吳雷鳴

摘要：高三生物教學學時緊張、要求高，需要在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)最好的復習效果，避免“炒冷飯”。《基因工程》一輪復習課，以一個大問題“如何培育綠色熒光大腸桿菌”引領和若干個子問題驅(qū)動，助推學生構(gòu)建“基因工程”的知識框架。其中，特別注意了問題設計和課堂預設與生成兩個方面的問題。

關(guān)鍵詞：問題驅(qū)動一輪復習《基因工程》

高三生物教學學時緊張、要求高，需要在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)最好的復習效果，避免“炒冷飯”。對此，筆者也做了積極的探索與嘗試?！痘蚬こ獭芬惠啅土晻r，以一個大問題“如何培育綠色熒光大腸桿菌”引領和若干個子問題驅(qū)動，助推學生構(gòu)建“基因工程”的知識框架。

一、教學過程

（一）引領問題的提出

師

（出示綠色熒光水母圖片，如圖1）我們班一位同學受綠色熒光水母的啟發(fā)，想要培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌，你們能幫助他思考有哪些培育方法嗎？

（奇特的圖片一出現(xiàn)，加上本班同學提出的問題，學生的好奇心立即被調(diào)動起來，紛紛提出自己的觀點。）

生

誘變育種。

生

如果用誘變的方法不一定能得到綠色熒光大腸桿菌。

生

基因突變是不定向的，所以需要大量處理供試材料，可以用基因工程育種。

師

那么，與誘變育種相比，基因工程育種的優(yōu)點是——

生

定向改造生物性狀。

師

既然誘變育種的方向不確定，而雜交育種目的性強且可預見，那么可不可以用雜交育種的辦法呢？

生

不能，因為水母與大腸桿菌之間存在生殖隔離。

師

所以我們選擇基因工程育種，可以克服遠源雜交不親和的障礙。若采用基因工程育種，你們會怎么做？

生

先確定目的基因，即綠色熒光水母的熒光蛋白基因。

生

還要確定受體細胞，即大腸桿菌。

師

不同生物之間能實現(xiàn)基因拼接的原因是——

生

DNA都是由四種脫氧核苷酸形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

師

一種生物的基因能在另一種生物體內(nèi)表達的原因是——

生

不同生物共用一套遺傳密碼。

“培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌”是一位學生在課間交流時提出的，筆者當時覺得這是一個很好的問題，既能將本專題內(nèi)容（基因工程的特點、優(yōu)點、操作步驟等）串起來，又能驅(qū)動學生去比較基因工程育種與其他育種方式的利與弊。由于是身邊同學提出的問題，課堂一開始就呈現(xiàn)出興趣盎然、群策群力的熱烈氛圍，有效激發(fā)了學生的學習興趣和動機。

本節(jié)課的內(nèi)容不僅是教學重點，也是考綱中的主干知識，內(nèi)容繁多且抽象，有一定的難度。所以，在設計驅(qū)動問題時，筆者特別強化了基因工程的概念和操作步驟等知識的回顧，引領學生把散落在不同章節(jié)的相關(guān)知識點聯(lián)系起來，整合出一個相對完整的生物學“大概念”（基因工程），有效幫助學生建立連貫、系統(tǒng)的知識體系。

（二）問題驅(qū)動辨析

師

（出示表1）請同學們仔細觀察表格中四種不同的限制酶的識別序列及切割位點，你能得出什么結(jié)論？

生

限制酶只能催化特定的核苷酸序列并使特定位點的磷酸二酯鍵水解。如BamHⅠ酶的識別序列是GGATCC，切割位點是G與G之間的磷酸二酯鍵。

師

限制酶作為生物催化劑，其催化作用具有高效性、專一性等特點。

生

不同的限制酶處理DNA后，有的形成黏性末端，有的形成平末端。

師

目前，基因工程中廣泛使用的限制酶切割方式有兩種：錯位切產(chǎn)生的是黏性末端，平切產(chǎn)生的是平末端。

生

不同的限制酶也可能產(chǎn)生相同的黏性末端，如BamHⅠ酶和BclⅠ酶。

師

請同學們進一步思考：不同種限制酶處理相同的DNA序列，產(chǎn)生的末端相同嗎？

生

不一定相同。

師

對的。我們可以進一步推出：DNA連接酶作用的末端不一定是同種限制酶切割形成的;連接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割，如分別用BamHⅠ酶和BclⅠ酶處理同一種DNA片段后形成的黏性末端能相連，（出示圖2）但是連接后形成的DNA片段不能再被這兩種限制酶識別。

限制酶作為“分子剪刀”，是基因工程操作中的重要工具酶，也是高考試題中的高頻考點。筆者通過讓學生觀察不同酶的識別序列及切割位點，驅(qū)動學生主動思考，在感知、內(nèi)化過程中形成準確的生物學概念。當學生能總結(jié)出不同種限制酶處理相同的DNA序列產(chǎn)生的末端不一定相同時，他們對限制酶概念的理解已經(jīng)立體化，能多維度地剖析問題了。這也是后面單酶切、雙酶切學習的基礎?！斑B接后形成的DNA片段不一定能再次被原先的限制酶切割”這一觀點，不僅讓學生體會到生物學的概念靈活性之強，更能激起學生對基因工程濃厚的興趣和探究之心。

（三）問題驅(qū)動反思

師

（出示圖3、圖4）現(xiàn)有某載體，其上有一至多個限制酶切位點，圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點。請選擇合適的限制酶用于構(gòu)建基因表達載體。

生

用EcoRⅠ處理。

生

不好，會產(chǎn)生相同的黏性末端。

生

可以用雙酶切，用EcoRⅠ和BamHⅠ處理，避免產(chǎn)生相同的黏性末端。

生

也可以用EcoRⅠ和HindⅢ處理。

……

師

同學們各抒己見，很好！現(xiàn)在我們一起來觀察一下，質(zhì)粒上共存在四種酶切序列，首先我們能否選擇SmaⅠ酶？

生

不能，因為目的基因內(nèi)部存在SmaⅠ酶的識別序列，會破壞目的基因。

師

對，限制酶應選擇切點位于目的基因兩端，且質(zhì)粒上也有的。目的基因內(nèi)部不能有相關(guān)酶的識別序列。這樣，質(zhì)粒上還有三種酶的識別序列及切割位點，大家可以討論看看有幾種方案？

（學生討論。）

師

大家有這么多好的想法！我們來比較一下，只用EcoRⅠ一種限制酶和使用BamHⅠ、Hind Ⅲ兩種限制酶這兩種方案，即比較單酶切和雙酶切。

（學生比較，師生共同總結(jié)，得到表2中的結(jié)論。）

本專題內(nèi)容對學生來說難點較多，如果處理不好，教師會停留在概念的復述和操作步驟的簡單介紹層面，學生變成簡單地死記硬背。而通過問題驅(qū)動，學生在討論中經(jīng)歷概念的形成過程，理清知識的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建起更加穩(wěn)固的知識體系。構(gòu)建基因表達載體（復制原點+啟動子+目的基因+終止子+標記基因）是基因工程操作的核心步驟。因為要得到符合人類意愿的基因表達產(chǎn)物，就要確保目的基因能順利導入受體細胞并穩(wěn)定遺傳和表達。而這些又取決于目的基因與載體的結(jié)合情況，因此限制酶的選擇至關(guān)重要，會直接影響到該核心步驟的成功率。如何通過問題讓學生在分子水平上理解并學會選擇限制酶，是本節(jié)課需要重點突破的問題。本環(huán)節(jié)設置的這道題由淺入深，切入門檻低，學生也能有感而發(fā)。課堂討論熱烈，學生在不斷研判、不斷爭論、不斷反思過程中逐漸理清邏輯，不僅學會了如何選擇限制酶構(gòu)建基因表達載體，還真正理解了為什么要構(gòu)建基因表達載體。

（四）問題驅(qū)動遷移

（教師出示題目：Bam HⅠ和Bgl Ⅱ兩種限制酶的識別序列及切割位點如圖5所示，科學家發(fā)現(xiàn)，通過圖6中的①過程獲得的重組質(zhì)粒成功導入受體細胞后，經(jīng)培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)約有50%的細胞能正常表達目的基因產(chǎn)物，請說明原因。學生思考。）

師

為什么約有一半細胞不表達？

生

因為目的基因與質(zhì)粒結(jié)合時存在正接和反接兩種情況，所以會產(chǎn)生兩種重組質(zhì)粒。

師

題干中正常表達的含義是什么呢？

生

指DNA通過轉(zhuǎn)錄、翻譯合成出蛋白質(zhì)。

師

表達成功的標志是——

生

產(chǎn)生目的基因編碼的蛋白質(zhì)或產(chǎn)生相應性狀。

師

由此，同學們可以體會到表達和表達成功在基因工程中的含義了?；蚬こ叹褪前凑杖祟惖囊庠?，使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在并且可以遺傳至下一代，即目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。

復習課中知識的回顧不是終點而是起點，更重要的是教師能通過設置研究情境，驅(qū)動學生解決問題。所以，本節(jié)課通過系列問題驅(qū)動學生構(gòu)建好知識體系后，再通過一道高考立意的綜合題，引領學生在新的情境中應用所學知識解決問題。通過三個具有層次性的追問，不僅可以有效降低“切題”門檻，以分析為基礎，理清題干背后隱藏的知識點，而且能有效銜接選修和必修知識，促使學生重組知識以形成新的知識體系，使知識具備成長性。

二、教學思考

高三階段，復習課是最常態(tài)的教學形式，學生已有一定的知識基礎，缺少新鮮感，所以更需要教師花心思、花精力去研究學情，研究考綱，研究教育心理。

“基因工程”是生物選修模塊《現(xiàn)代生物科技專題》的教學內(nèi)容，也是生命科學中最具活力的前沿領域之一，基礎性知識要求高，涉及技術(shù)名詞多，學生理解起來頗有難度;同時，整章之間也體現(xiàn)了“STS（科學、技術(shù)、社會）”教育思想，對教師的教學也提出了較高的要求。因此，《基因工程》一輪復習課，要在必修課基礎上，引導學生深入了解基因工程的基本原理和操作流程，了解基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境保護等方面的廣泛應用及發(fā)展前景，以開闊學生的科技視野，提高他們對生物科學技術(shù)的興趣。

本節(jié)課以基因工程的操作步驟為脈絡，以“培育綠色熒光大腸桿菌”為引領，以多個“子問題”為驅(qū)動，促使學生在一個具體情境中整合、歸納基因工程操作步驟的知識體系。其中，還特別注意了以下兩個方面：

（一）問題的設計

問題是激發(fā)學生學習的原動力。每個專題復習前，教師可以問自己幾個問題：本專題的重點是什么？學生的需求是什么？教師需要解決哪些問題？圍繞這些“自我拷問”再結(jié)合考綱去設計問題，得到的問題往往是針對某一特定學習任務的設問或情境，其中大部分來源于學生的學情（已有觀點或困惑），小部分來自教學過程中的生成。

例如，本節(jié)課的教學內(nèi)容是“基因工程”，為了幫助學生理解基因工程知識的結(jié)構(gòu)體系，教師通過一個大問題“如何培養(yǎng)綠色熒光大腸桿菌”引領、通過若干“子問題”驅(qū)動，這樣，知識體系就被拆成一個個小知識點，隱藏在各個“子問題”背后。學生通過一步一步地解決“子問題”，習得其背后的知識點，理順知識點之間的邏輯關(guān)系，進而構(gòu)建自己的知識體系。

（二）課堂預設與生成

教學是個動態(tài)過程，每個學生的認知水平、思維方式皆有差異。雖然課前教師精心設計了多個教學環(huán)節(jié)，但是在真實的情境中往往不一定能順利開展。

本節(jié)課中也遇到了類似問題，在導入環(huán)節(jié)，有學生回答用染色法去獲得綠色熒光大腸桿菌，其他學生有的覺得好笑，有的覺得也可以。如果處理不當，會引起課堂方向的走偏，且會帶來學生思維上的模糊。對此，教師首先肯定了他的“奇思妙想”（畢竟是一種方法），然后引導學生結(jié)合課題要求，分析可遺傳變異、不可遺傳變異的區(qū)別（前者是遺傳物質(zhì)改變;后者只是由環(huán)境帶來的變化導致的性狀改變，遺傳物質(zhì)未變），讓學生的思維活動重新回到本節(jié)課的研究主題。

回過頭來想，教學時能機智應對，一則心中不慌，這與充分備課有關(guān);二則有備而來，這得益于平時能堅持記錄課堂預設及生成的案例所積累的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 楊玉東，徐文彬.本原性問題驅(qū)動課堂教學：理念、實踐與反思[J].教育發(fā)展研究，2009（20）.

[2] 胡學發(fā).“問題驅(qū)動、多元導學”教學法研究[J].當代教育科學，2012（20）.