山西省晉中市榆次第二中學(xué)校 智 媛 楊 康

山西省晉中市教育局 岳 麗

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出，教學(xué)設(shè)計要以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為宗旨，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任”，是生物學(xué)學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，為教師教學(xué)活動的設(shè)計指明了方向。單元教學(xué)設(shè)計是一種介于課程規(guī)劃與課時教學(xué)設(shè)計之間的中觀層面的教學(xué)設(shè)計，是落實核心素養(yǎng)發(fā)展的行之有效的教學(xué)策略?！敖虒W(xué)評”一體化教學(xué)設(shè)計理念強調(diào)學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)活動和達(dá)成評價之間的對應(yīng)程度，關(guān)注“學(xué)生到哪里去、怎么去那里、是否去了那里”的問題。本文嘗試以《基因的表達(dá)》為例，進行單元教學(xué)設(shè)計，從而促進學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、單元教學(xué)內(nèi)容分析

本單元探討基因是如何起作用的，介紹了遺傳信息的傳遞和表達(dá)、遺傳信息對性狀的控制、遺傳信息表達(dá)的調(diào)控等內(nèi)容，圍繞三個核心問題的解決按照以下邏輯關(guān)系展開：首先，解決“基因在生物體中如何表達(dá)？”的問題，DNA的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯表達(dá)為具有一定氨基酸序列的蛋白質(zhì)，在遺傳信息流動的整個過程中需要ATP提供能量，由此讓學(xué)生形成“生命是物質(zhì)、信息、能量的統(tǒng)一體”的生命觀念；其次，解決“基因表達(dá)與性狀之間有何種關(guān)系？”的問題，基因通過兩種方式控制生物體的性狀，一方面通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)直接控制生物體的性狀，另一方面通過控制酶的合成控制代謝過程進而控制生物體的性狀；同時，生物體多種性狀的形成以細(xì)胞分化為基礎(chǔ)，而細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果；最后，解決“基因表達(dá)在生物體中是如何受到調(diào)控的？”的問題，基因什么時候表達(dá)、在哪種細(xì)胞中表達(dá)以及表達(dá)水平的高低都是受到調(diào)控的，而這種調(diào)控與表觀遺傳有著密切的聯(lián)系。基于以上分析，建構(gòu)本單元的知識結(jié)構(gòu)圖（見圖1）。

圖1 單元知識結(jié)構(gòu)

本單元幫助學(xué)生建立的是兩個次位概念：“次位概念1——概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，生物的性狀主要通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)?！薄按挝桓拍?——概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象。”進一步幫助學(xué)生構(gòu)建重要概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”，對學(xué)生形成“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的核心概念具有重要作用，加深了學(xué)生對遺傳本質(zhì)的理解。

二、單元教學(xué)設(shè)計思路

本單元教學(xué)設(shè)計，以“教學(xué)評”一體化的教學(xué)設(shè)計理念為指導(dǎo)，基于課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)情況制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對核心素養(yǎng)的不同水平要求，設(shè)計評價任務(wù)和評價標(biāo)準(zhǔn)，以單元核心問題的解決為學(xué)習(xí)方向，采取“情境創(chuàng)設(shè)、問題導(dǎo)學(xué)、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)策略，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，提出指向高階思維的問題，布置進階性的任務(wù)，組織體驗化和探究化的活動，幫助學(xué)生建構(gòu)概念并發(fā)展核心素養(yǎng)。

在《基因的表達(dá)》單元教學(xué)設(shè)計中，用大情境“1978年，科學(xué)家將人的胰島素基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，利用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素”貫穿整個單元教學(xué)，共解決3個單元核心問題，具體設(shè)計方案如下。

單元核心問題1：基因在生物體中是如何表達(dá)的？在解決此單元核心問題時，提出“具體課時問題1：胰島素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)入的胰島素基因是如何表達(dá)出胰島素的？”設(shè)計兩個學(xué)習(xí)任務(wù)，分別為“任務(wù)1：概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程”和“任務(wù)2：概述遺傳信息的翻譯過程，闡明中心法則的內(nèi)容”。

單元核心問題2：基因表達(dá)與性狀之間有何種關(guān)系？在解決此單元核心問題時，提出“具體課時問題2：轉(zhuǎn)基因大腸桿菌可以表現(xiàn)出產(chǎn)生胰島素的新性狀?；蛉绾慰刂粕矬w的性狀？同一生物體的多種性狀又是如何形成的？”設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)為“任務(wù)3：舉例說明基因?qū)π誀畹目刂品绞?，闡明細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果”。

單元核心問題3：基因表達(dá)在生物體中是如何受到調(diào)控的？在解決此單元核心問題時，提出“胰島素基因在大腸桿菌體內(nèi)不一定表達(dá)?；虻谋磉_(dá)受哪些因素的調(diào)控或影響？”設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)為“任務(wù)4：概述表觀遺傳現(xiàn)象”。

三、單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

基于對課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求、教材內(nèi)容以及學(xué)情的分析，制定本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)如下。

（一）生命觀念

能運用生命的信息觀，闡明細(xì)胞中時刻進行著遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，舉例說明基因、蛋白質(zhì)、性狀之間建立的關(guān)系實質(zhì)上是遺傳信息的傳遞、表達(dá)和調(diào)控；基于地球上幾乎所有的生物共用一套遺傳密碼的事實，運用生物進化觀，認(rèn)識生物界的統(tǒng)一性，認(rèn)同生物可能有共同的起源；運用結(jié)構(gòu)與功能觀，解釋RNA作為DNA信使的條件。

（二）科學(xué)思維

能基于遺傳密碼破譯的科學(xué)史，運用演繹推理的方法分析堿基與氨基酸的對應(yīng)關(guān)系；能基于給定的生物學(xué)事實，分析歸納基因控制性狀的兩種方式，分析概括細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果，分析闡明表觀遺傳的本質(zhì)與機理；能基于生物學(xué)現(xiàn)象的分析，批判性地認(rèn)識基因、環(huán)境、性狀之間的關(guān)系。

（三）科學(xué)探究

運用科學(xué)探究的基本思路和方法，能基于給定的生物學(xué)實驗現(xiàn)象，分析得出RNA作為DNA的信使；基于同卵雙胞胎具有微小差異、高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常的果蠅成蟲等現(xiàn)象提出假說。

（四）社會責(zé)任

運用表觀遺傳的知識，幫助學(xué)生認(rèn)識吸煙等不良生活習(xí)慣的危害，從而養(yǎng)成健康文明的生活方式；運用表觀遺傳知識幫助慢性乙肝患者尋找治療方案，關(guān)注身邊的社會議題，并提出解決方案。

四、主要單元教學(xué)過程

本單元大致用4個課時解決3個核心問題，下面以核心問題的解決闡明本單元主要的教學(xué)過程。

（一）基因在生物體中是如何表達(dá)的？（2課時）

課時1：遺傳信息的轉(zhuǎn)錄

活動1：分析經(jīng)典實驗得出RNA可以作為DNA的信使。首先，教師提出問題“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成可采取哪些方式？”指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識從多角度進行解釋，分析得出最合理的解釋為“存在一種中介將DNA的遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)”；接著，教師進一步提出“哪種物質(zhì)最有可能作為中介？為什么？”學(xué)生比較DNA和RNA的結(jié)構(gòu)，作出假設(shè)“RNA最有可能作為信使”；最后，教師呈現(xiàn)“RNA與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)”“RNA可以在細(xì)胞核內(nèi)合成進入細(xì)胞質(zhì)”“RNA的合成以DNA鏈為模板”三個角度的實驗證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析得出RNA可以作為DNA的信使。

活動2：概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程。首先，教師播放遺傳信息轉(zhuǎn)錄的視頻，提出問題：（1）RNA合成的場所、模板、原料和酶分別是什么？（2）RNA合成的起始是如何決定的？結(jié)束又是如何決定的？（3）請給轉(zhuǎn)錄下一個定義。學(xué)生觀看視頻后分析回答上述問題，概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程；隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析比較DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，分析轉(zhuǎn)錄出的RNA堿基序列與DNA兩條單鏈堿基序列的異同，進一步加深學(xué)生對轉(zhuǎn)錄過程的理解。

課時2：遺傳信息的翻譯及中心法則

活動1：分析堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)學(xué)方法演繹推理堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系，并對此問題提出假說；其次，教師呈現(xiàn)課本《生物科學(xué)史話——遺傳密碼的破譯》，引導(dǎo)學(xué)生分析克里克等科學(xué)家破譯遺傳密碼的過程所蘊含的科學(xué)思維和科學(xué)方法；最后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析21種氨基酸的密碼子表，找出特殊的密碼子（起始密碼子和終止密碼子），進一步分析密碼子和氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系，歸納密碼子的特點，并闡明密碼子簡并性和普遍性的意義及其蘊含的生命觀念。

活動2：概述遺傳信息的翻譯過程。首先，教師播放遺傳信息翻譯的視頻，提出以下問題：（1）mRNA上的什么信息決定翻譯的起始和終止？（2）核糖體、tRNA是如何協(xié)同配合讀取mRNA上的密碼子并合成肽鏈的？（3）將課本圖4-7蛋白質(zhì)合成示意圖中所形成的氨基酸序列寫出來。（4）翻譯合成的肽鏈?zhǔn)欠窬哂猩飳W(xué)功能？學(xué)生觀看視頻后分析回答上述問題；其次，教師提供核糖體、氨基酸、mRNA、tRNA的實物模型，學(xué)生以小組為單位模擬翻譯的過程；最后，結(jié)合課本多聚核糖體的圖示，教師引導(dǎo)學(xué)生分析多聚核糖體對生物體的意義。

活動3：了解中心法則的修正和提出。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)基因表達(dá)過程和DNA復(fù)制過程寫出遺傳信息的流動方向，并用流程圖的形式表達(dá)出來；隨后，教師提供資料“RNA復(fù)制酶的發(fā)現(xiàn)及作用”和“逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)及作用”，引導(dǎo)學(xué)生分析資料并對遺傳信息的流向進行補充，體會科學(xué)是不斷發(fā)展的。

活動4：建立生命的信息觀。結(jié)合遺傳信息的流動，教師提出問題：（1）親子代之間傳遞的是物質(zhì)、能量還是信息？（2）遺傳信息在傳遞的過程中需要哪些條件？（3）你認(rèn)同生命是物質(zhì)、能量、信息的統(tǒng)一體嗎？你是怎樣理解的？教師基于上述問題的分析，幫助學(xué)生建立生命的信息觀。

（二）基因表達(dá)與性狀之間有何種關(guān)系？（1課時）

活動1：舉例說明基因控制性狀的兩種方式。首先，教師呈現(xiàn)資料“鐮狀細(xì)胞貧血癥和囊性纖維化的癥狀及病因”，讓學(xué)生分析兩種病癥的原因，歸納總結(jié)基因控制性狀的方式之一是直接控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)；隨后，教師呈現(xiàn)資料“科學(xué)史上關(guān)于尿黑酸癥癥狀及病因的研究”和“比德爾和塔特姆提出一個基因一個酶假說的研究”，學(xué)生閱讀并分析資料，最終得出基因控制性狀的另一種方式是控制酶的合成控制代謝過程。

活動2：闡明基因選擇性表達(dá)與細(xì)胞分化的關(guān)系。教師呈現(xiàn)資料“雞的輸卵管細(xì)胞、紅細(xì)胞、胰島細(xì)胞的DNA和mRNA檢測結(jié)果”，提出以下問題：（1）三種細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)種類有什么差別？（2）對比三種細(xì)胞的DNA和mRNA存在何種差異？（3）基于以上問題分析，闡明細(xì)胞分化的實質(zhì)。學(xué)生通過分析，得出細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。

（三）基因表達(dá)是如何受到調(diào)控的？（1課時）

活動1：概述表觀遺傳現(xiàn)象。首先，教師呈現(xiàn)同卵雙胞胎具有微小差異的事實，提出問題：基因的不同表達(dá)是如何實現(xiàn)的？然后，學(xué)生回顧基因、蛋白質(zhì)、性狀之間的關(guān)系以及基因表達(dá)的過程，在教師的引導(dǎo)下作出兩種假設(shè)：（1）基因的不同表達(dá)是因為基因發(fā)生了變化；（2）基因的不同表達(dá)是在表達(dá)過程中發(fā)生的。接著，教師呈現(xiàn)課本資料“柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠毛色的遺傳”，引導(dǎo)學(xué)生思考課本問題，并以圖示的形式表示兩種生物性狀改變的原因；最后，教師引導(dǎo)學(xué)生概述表觀遺傳現(xiàn)象，解釋同卵雙胞胎具有微小差異的事實。

活動2：了解表觀遺傳的調(diào)控機理。教師分別呈現(xiàn)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和翻譯水平調(diào)控的資料：資料1“胰島素分泌受損與DNA甲基化”、資料2“組蛋白修飾與胰島素表達(dá)”、資料3“RNA干擾技術(shù)的發(fā)現(xiàn)”，引導(dǎo)學(xué)生分析資料，總結(jié)表觀遺傳的機理（DNA的甲基化、組蛋白修飾、RNA干擾）。

活動3：說出表觀遺傳調(diào)控機理對健康生活的啟示。教師提供科學(xué)家的調(diào)查研究結(jié)果：“結(jié)果1，祖父輩青春期前大吃大喝，其子孫患糖尿病的概率增加”“結(jié)果2，父親少年抽煙，其兒子少年時體重超標(biāo)的概率就會增加”“結(jié)果3，懷孕期間營養(yǎng)過剩會影響后代胰島B細(xì)胞的功能。”引導(dǎo)學(xué)生說出表觀遺傳的調(diào)控機制對健康生活的啟示。

活動4：簡述基因、環(huán)境、性狀之間的關(guān)系。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生對課本“高溫培養(yǎng)殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常果蠅成蟲的現(xiàn)象”提出假說；其次，學(xué)生運用課前收集的資料評價“基因決定生物體的性狀”這一觀點；最后，教師引導(dǎo)學(xué)生簡述基因、環(huán)境、性狀之間的關(guān)系。

五、單元評價任務(wù)

基于對學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成情況的反饋，本單元設(shè)置如下評價任務(wù)：（1）用一個真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖（以胰島B細(xì)胞為例），提供DNA分子平面結(jié)構(gòu)模具（可拆成兩條鏈）、4種脫氧核苷酸若干、4種核糖核苷酸若干、核糖體、氨基酸、mRNA、tRNA的實物模型，模擬遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。（2）用概念圖的形式表示基因、蛋白質(zhì)、性狀、環(huán)境、表觀遺傳之間的關(guān)系，并用準(zhǔn)確的語言描述所呈現(xiàn)的關(guān)系。（3）乙肝病毒（HBV）感染肝細(xì)胞后，會將其基因插入人體肝細(xì)胞基因組序列中導(dǎo)致慢性感染，抑制HBV基因在肝細(xì)胞中的表達(dá)是治療慢性肝炎的重要手段。運用表觀遺傳的機理，提出治療慢性乙肝的策略。

六、單元教學(xué)反思

單元教學(xué)設(shè)計聚焦以次位概念為基礎(chǔ)的重要概念的建構(gòu)，突破了傳統(tǒng)教學(xué)以課時為單位傳授零散知識的局限，有利于形成結(jié)構(gòu)化的概念體系，有利于通過多個課時的教學(xué)共同達(dá)成學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。本單元教學(xué)設(shè)計從核心素養(yǎng)的不同維度精準(zhǔn)制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，為檢測目標(biāo)的達(dá)成情況，結(jié)合學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計評價任務(wù)，踐行了“教學(xué)評”一致的教學(xué)理念。此外，在具體教學(xué)過程中，運用“情境創(chuàng)設(shè)、問題導(dǎo)學(xué)、任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)策略，讓學(xué)生對真實情境提出問題、作出假說，分析經(jīng)典科學(xué)實驗得出結(jié)論，運用建模、演繹推理等思維方法探討生命規(guī)律，針對生活中常見疾病提出治療策略，有力地發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。