白建秀 （北京市朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100028）

“基因?qū)π誀畹目刂啤笔侨私贪妗侗匦?·遺傳與進(jìn)化》第四章第二節(jié)的課題，包括“中心法則的提出及其發(fā)展”和“基因、蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系”兩部分內(nèi)容。下面重點(diǎn)討論第二部分內(nèi)容，該部分需要解答兩個(gè)核心問題。

第一個(gè)核心問題：為什么說基因控制生物體的性狀？

這個(gè)問題是基礎(chǔ)問題，教師可以按照?qǐng)D1的方式對(duì)剛學(xué)習(xí)過的“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”內(nèi)容做簡(jiǎn)單回顧，DNA（基因）→RNA→蛋白質(zhì)的過程既是基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，也將是本節(jié)課的主線。因?yàn)橛辛说鞍踪|(zhì)，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，從而就能體現(xiàn)生物體的性狀，因此基因通過控制蛋白質(zhì)的合成控制了性狀。

圖1 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的示意圖

第二個(gè)核心問題：基因如何控制生物體的性狀？

這個(gè)問題是學(xué)生學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容需要重點(diǎn)解決的問題。如何能讓學(xué)生自己得出“基因通過控制結(jié)構(gòu)蛋白、功能蛋白直接或間接控制生物體性狀”的兩條途徑；如何能讓學(xué)生自己體會(huì)到“基因與性狀、基因與基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境”之間的復(fù)雜相互作用關(guān)系，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解，是針對(duì)當(dāng)前課堂教學(xué)改革由知識(shí)本位轉(zhuǎn)向素養(yǎng)本位，教師備課過程中應(yīng)著力思考的內(nèi)容。

基于上述分析與思考，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)制定如下：

①能從分子水平并運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀說明基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，從而得出對(duì)性狀控制的兩條途徑，并能解釋其中的原因（生命觀念）。

②通過資料閱讀與分析，解讀能力、比較與分類能力、歸納概括能力以及論證能力均得到一定的訓(xùn)練（科學(xué)思維）。

③在各種事例的學(xué)習(xí)過程中，感受基因?qū)π誀羁刂七^程的精準(zhǔn)性與復(fù)雜性，進(jìn)而能在具體的生命現(xiàn)象中學(xué)會(huì)解釋并解決生物學(xué)問題（社會(huì)責(zé)任）。

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》教學(xué)建議中明確指出：組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，而要引導(dǎo)和組織學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，就需要為探究性學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境，即提供教學(xué)素材，合理選擇與有效運(yùn)用教學(xué)素材是完成教學(xué)任務(wù)、達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的重要條件，是知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的最好途徑。

1 圍繞教學(xué)目標(biāo)①，教師示范與小組合作相結(jié)合，落實(shí)生命觀念

教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)中應(yīng)達(dá)成的學(xué)科核心素養(yǎng)要求、教學(xué)內(nèi)容的難易程度與學(xué)生本身認(rèn)知水平和接受程度，對(duì)選取的教學(xué)素材做一個(gè)合理的規(guī)劃。教師只有有效運(yùn)用、處理好教學(xué)素材，才能呈現(xiàn)精彩的課堂教學(xué)，使學(xué)生的獲得感更強(qiáng)。

素材1：超過90%的人血紅蛋白是由兩條α鏈和兩條β鏈構(gòu)成，共574個(gè)氨基酸。每一條肽鏈都能結(jié)合一個(gè)含有鐵原子的環(huán)狀血紅素，氧氣能夠結(jié)合在鐵原子上，被血紅蛋白運(yùn)送到全身各處。

素材2：在人體的11號(hào)染色體上存在一段含5萬個(gè)堿基對(duì)的C基因，能夠表達(dá)出一個(gè)包含529個(gè)氨基酸的酪氨酸酶（TYR），TYR能夠在黑色素細(xì)胞中進(jìn)一步催化酪氨酸最終生成黑色素，使我們的皮膚、毛發(fā)及眼睛具有顏色。

為幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)框架、做好“直接與間接控制生物體性狀”的鋪墊，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的有效性，教師可以將上述兩則教學(xué)素材作為教學(xué)示例，主要從分子水平運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀，帶領(lǐng)學(xué)生分析為什么血紅蛋白和酪氨酸酶分別是基因控制生物體性狀的兩條途徑，讓學(xué)生體會(huì)：

①血紅蛋白基因中遺傳信息改變與否是會(huì)通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程影響到血紅蛋白的結(jié)構(gòu)，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)直接影響其功能的發(fā)揮，進(jìn)而影響紅細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致人體出現(xiàn)不同的生理特征即性狀。學(xué)生明白只有這樣的蛋白質(zhì)是結(jié)構(gòu)蛋白（反饋人教版必修1教材P23“結(jié)構(gòu)蛋白”）。它是構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)，會(huì)直接影響生物體性狀。

②酪氨酸酶基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，能夠合成酪氨酸酶，而酪氨酸酶不是構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。學(xué)生已知酶是生物催化劑，對(duì)細(xì)胞中各種生化反應(yīng)起催化作用，由教學(xué)素材中信息可知，此酶在黑色素細(xì)胞中能將酪氨酸催化，最終生成黑色素，使皮膚、毛發(fā)及眼睛具有顏色。這個(gè)示例顯然與血紅蛋白的例子不同。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)是基因通過控制酶的合成來控制細(xì)胞代謝的過程，進(jìn)而控制性狀的，以此理解“間接”與“直接”的不同。

知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的最佳途徑是設(shè)計(jì)“自主探究”的學(xué)科能力活動(dòng)。在教師示范性引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)了“基因控制生物體性狀的兩條途徑”后，素材3、4和5可以作為小組活動(dòng)的內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。學(xué)生先獨(dú)立思考再組內(nèi)交流討論，然后以組為單位按照教師示范的知識(shí)框架展示學(xué)習(xí)成果并用生物學(xué)語言表達(dá)，特別是對(duì)素材5的遷移運(yùn)用。

素材3：CFTR基因位于人體的第7號(hào)染色體上，能編碼一個(gè)含有1480個(gè)氨基酸的跨膜蛋白（CFTR蛋白），該蛋白可以有效轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子。研究發(fā)現(xiàn)大約70%的患者中，CFTR基因缺失了3個(gè)堿基對(duì)，導(dǎo)致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，使氯離子蛋白通道異常關(guān)閉?；颊吆挂褐新入x子濃度升高，支氣管被異常的黏液堵塞，細(xì)菌在肺部大量滋生，常于幼年時(shí)死于肺部感染。

素材4：淀粉分支酶是合成支鏈淀粉的關(guān)鍵酶，由SBEⅠ基因表達(dá)。淀粉能夠吸水膨脹。當(dāng)豌豆成熟時(shí)，淀粉含量高的籽粒能有效地保留水分，顯得圓圓胖胖，故為圓粒。若SBEⅠ基因中被插入了一段約800個(gè)堿基對(duì)的DNA序列后，則轉(zhuǎn)錄的mRNA變長(zhǎng)，翻譯出的多肽減少了61個(gè)氨基酸，降低了淀粉分支酶活性。當(dāng)豌豆成熟時(shí)，淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮，故表現(xiàn)為皺粒。

素材5：胰島素是胰腺內(nèi)胰島β細(xì)胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素，由11號(hào)染色體上的胰島素基因指導(dǎo)合成為51個(gè)氨基酸、兩條肽鏈具有一定空間結(jié)構(gòu)的胰島素。胰島素通過促進(jìn)組織細(xì)胞加速攝取、利用和儲(chǔ)存葡萄糖，轉(zhuǎn)化糖原、脂肪、某些氨基酸等作用，從而降低血糖。

上述5則教學(xué)素材有意識(shí)地涵蓋了植物動(dòng)物和人類的例子，且都在引導(dǎo)學(xué)生按照?qǐng)D1所示的過程，即從分子水平解釋如何出現(xiàn)的各種性狀，體現(xiàn)了控制生物體性狀的兩條途徑，滲透了結(jié)構(gòu)與功能觀，很好地落實(shí)了生命觀念。

2 圍繞教學(xué)目標(biāo)②，教師設(shè)問與學(xué)生表達(dá)相結(jié)合，落實(shí)科學(xué)思維

蘇霍姆林斯基曾經(jīng)說過：“在人的內(nèi)心深處都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！苯處熥鳛閷W(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的組織者、引領(lǐng)者與合作者，要不斷挖掘、積累素材，選擇、加工素材，科學(xué)、使用素材，要讓學(xué)生在課堂獲得的不僅僅是感性的現(xiàn)象，還有理性的思考和啟迪。

在教學(xué)素材3、4和5的小組合作學(xué)習(xí)中，教師可以事先擬好便于學(xué)生獨(dú)立思考的幾個(gè)問題：

①說出每個(gè)素材中的基因控制正常蛋白質(zhì)的過程及其表現(xiàn)的性狀，并解釋導(dǎo)致異常蛋白質(zhì)的原因。

②判斷每個(gè)素材中基因控制性狀的途徑是什么？為什么？

學(xué)生獨(dú)立思考后，組內(nèi)先交流，隨后組間匯報(bào)交流，用以達(dá)成“通過資料閱讀與分析，訓(xùn)練學(xué)生的解讀能力、比較與分類能力、歸納概括能力”。教師結(jié)合圖2和圖3幫助學(xué)生梳理邏輯關(guān)系，也可以針對(duì)素材4，再提出“增加800個(gè)堿基對(duì)，為什么翻譯出的多肽還少61個(gè)氨基酸”等問題。學(xué)生通過表達(dá)，呈現(xiàn)思維路徑，對(duì)思維品質(zhì)的訓(xùn)練起到一定的促進(jìn)作用。

教師通過精選教學(xué)素材，能使教學(xué)素材更有效地服務(wù)于課堂教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生通過對(duì)教學(xué)素材的評(píng)述，最大程度地吸收教學(xué)內(nèi)容。這些素材可以幫助學(xué)生再闡明像酶、蛋白質(zhì)類激素等蛋白質(zhì)在生命體中的作用，從而使學(xué)生更好地理解這條途徑。

圖2 CFTR基因的致病過程

圖3 皺粒性狀的體現(xiàn)過程

再如，在揭示“基因通過蛋白質(zhì)的合成直接或間接控制生物體的性狀”的途徑后，如何讓學(xué)生能夠體驗(yàn)“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成來控制生物體性狀”的這條道路上并不“平坦”?；蚩刂菩誀畹倪^程會(huì)受到很多內(nèi)部微環(huán)境和外部環(huán)境因素影響的，事實(shí)上多數(shù)情況也不是一個(gè)基因?qū)?yīng)一個(gè)性狀的，生物體表現(xiàn)出的各類性狀其實(shí)就像是“過五關(guān)斬六將”。教師需要搜集、選編切合學(xué)生實(shí)際的真實(shí)的教學(xué)素材，讓學(xué)生體驗(yàn)到這些事實(shí)。

素材6：矮牽牛的花色主要由花青素決定，當(dāng)花青素缺失時(shí)，矮牽牛的花色表現(xiàn)為白色。圖4展示的是矮牽牛細(xì)胞中花青素（非蛋白質(zhì)）合成的部分途徑。

圖4 矮牽牛細(xì)胞中花青素合成的部分途徑

教師設(shè)置以下層層遞進(jìn)的問題：

①藍(lán)色矮牽?；ㄉ墙?jīng)過怎樣的過程形成的？

②矮牽牛的花色性狀是通過基因控制哪個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)的？

③花色為紅色的矮牽牛細(xì)胞中至少需要幾個(gè)基因控制？磚紅色或藍(lán)色呢？

④從矮牽?；ㄉ哪骋环N顏色（性狀）看，基因與性狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系是什么？

這個(gè)教學(xué)素材以形成矮牽牛藍(lán)色花為例，至少需要3個(gè)關(guān)鍵酶，即至少需要3個(gè)基因控制。學(xué)生會(huì)從實(shí)實(shí)在在的例子中自己體會(huì)到“基因與性狀并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系”。而且對(duì)花青素是否會(huì)如期形成藍(lán)色，學(xué)生由已學(xué)知識(shí)可知，酶的活性受溫度、pH等因素影響的，所以會(huì)對(duì)基因與性狀的關(guān)系有進(jìn)一步的理解。

在矮牽牛花色形成的真實(shí)情境中，教師通過設(shè)置一些由淺至深的問題，引發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)參與其中，主動(dòng)獲取知識(shí)，構(gòu)建新知，養(yǎng)成思考的習(xí)慣以及形成正確的思維方式，對(duì)落實(shí)核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維起到助推作用。

3 圍繞教學(xué)目標(biāo)③，科研實(shí)驗(yàn)與學(xué)生解釋相結(jié)合，落實(shí)社會(huì)責(zé)任

教師提供實(shí)驗(yàn)1：在紅色矮牽牛中，有一段不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列（Tpn3），Tpn3可以在不同的染色體之間“跳躍”，并整合到所“跳”的DNA中，當(dāng)這段“跳躍的”Tpn3插入到CHS基因序列中時(shí)，矮牽牛原本紅色的花瓣，會(huì)出現(xiàn)大量白色部分。請(qǐng)從分子水平用已有的知識(shí)進(jìn)行解釋。

實(shí)驗(yàn)2：科學(xué)家將一段外源DNA導(dǎo)入到矮牽牛中，該基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可與CHS基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物堿基互補(bǔ)配對(duì)，形成一條不穩(wěn)定的雙鏈RNA，并隨后被RNA酶迅速降解。根據(jù)此信息，請(qǐng)寫出花色可能出現(xiàn)的變化并從分子水平予以解釋。

實(shí)驗(yàn)3：據(jù)科學(xué)家研究，在矮牽牛藍(lán)、白色的復(fù)色品種中，藍(lán)色部分和白色部分的多少，受到環(huán)境溫度影響很大，在30℃～35℃時(shí)，花色多為藍(lán)色或紫色，可在15℃時(shí)，花是白色的。請(qǐng)說出是什么因素對(duì)花色有影響。

……

在這一教學(xué)過程中，教師通過搜集科研人員對(duì)矮牽?；ㄉ嗄暄芯康恼鎸?shí)情境的教學(xué)素材，創(chuàng)設(shè)系列清晰明朗的問題，讓學(xué)生層層剝筍，找到問題的核心和本質(zhì)，在爭(zhēng)辯和思考中清晰知識(shí)、建構(gòu)知識(shí)、內(nèi)化知識(shí)。這樣也彌補(bǔ)了教材的空缺，使學(xué)生產(chǎn)生對(duì)基因與性狀非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系的認(rèn)識(shí)，體驗(yàn)基因與基因、基因與基因產(chǎn)物、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，能夠更好地達(dá)成“感受基因?qū)π誀羁刂七^程的精準(zhǔn)性與復(fù)雜性，進(jìn)而能在具體的生命現(xiàn)象中學(xué)會(huì)解釋、解決生物學(xué)問題”，以落實(shí)社會(huì)責(zé)任的教學(xué)目標(biāo)。

教師選擇教學(xué)素材應(yīng)為達(dá)成圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)、體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)而確定的教學(xué)目標(biāo)服務(wù)。如果教學(xué)素材不能為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)服務(wù)，只為求新求異，那么再精彩的內(nèi)容也會(huì)顯得華而不實(shí)、畫蛇添足、浮筆費(fèi)墨。

實(shí)踐證明，教師圍繞教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)素材有效運(yùn)用，能更好地營(yíng)造有利于學(xué)生自主探究的課堂氛圍，使學(xué)生發(fā)生真實(shí)而有深度的學(xué)習(xí)，從而感嘆自然的力量、生命的神奇，體會(huì)自主學(xué)習(xí)的快樂和分享成功的喜悅，并有利于實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)與生成的統(tǒng)一，最終落實(shí)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為高中生物課堂帶來精彩。