編碼的mRNA的降解，二者都是對(duì)基因表達(dá)過(guò)程中翻譯水平的調(diào)控，從而影響蛋白質(zhì)的合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物性狀的控制。題（1）、（2）、（3）按照機(jī)理圖的流程呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步識(shí)圖、分析圖，提升提取信息和解題能力；內(nèi)容上考查基因的組成、結(jié)構(gòu)以及基因表達(dá)的過(guò)程和條件，注重基礎(chǔ)性。生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，通過(guò)題（4）讓學(xué)生認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的發(fā)展源于對(duì)生命世界的探索，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。學(xué)生通過(guò)圖文閱讀，結(jié)合已有知識(shí)理解與分析，強(qiáng)化邏輯思維和生物學(xué)術(shù)語(yǔ)的科學(xué)表達(dá)能力。

3拓展境脈：技術(shù)遷移運(yùn)用，培養(yǎng)探究能力

通過(guò)上一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)技術(shù)機(jī)理的學(xué)習(xí)思考，教師布置的任務(wù)：為了研究RNA干擾降低COL5A1基因表達(dá)，抑制胃癌細(xì)胞增殖，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？教師點(diǎn)評(píng)學(xué)生觀點(diǎn)后，緊接著呈現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作和結(jié)果：科研人員用三種COL5A1 siRNA，分別與含脂質(zhì)體的試劑混勻，靜置一段時(shí)間后加入培養(yǎng)有胃癌細(xì)胞的6孔板，放入恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)束后，通過(guò)蛋白質(zhì)電泳等技術(shù)檢測(cè)COL5A1蛋白表達(dá)量和胃癌細(xì)胞增殖情況。教師布置任務(wù)：科研人員將COL5A1 siRNA和脂質(zhì)體混勻的目的是什么？實(shí)驗(yàn)中以B-actin（一種細(xì)胞骨架蛋白）作為參照標(biāo)準(zhǔn)，排除或校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作等無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，原因是什么？實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明什么？

設(shè)計(jì)意圖：在前面的教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生從調(diào)控基因表達(dá)的角度提出了治療思路，并學(xué)習(xí)了基于不同調(diào)控水平的技術(shù)機(jī)理。教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證想法，加深對(duì)單一變量原則等實(shí)驗(yàn)原則的理解。教師以圖文形式呈現(xiàn)科研人員的實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果，學(xué)生獨(dú)立思考、小組討論后得出，將COL5A1 siRNA和脂賡體混勻，是用脂質(zhì)體包裹COL5A1 siRNA，保護(hù)并把siRNA送入細(xì)胞內(nèi)（通過(guò)胞吞進(jìn)入細(xì)胞），而實(shí)驗(yàn)中以p-actin作為參照標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)榧?xì)胞骨架蛋白在不同細(xì)胞中的表達(dá)量相對(duì)穩(wěn)定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三種siRNA都能有效降低COL5A1在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)，并使胃癌細(xì)胞的增殖能力降低，證實(shí)了RNA干擾技術(shù)在研究胃癌靶向治療中具有一定的作用。以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境為載體，發(fā)展學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流和討論的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

4升華境脈：溯源研究成果，感悟社會(huì)責(zé)任

教師展示胃癌靶向治療的研究成果：目前已有多種胃癌相關(guān)標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)，2021年，我國(guó)自主研發(fā)的抗HER2（人表皮生長(zhǎng)因子受體2）的單克隆抗體已獲國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)并用于治療，但是胃癌的主要治療手段，也是目前能治愈胃癌的唯一方式是手術(shù)切除。

教師呈現(xiàn)患胃癌的高風(fēng)險(xiǎn)因素和幽門螺桿菌的傳播途徑，提問(wèn)：人們?nèi)绾芜h(yuǎn)離胃癌？課堂進(jìn)入尾聲，讓學(xué)生結(jié)合基因表達(dá)調(diào)控的不同方式，完善知識(shí)框架。

設(shè)計(jì)意圖：胃癌的靶向治療取得了一定的進(jìn)展，讓學(xué)生認(rèn)同技術(shù)能夠造福人類，但是技術(shù)不是萬(wàn)能的。學(xué)生通過(guò)分析患胃癌的高風(fēng)險(xiǎn)因素和幽門螺桿菌的傳播途徑，能夠發(fā)現(xiàn)養(yǎng)成良好的飲食、生活習(xí)慣，具有體檢早篩的意識(shí)才是最重要的。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注健康，崇尚健康文明的生活方式；鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)向他人宣傳關(guān)愛生命的觀念和知識(shí)，成為健康中國(guó)的促進(jìn)者和實(shí)踐者。最后，學(xué)生通過(guò)修正與完善知識(shí)框架，構(gòu)建完整的結(jié)構(gòu)化概念體系。

5總結(jié)

境脈視角下的教學(xué)關(guān)鍵是要建立連續(xù)情境化的學(xué)習(xí)活動(dòng)主線，高三復(fù)習(xí)需要學(xué)生提高綜合能力，應(yīng)以學(xué)生思維活動(dòng)和科學(xué)探究活動(dòng)為主要的學(xué)習(xí)活動(dòng)方式。教學(xué)中選擇真實(shí)的問(wèn)題情境，收集、篩選、組織豐富的圖文資料創(chuàng)設(shè)子情境，在子情境中布置具體任務(wù)，在環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題解決過(guò)程中推動(dòng)活動(dòng)情境的發(fā)展。高三復(fù)習(xí)還需要回歸基礎(chǔ)，擊中典型考點(diǎn)、高頻錯(cuò)點(diǎn)，采用“微專題”的形式展開復(fù)習(xí)，具有“因微而準(zhǔn)、因微而細(xì)、因微而深”等特點(diǎn)，也為復(fù)習(xí)課堂帶來(lái)新的生機(jī)，提高學(xué)生復(fù)習(xí)的主動(dòng)性和效率。

本節(jié)課基于胃癌的靶向治療創(chuàng)設(shè)境脈，從高校教材、學(xué)術(shù)期刊、社會(huì)熱點(diǎn)等方面獲取素材，含有新穎、豐富的圖文，以分析經(jīng)典例題、小組合作學(xué)習(xí)等形式組織教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在生命科學(xué)史的子情境中解決問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的活躍性，提升信息獲取、理解和處理的能力和解題能力。教學(xué)內(nèi)容打破教材章節(jié)壁壘，提高復(fù)習(xí)的針對(duì)性和有效性，也有助于建立生物學(xué)知識(shí)的橫向聯(lián)系。教學(xué)過(guò)程中注重健康文明的生活方式和STS教育的滲透，有效促進(jìn)了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。