張 祥 劉 玲

(1 江蘇省揚(yáng)中高級(jí)中學(xué) 揚(yáng)中 212200; 2 江蘇省揚(yáng)中教師發(fā)展中心 揚(yáng)中 212200)

1 教材分析與設(shè)計(jì)思路

“基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”是人教版高中生物學(xué)教材必修2第3章第4節(jié)內(nèi)容，主要介紹了基因與DNA的關(guān)系以及DNA分子的多樣性和特異性。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了DNA是主要的遺傳物質(zhì)以及DNA分子的結(jié)構(gòu)、DNA分子是如何通過復(fù)制在上下代之間傳遞遺傳信息等內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是對(duì)遺傳物質(zhì)本質(zhì)的再認(rèn)識(shí)。基因、DNA、染色體三者之間關(guān)系的深度理解是本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)，理解基因中脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關(guān)系是教學(xué)難點(diǎn)。

本節(jié)內(nèi)容教師采用問題和任務(wù)驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)學(xué)生逐步建構(gòu)概念的教學(xué)方式，先是通過給定的資料讓學(xué)生自主分析、小組內(nèi)討論，推斷出基因與DNA的關(guān)系；再通過DNA分子結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)，進(jìn)一步明晰遺傳信息與不同基因中堿基排列順序之間的關(guān)系，理解DNA分子的多樣性和特異性；最后通過相關(guān)概念圖的構(gòu)建，讓學(xué)生在頭腦中清晰地構(gòu)建基因、DNA、染色體等之間的關(guān)系，深刻理解“基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段”這一核心概念。

2 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求、學(xué)生要求及學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并圍繞培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1) 通過給定的相關(guān)資料，采用分析、比較、討論、提取等方法，形成基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段、一個(gè)DNA上有很多個(gè)基因的觀念。

(2) 通過動(dòng)手制作模型，并采用演繹推理等方法，認(rèn)識(shí)到DNA分子中堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的，這決定了DNA分子的多樣性和特異性。在操作實(shí)踐、交流討論、引導(dǎo)啟發(fā)中提高科學(xué)思維和科學(xué)探究的能力。

(3) 通過了解用DNA指紋技術(shù)鑒定罪犯及親子鑒定、遺傳鑒別等內(nèi)容，感受科學(xué)技術(shù)在人類社會(huì)生活中的應(yīng)用價(jià)值，落實(shí)社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)。

3 教學(xué)過程

3.1 資料分析，交流研討，推斷基因與DNA的關(guān)系 教師先播放江蘇某化工園區(qū)爆炸事故的部分現(xiàn)場(chǎng)圖片，部分遇難者的面貌已很難辨認(rèn)，那如何才能通過現(xiàn)代科技手段來鑒定遇難者的身份呢？只有通過基因和DNA的鑒定才能實(shí)現(xiàn)。DNA的結(jié)構(gòu)前面已學(xué)習(xí)過，那基因到底是什么呢？與DNA是什么關(guān)系？基因與DNA都是微觀分子，學(xué)生缺乏直觀的印象與認(rèn)識(shí)。教師不能直接簡(jiǎn)單地向?qū)W生灌輸兩者之間的關(guān)系，可以通過相關(guān)事實(shí)資料的呈現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生通過小組內(nèi)的交流討論來解決問題。

資料1： 大腸桿菌細(xì)胞的擬核有1個(gè)DNA分子，長(zhǎng)度約為4 700 000個(gè)堿基對(duì)，在DNA分子上分布著大約4 400個(gè)基因，每個(gè)基因的平均長(zhǎng)度約為1 000個(gè)堿基對(duì)。

資料2： 人類基因組計(jì)劃測(cè)定的是24條染色體(22條染色體+X+Y)上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個(gè)DNA分子。這24個(gè)DNA分子大約有31.6億個(gè)堿基對(duì)。其中，構(gòu)成基因的堿基數(shù)占?jí)A基總數(shù)的比例不超過2%。

問題引導(dǎo)： 資料1、 2中說明了一個(gè)DNA上有多少個(gè)基因？基因與DNA在結(jié)構(gòu)上的關(guān)系是什么？是否每一段DNA都代表了一個(gè)基因？這些問題的回答都需要學(xué)生能夠善于從資料中提取有效信息，如資料1中的有效信息是： 大腸桿菌擬核DNA上有4 400個(gè)基因乘以平均長(zhǎng)度1 000個(gè)堿基對(duì)，基因中的堿基對(duì)總數(shù)約4 400 000個(gè)，小于DNA的4 700 000個(gè)堿基對(duì)，說明了不是每一段DNA都是基因。這些信息提取與分析能力的培養(yǎng)有利于提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。

資料3： 生長(zhǎng)在太平洋西北部的一種海蜇能發(fā)出綠色熒光，這是因?yàn)楹ｒ氐腄NA分子上有一段長(zhǎng)度為5170個(gè)堿基對(duì)的片段——綠色熒光蛋白基因。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)表明，轉(zhuǎn)入了海蜇的綠色熒光蛋白基因的轉(zhuǎn)基因鼠，在紫外線照射下，也能像海蜇一樣發(fā)綠色熒光。

補(bǔ)充資料： 把綠色熒光蛋白基因用技術(shù)手段切成兩部分，然后將其中的一部分轉(zhuǎn)移到小鼠體內(nèi)，結(jié)果小鼠在紫外線的照射下不再發(fā)出綠色熒光。

資料4： 近來的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)的HMGIC基因與肥胖直接相關(guān)。具有HMGIC基因缺陷的實(shí)驗(yàn)鼠與作為對(duì)照的小鼠，吃同樣多的高脂肪食物，一段時(shí)間后，對(duì)照組的小鼠變得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的實(shí)驗(yàn)鼠體重仍然保持正常。

補(bǔ)充資料： 科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，從小鼠體內(nèi)DNA中刪除兩個(gè)大型的非基因片段，每個(gè)約100萬個(gè)堿基對(duì)，失去這些DNA片段的小鼠和它們的后代并沒有性狀變化。

問題引導(dǎo)： ①?gòu)膬啥钨Y料中可以推測(cè)基因的功能是什么？小組內(nèi)可以嘗試通過討論給基因下一定義。②從補(bǔ)充資料中可以看出，基因正常發(fā)揮功能的前提條件是什么？

設(shè)計(jì)意圖： 以問題引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、交流合作來學(xué)會(huì)從材料中提取有用信息，資料1、 2側(cè)重于基因結(jié)構(gòu)的分析，資料3、 4側(cè)重于基因功能的分析，這有利于培養(yǎng)學(xué)生生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀。

3.2 結(jié)合圖示，小組協(xié)作，建構(gòu)知識(shí)關(guān)聯(lián) 教師展示圖1A，讓學(xué)生在仔細(xì)觀察圖中基因、DNA及染色體三者之間的關(guān)系，在小組討論的基礎(chǔ)上，分別試著用自己的話來表述它們的關(guān)系。教師同時(shí)分別將各個(gè)小組提煉出的語(yǔ)句寫在黑板上，讓學(xué)生在自主體悟、小組交流的基礎(chǔ)上，分別選出最恰當(dāng)?shù)脑~句來表述圖1B中的關(guān)系。

(A)

(B)

這里，也有部分學(xué)生不太了解基因在染色體上呈線性排列的意思，教師需要做適當(dāng)點(diǎn)撥： 線性排列就像一根項(xiàng)鏈上的珍珠排列，是串聯(lián)，不是并聯(lián)。展示教材中的染色體上的基因圖，學(xué)生一下就豁然開朗了。

設(shè)計(jì)意圖： 以圖形直觀呈現(xiàn)基因、DNA、染色體三者關(guān)系，作為學(xué)生思考問題的重要支撐，讓學(xué)生自己在思考、推理、探究的基礎(chǔ)上形成對(duì)概念的深刻理解，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生基于實(shí)證的科學(xué)思維與推理的能力。對(duì)于概念教學(xué)，教師要力戒不做任何鋪墊，直接告知學(xué)生概念含義。

3.3 建構(gòu)模型，展示交流，理解遺傳信息含義 在教學(xué)中安排模型建構(gòu)的探究活動(dòng)，讓學(xué)生在動(dòng)手操作與思維碰撞中理解脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關(guān)系。

任務(wù)1： 各小組利用事先分發(fā)的4種脫氧核苷酸模型，合作構(gòu)建一個(gè)含有4個(gè)堿基對(duì)的基因。

思考： DNA分子結(jié)構(gòu)中的哪一部分，可以儲(chǔ)存遺傳信息？是磷酸脫氧核糖骨架還是堿基對(duì)的排列順序？

任務(wù)2： 各小組根據(jù)自己制作的模型，推算由4種脫氧核苷酸構(gòu)建成的含4個(gè)堿基對(duì)的基因可能有多少種(每種脫氧核苷酸數(shù)量足夠)？

提示： 若1個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，有多少種排列方式？若2個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，有多少種排列方式？若3個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，有多少種排列方式？若4個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，有多少種排列方式？拓展： 若n個(gè)堿基對(duì)組成1個(gè)基因，有多少種排列方式？

通過堿基對(duì)排列方式的推算，可以讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到DNA中脫氧核苷酸排列順序的千變?nèi)f化，從而有利于學(xué)生理解自然界中不同生物攜帶的遺傳信息的不同，每個(gè)DNA都有自己獨(dú)特的堿基對(duì)排列順序。

任務(wù)3： 研究表明，每個(gè)人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指紋一樣用來識(shí)別身份，這種方法就是DNA指紋技術(shù)。因?yàn)槊總€(gè)人的DNA指紋都是獨(dú)一無二的，所以我們可以根據(jù)分析指紋圖譜的吻合程度來幫助確認(rèn)身份。

問題引導(dǎo)： ①根據(jù)教材中DNA指紋圖譜(圖略)可以判斷懷疑對(duì)象中幾號(hào)是罪犯？②DNA指紋技術(shù)還可以應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？在測(cè)定人體染色體DNA時(shí)，如果是男性，最好測(cè)定哪條染色體上DNA序列？為什么？

設(shè)計(jì)意圖： 讓學(xué)生動(dòng)手制作DNA結(jié)構(gòu)模型，并采用小組合作、演繹推理等方法，認(rèn)識(shí)并理解DNA分子的多樣性和特異性以及基因中脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關(guān)系。同時(shí)結(jié)合DNA指紋鑒定技術(shù)的應(yīng)用認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)在人類社會(huì)生活中的應(yīng)用價(jià)值。

3.4 整合知識(shí)，建構(gòu)概念圖，明晰基因概念本質(zhì) 課堂的最后階段，讓學(xué)生分小組根據(jù)所學(xué)內(nèi)容整理基因及DNA的相關(guān)知識(shí)，通過概念圖的構(gòu)建來歸納、整理、概括，有利于本節(jié)內(nèi)容中重要概念在學(xué)生頭腦中的內(nèi)化與融合。

思維拓展： 基因一定是有遺傳效應(yīng)的DNA片段嗎？

設(shè)計(jì)意圖： 概念圖的構(gòu)建有助于幫助學(xué)生理清概念知識(shí)體系，讓學(xué)生達(dá)到既能鞏固知識(shí)，又能完善和優(yōu)化學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)對(duì)相關(guān)概念的理解，提升教學(xué)效果。最后通過思維拓展問題，讓學(xué)生對(duì)基因概念有更全面的認(rèn)識(shí)。

4 教學(xué)反思

整個(gè)教學(xué)過程采用資料分析、模型建構(gòu)、小組合作、分組展示等方式，每個(gè)階段教師均有明確的問題和任務(wù)引領(lǐng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，參與積極性較高，整個(gè)教學(xué)過程體現(xiàn)了“學(xué)為中心”的教學(xué)理念，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、動(dòng)手能力、合作意識(shí)等都有積極的作用。