段紫星

摘要 以“基因的本質(zhì)和表達”為例，以新型冠狀病毒為情境，對單元知識的邏輯線索進行了整理，引導學生建構新型冠狀病毒如何將遺傳信息傳給子代等重要概念，培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞 單元設計 生物學學科 核心素養(yǎng) 基因 遺傳物質(zhì)

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出以學科核心素養(yǎng)為宗旨、內(nèi)容聚焦大概念等基本理念，引領生物學教師進行指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元整體教學設計，幫助學生建構系統(tǒng)化的知識體系，并提升解決復雜情境中問題的能力。

1 單元教學內(nèi)容分析

“基因的本質(zhì)和表達”單元的重要概念為：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在 DNA 分子上。本單元教學設計應呈現(xiàn)知識內(nèi)容的邏輯性，體現(xiàn)了人類不斷追求科學真理的過程：遺傳物質(zhì)是什么→DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)→遺傳信息如何傳遞→遺傳信息如何表達。

2 單元教學思路

教師創(chuàng)設以新型冠狀病毒的生活及疫苗研制為主線的問題情境，學生圍繞次級問題展開討論：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么？RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)？新型冠狀病毒如何在活細胞內(nèi)增殖？如何制備新型冠狀病毒的疫苗？教師在此過程中引導學生通過學習活動解決具體問題。單元教學設計思路框架見表1。

3 單元教學目標

（1）學習肺炎鏈球菌轉化實驗及噬菌體侵染細菌實驗，設計實驗驗證新型冠狀病毒是 RNA 病毒，概述 DNA是主要的遺傳物質(zhì)，闡明自變量的控制方法及實驗設計思路，并嘗試設計實驗解決具體情境中的問題。

（2）討論DNA雙螺旋結構模型的構建歷程，分析 DNA半保留復制的實驗證據(jù)，闡明運用假說—演繹法進行科學探究的基本思路，認同科學結論的獲得離不開嚴謹?shù)耐评砗痛_鑿的證據(jù)，以及科學技術進步對科學發(fā)展的作用。

（3）制作DNA雙螺旋結構模型，模擬對DNA 的復制、轉錄和翻譯等過程的模擬，概述DNA 適于儲存豐富的遺傳信息的結構特點、DNA半保留復制機制及其生物學意義、基因的表達過程，初步形成遺傳物質(zhì)的結構與功能相適應的觀念，認同生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，認識DNA 的多樣性和特異性。

（4）基于有關事實與證據(jù)，闡明基因與遺傳信息的關系?；谛滦凸跔畈《厩秩咎囟ǖ幕罴毎氖聦嵟c證據(jù)，以及對研制新型冠狀病毒疫苗的探討，闡明遺傳信息的流向、基因與性狀的關系，嘗試在新情境下運用這些概念解釋問題，并關注新型冠狀疫苗研發(fā)的社會議題。

4 單元教學的主要過程

4.1主題1：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么

活動1：學生閱讀格里菲思的肺炎鏈球菌的轉化實驗。教師引導學生分析第四組中S 型菌的來源，比較不同組別，得出實驗結論。教師提出問題：這種轉化因子是什么？接著，學生閱讀艾弗里的實驗，教師引導學生描述實驗現(xiàn)象，得出實驗結論，總結實驗設計中自變量控制的科學方法以及實驗設計的思路。

活動2：教師介紹噬菌體的結構模式圖，播放噬菌體侵染細菌過程的動畫。教師提出問題：如何將噬菌體的 DNA 和蛋白質(zhì)區(qū)分開？選用哪種同位素進行標記？怎樣將35S 標記到噬菌體的蛋白質(zhì)上？教師將學生分成兩組，指導學生分別畫出同位素35S 和32P 標記噬菌體的過程示意圖，并基于噬菌體侵染細菌的過程，分別演繹35S 和32P 標記的噬菌體侵染未標記的細菌后其蛋白質(zhì)外殼和DNA 的去向，從而促進學生深入理解噬菌體侵染大腸桿菌的實驗過程、結果及誤差，領悟3個實驗中最關鍵的設計思路以及選材上的巧妙之處。

活動：3：學生分組完善驗證新型冠狀病毒是RNA 病毒的實驗。教師要求學生利用減法原理控制自變量，并依據(jù)“新型冠狀病毒是RNA病毒”這一假設來預測實驗結果，以此培養(yǎng)學生實驗設計的思路和方法，提升控制變量、設計對照實驗的科學探究能力。最后，教師引導學生歸納不同生物的遺傳物質(zhì)，建構“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一重要概念。

4.2主題2：RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)

活動1：學生閱讀“DNA 結構模型的構建”內(nèi)容，總結 DNA 雙螺旋結構的主要特點。利用教師所提供的4種脫氧核苷酸紙片，學生分組制作DNA雙螺旋結構模型，比較不同小組的DNA模型之間的異同點，分析得出DNA與儲存遺傳信息相適應的結構特點，培養(yǎng)了從結構與功能觀認識生命活動的一般規(guī)律。

活動2：教師引導學生分析“基因與DNA 的關系”相關資料，歸納基因的概念。接著，教師展示果蠅各種基因在染色體上的相對位置，指導學生畫出基因與 DNA 的關系模式圖，歸納基因與DNA 的關系，培養(yǎng)學生基于事實，通過歸納、建模等科學方法建構“基因是什么”這一重要概念。

活動3：教師提出問題：假設密碼是3位數(shù)，有多少種密碼？假如決定臉型的一個基因只有17個堿基對組成，那么這種排列有多少種可能？兩個人出現(xiàn)相同臉型的可能性有多大？學生通過計算，闡釋DNA分子的多樣性和特異性，遺傳信息與DNA 的堿基排列順序的關系。

活動4：教師引導學生比較RNA和DNA 的分子組成，解釋 RNA 如何攜帶新型冠狀病毒的遺傳信息，為 RNA適合做DNA 的信使以及遺傳信息的轉錄和翻譯做好鋪墊。

4.3主題3：新型冠狀病毒如何在活細胞內(nèi)增殖

活動1：教師展示DNA進行半保留復制和全保留復制的示意圖，提出問題：①以什么為依據(jù)來區(qū)分這兩種 DNA 的復制方式？②怎樣分辨子鏈和母鏈呢？用什么元素進行標記？學生閱讀教材第54頁的“思考討論”，教師指導學生演繹大腸桿菌以DNA 半保留復制和全保留復制這兩種方式進行復制的不同結果，從而得出DNA 的復制是以半保留的方式進行的。

活動2：教師提供相關材料，指導學生模擬 DNA 的復制過程，歸納DNA 復制的概念、場所、時期、條件、特點，探討DNA分子準確復制的原因及意義。學生分組模擬以不同的DNA 片段為模板轉錄RNA 的過程以及蛋白質(zhì)合成過程，歸納轉錄和翻譯的概念、場所、時期、條件、特點，感性認識基因的選擇性表達，運用建立模型的方法深入理解遺傳信息的轉錄和翻譯，為分析新型冠狀病毒的增殖過程打基礎。

活動3：教師提供新型冠狀病毒在宿主細胞中增殖過程示意圖，引導學生分析新型冠狀病毒的RNA 復制酶、RNA和結構蛋白的合成，如合成的場所、所需的模板、宿主細胞提供的原料、能量等，幫助學生深入理解基因的表達。學生利用概念圖總結DNA 的復制、轉錄和翻譯，以及新型冠狀病毒的 RNA 復制和翻譯，建構中心法則。教師注意引導學生基于事實，運用歸納和概括的方法建構模型。

4.4主題4：如何制備新型冠狀病毒的疫苗

活動1：教師引導學生分析皺粒豌豆、白化病和囊性纖維病的形成機制，分析不同類型細胞中 DNA 和 mRNA 的檢測結果，培養(yǎng)學生基于事實和證據(jù)進行分析能力。學生歸納出“基因通過控制蛋白質(zhì)的結構和酶的合成來控制生物體的性狀”的結論，理解細胞分化的本質(zhì)。

活動2：教師提供新型冠狀病毒侵染宿主細胞并在細胞內(nèi)增殖的相關資料，引導學生分析新型冠狀病毒與宿主細胞之間的信息交流過程，分析新型冠狀病毒只感染特定細胞的根本原因，深入理解細胞分化的本質(zhì)以及基因與性狀之間的關系，為進一步學習特異性識別等免疫調(diào)節(jié)的相關內(nèi)容打基礎。

活動3：教師介紹利用腺病毒和和新型冠狀病毒S 蛋白基因獲得重組新型冠狀疫苗的研制技術路線，引導學生分析該路線中涉及的遺傳信息傳遞過程以及重組病毒適合作為疫苗的原因等問題，培養(yǎng)學生基于基因的表達等概念，探討具體的社會議題，為進一步學習基因工程的相關知識打基礎，并提升學生的社會責任素養(yǎng)。

5 單元教學反思

教師以建構重要概念和培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)為目標，根據(jù)具體任務設計學生活動，解決具體的問題，培養(yǎng)學生運用生物學概念解釋生活問題的能力。通過分析資料、制作模型以及模擬基因的表達等活動，學生能夠運用歸納、演繹、建模等科學思維，解釋遺傳物質(zhì)對性狀的控制機制。教師組織學生運用遺傳知識討論防疫的熱點議題，能夠提升其社會責任素養(yǎng)，培養(yǎng)其解決真實問題的能力。