李嘉

[摘要] 核心素養(yǎng)作為生物學(xué)科育人價(jià)值的深化，已成為當(dāng)下生物教學(xué)著力踐行的目標(biāo)。本文以“基因突變”一節(jié)課教學(xué)為例，從設(shè)疑激趣，情境導(dǎo)入;邏輯推理，分析探究;合作剖析，深入解釋;豐富資料，有序拓展;聯(lián)系實(shí)際，反饋評(píng)價(jià)等方面落地生物學(xué)科生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的培育。

[關(guān)鍵詞] 基因突變;生命觀念;科學(xué)思維;科學(xué)探究;社會(huì)責(zé)任

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，課堂是學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)的“主戰(zhàn)場(chǎng)”，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)探究。探究的過程需進(jìn)行科學(xué)思維，而科學(xué)思維的運(yùn)用進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的提高;同時(shí)，學(xué)生對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象進(jìn)行分析并總結(jié)歸納、提煉構(gòu)筑生命觀念，應(yīng)用于實(shí)際生活中問題的解決。本文以“基因突變”一節(jié)課為載體，以真實(shí)的情境為線索，探討生物學(xué)科核心素養(yǎng)培育的過程。

一、設(shè)疑激趣，情境導(dǎo)入

教師展示鐮刀型細(xì)胞貧血癥的圖片和布澤爾夫婦一家的照片，并給出布澤爾夫婦的第一個(gè)兒子卡曼尼患病的材料。通過呈現(xiàn)材料，教師提問如何治愈卡曼尼的病，由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)上一章學(xué)習(xí)的基因的表達(dá)內(nèi)容，利用中心法則從分子水平開始對(duì)鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因進(jìn)行分析：血紅蛋白結(jié)構(gòu)異?！刂蒲t蛋白合成的基因堿基對(duì)的排列順序改變。

[設(shè)計(jì)意圖]通過分析鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因，讓學(xué)生理解生物體血紅蛋白結(jié)構(gòu)與血紅蛋白輸氧功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，進(jìn)而生成生命觀念的“結(jié)構(gòu)與功能觀”。通過引導(dǎo)學(xué)生思考基因表達(dá)與生物性狀的內(nèi)在聯(lián)系，逆向推導(dǎo)生物變異的根本原因是基因結(jié)構(gòu)的改變，從而促進(jìn)學(xué)生形成對(duì)生命觀念的微觀認(rèn)識(shí)。

二、邏輯推理，分析探究

學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下以小組為單位對(duì)鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因分析。結(jié)合基因的表達(dá)，通過查閱密碼子表可以推理得出該病的根本原因是基因內(nèi)部某一堿基對(duì)T-A替換為A-T引起的基因結(jié)構(gòu)改變，從而構(gòu)建基因—蛋白質(zhì)—性狀的網(wǎng)絡(luò)圖，理解基因突變的內(nèi)在機(jī)理。那么如何治愈卡曼尼呢？學(xué)生從DNA和蛋白質(zhì)兩個(gè)角度出發(fā)，想到改變卡曼尼細(xì)胞中的DNA序列和輸入正常造血干細(xì)胞等方法來進(jìn)行治療。

[設(shè)計(jì)意圖]該教學(xué)過程關(guān)聯(lián)學(xué)生所學(xué)的已有知識(shí)，以問題驅(qū)動(dòng)促進(jìn)學(xué)生的遷移應(yīng)用，培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生通過關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，分析鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因，并利用所構(gòu)建的個(gè)體知識(shí)圖式去理性思考如何治愈卡曼尼，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任，樹立科技可以造福人類的社會(huì)意識(shí)。

三、合作剖析，深入解釋

將一段DNA序列畫在黑板磁性貼上，教師提出問題：除了堿基對(duì)的替換能改變基因結(jié)構(gòu)，還有哪些情況可以改變基因結(jié)構(gòu)？學(xué)生用黑板磁性貼演示基因結(jié)構(gòu)改變的方式，得出基因突變的3種類型——DNA分子堿基對(duì)的替換、增添和缺失，從而構(gòu)建基因突變的概念。

那么，基因突變一定會(huì)導(dǎo)致性狀的改變嗎？組織學(xué)生進(jìn)行小組探究活動(dòng)——“基因中堿基對(duì)的變化對(duì)生物性狀的影響”。詳細(xì)來說，準(zhǔn)備的材料有：信封（有相應(yīng)的任務(wù)如堿基對(duì)增添、缺失或替換）、一個(gè)正常的基因序列、用于替換或增添的堿基對(duì)、剪刀、黑筆、板擦、吸鐵石、小白板?；顒?dòng)步驟：（1）對(duì)照正?；?，按照信封上的任務(wù)要求，隨機(jī)在這個(gè)基因片段中增添、缺失或替換堿基對(duì);（2）以標(biāo)記的一條DNA鏈為模板，記錄下轉(zhuǎn)錄后的mRNA;（3）查找密碼子表，確定氨基酸（種類和排列順序）是否發(fā)生變化。

[設(shè)計(jì)意圖]通過書寫和分析，學(xué)生發(fā)現(xiàn)原來密碼子的簡(jiǎn)并性能增大基因密碼的容錯(cuò)性，基因中堿基對(duì)的變化不一定會(huì)引起生物性狀的改變。通過小組之間觀察、評(píng)價(jià)書寫的替換堿基、替換堿基的位置數(shù)量、堿基對(duì)的變化形式，發(fā)現(xiàn)基因突變具有不定向性、隨機(jī)性。

四、豐富資料，有序拓展

基因突變對(duì)生物表現(xiàn)型的影響很大，它有什么特點(diǎn)呢？基因突變是否都對(duì)生物有害呢？讓學(xué)生通過一系列的先行組織者材料，突破這一重點(diǎn)。

資料一：無論是真核生物還是原核生物都可能發(fā)生基因突變，病毒也能發(fā)生基因突變。研究人員對(duì)早期的埃博拉病例進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)埃博拉病毒已經(jīng)發(fā)生多代基因突變。——普遍性。

資料二：植物幼苗期可能發(fā)生基因突變，引起整個(gè)植株變異;生長(zhǎng)幼芽時(shí)期也可能發(fā)生基因突變，引起長(zhǎng)成的枝條變異;生長(zhǎng)花芽時(shí)期也可能發(fā)生基因突變，引起一朵花表現(xiàn)出變異。——隨機(jī)性。

資料三：果蠅的眼色基因可以向著不同的方向突變——不定向性，為生物進(jìn)化提供原材料。

資料四：分析統(tǒng)計(jì)幾種基因在自然狀態(tài)下的突變頻率——低頻性。

[設(shè)計(jì)意圖]科學(xué)思維是人類思維的一種高級(jí)形式。學(xué)生通過對(duì)五個(gè)資料進(jìn)行觀察、比較、分析、綜合得出基因突變的特點(diǎn)和意義，總結(jié)基因突變對(duì)遺傳物質(zhì)的影響——不改變基因的數(shù)目，但可能會(huì)導(dǎo)致它編碼的蛋白質(zhì)及相應(yīng)的功能發(fā)生變化，甚至帶來致命的后果。這種利害關(guān)系的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，來自對(duì)某一特定環(huán)境的適應(yīng)，當(dāng)時(shí)間和空間改變后，原來的適應(yīng)和不適應(yīng)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，引起物種的進(jìn)化或淘汰。因此，最終的優(yōu)勝者不一定是最強(qiáng)的個(gè)體而是最適合的個(gè)體。由此，學(xué)生認(rèn)識(shí)到基因突變能為生物進(jìn)化提供原材料，形成了生物學(xué)科的進(jìn)化與適應(yīng)觀。

五、聯(lián)系實(shí)際，反饋評(píng)價(jià)

在最后環(huán)節(jié)，教師聯(lián)系相關(guān)情境，進(jìn)行反饋評(píng)價(jià)。教師詢問學(xué)生：DNA具有穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，什么時(shí)期容易基因突變？細(xì)胞在上述時(shí)期發(fā)生的基因突變一定能遺傳給后代嗎？什么因素會(huì)導(dǎo)致基因突變？如何利用這些因素和基因突變的特點(diǎn)去改善生物性狀，以便為我們所用？我們應(yīng)該怎樣預(yù)防基因突變？

[設(shè)計(jì)意圖]通過問題鏈，追根溯源，探究個(gè)體發(fā)生基因突變的時(shí)間、影響因素。提出太空育種，讓學(xué)生給健康生活提建議，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)存在于身邊的各種能誘發(fā)基因突變的因子，如手機(jī)電腦、拍X光片時(shí)的電磁輻射，燒烤中的苯并芘等等。小組之間相互補(bǔ)充和評(píng)價(jià)各自的建議，教師補(bǔ)充基因自發(fā)突變的資料，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。在討論中運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)為家人、為自己服務(wù)。學(xué)生由衷地意識(shí)到在生活中要時(shí)刻注意，避免與有關(guān)誘發(fā)因素接觸，養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。如此，就激發(fā)了學(xué)生的社會(huì)意識(shí)，加強(qiáng)了他們的社會(huì)責(zé)任感。

本節(jié)課以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，以學(xué)生活動(dòng)為依托，構(gòu)建了基于真實(shí)問題的探究式教學(xué)。總體而言，指向?qū)W科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以多樣化、具身化的活動(dòng)為錨定載體，凸顯學(xué)科育人價(jià)值的深化。

[本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度重點(diǎn)課題“高中生物學(xué)生命觀念素養(yǎng)培育路徑的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：B-b/2018/02/23）研究成果]