虞銀江

摘 要 以“基因突變可能引起性狀改變”一節(jié)為例，按“情境—問(wèn)題—任務(wù)—活動(dòng)—評(píng)價(jià)”的主線(xiàn)，闡述基于單元整體教學(xué)的課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞 單元整體教學(xué) 基因突變 教學(xué)情境

中圖分類(lèi)號(hào) Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 單元整體的設(shè)計(jì)

“生物的變異”單元聚焦《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的重要概念“由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”，該重要概念由4個(gè)次位概念形成，支撐大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的建構(gòu)，支持大概念“生物的多樣性和適應(yīng)性是進(jìn)化的結(jié)果”的學(xué)習(xí)。這些概念之間的關(guān)系如圖1所示。

該單元要解決的核心問(wèn)題為：① 為什么生物在遺傳過(guò)程中存在變異現(xiàn)象？② 如何開(kāi)發(fā)有利變異、減少不利變異？單元情境以“育優(yōu)良后代”為導(dǎo)向，選取番茄育種為主情境統(tǒng)領(lǐng)單元學(xué)習(xí)，選取新生兒遺傳病為次情境，有助于學(xué)生深入理解“優(yōu)良后代”的含義。番茄是生活中常見(jiàn)的蔬菜，在育種方面有大量成果，育種涉及的基因突變、基因重組等可遺傳變異與本單元知識(shí)內(nèi)容的契合度較好。人類(lèi)遺傳病也是由于遺傳物質(zhì)異常而導(dǎo)致個(gè)體患病，與學(xué)生的生活聯(lián)系更加緊密。

單元核心問(wèn)題是抽象、脫離情境的，合適的單元情境能與單元核心問(wèn)題有機(jī)整合，產(chǎn)生具體的單元問(wèn)題，有效串聯(lián)各課時(shí)教學(xué)（圖2），因此單元問(wèn)題設(shè)定為： （1）培育形色各不相同的番茄品種背后的生物學(xué)原理是什么？ （指向核心問(wèn)題①）； （2）如何根據(jù)不同要求和目的選擇合適的育種方式？如何根據(jù)人類(lèi)遺傳病的發(fā)病原理進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)防？ （指向核心問(wèn)題②）。學(xué)生學(xué)習(xí)課時(shí)內(nèi)容的過(guò)程就是解決單元問(wèn)題的過(guò)程，因此也強(qiáng)化了遷移運(yùn)用知識(shí)的能力。

2 課時(shí)教學(xué)分析

本課時(shí)為單元教學(xué)的第一課時(shí)?；蛲蛔兪腔蛑袎A基序列的改變。這種改變是可遺傳的，可能導(dǎo)致所編碼的蛋白質(zhì)及相應(yīng)的細(xì)胞功能發(fā)生變化，甚至帶來(lái)致命的后果?；蛲蛔兪巧镒儺惖母緛?lái)源，是生物進(jìn)化的原始材料，在生物育種如太空誘變育種等領(lǐng)域有重要作用。本節(jié)內(nèi)容有助于學(xué)生深入理解基因?qū)π誀羁刂频膹?fù)雜性，從本質(zhì)上理解基因重組和染色體結(jié)構(gòu)變異對(duì)生物帶來(lái)的影響，培養(yǎng)學(xué)生辯證看待遺傳物質(zhì)的變與不變的意義和作用，使學(xué)生進(jìn)一步建立結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)、進(jìn)化與適應(yīng)觀(guān)，發(fā)展科學(xué)思維、樹(shù)立社會(huì)責(zé)任感。

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因的遺傳規(guī)律、基因的本質(zhì)、基因的表達(dá)等內(nèi)容，知道基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復(fù)制的機(jī)制都保證了親代DNA的遺傳信息能夠準(zhǔn)確傳遞給子代。生物的變異既是學(xué)生能感知的現(xiàn)象，又與學(xué)生認(rèn)知中遺傳物質(zhì)保持穩(wěn)定的特性相矛盾，學(xué)生感到既好奇又困惑，這種認(rèn)知沖突是開(kāi)展教學(xué)的良好契機(jī)。同時(shí)學(xué)生對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)話(huà)題非常感興趣，能積極主動(dòng)搜尋資料并開(kāi)展討論。

3 課時(shí)情境、子問(wèn)題與子任務(wù)

從單元情境中提取適合本課時(shí)教學(xué)的情境，提煉課時(shí)子問(wèn)題并設(shè)計(jì)子任務(wù)。課時(shí)情境：番茄的黃果肉（r）是由紅果肉（R）基因突變產(chǎn)生，缺乏八氫番茄紅素合成酶，番茄紅素合成受阻。課時(shí)子問(wèn)題：為什么基因突變后生物的性狀可以發(fā)生改變？子任務(wù)：探索基因突變。

4 指向核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

（1）概述基因突變的概念，闡明基因突變的結(jié)果；舉例說(shuō)出基因突變的誘因；說(shuō)明基因突變的意義及其在育種上的應(yīng)用。

（2）能收集太空育種的資料并分類(lèi)整理。

（3）分析并歸納基因突變的特點(diǎn)，分析基因突變可能不影響性狀的原因；簡(jiǎn)單論證太空育種帶來(lái)的利弊。

（4）認(rèn)同我國(guó)培育適應(yīng)極端條件作物的價(jià)值和深遠(yuǎn)意義。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 創(chuàng)設(shè)單元情境，提出核心任務(wù)

教師展示單元情境：番茄營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的資料、常見(jiàn)的各種番茄品種的圖片。提出單元問(wèn)題（1）培育形色各不相同的番茄品種背后的生物學(xué)原理是什么？

設(shè)計(jì)意圖：本課時(shí)是單元教學(xué)的第一課，首先展示單元情境和單元問(wèn)題，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)始終能?chē)@主題、抓住關(guān)鍵。選擇生活化的情境并設(shè)置單元主題，能有效激發(fā)學(xué)生的興趣。

5.2 聚焦課時(shí)情境，落實(shí)概念建構(gòu)

5.2.1 活動(dòng)1：探究基因突變的方式和結(jié)果，分析基因突變可能不影響性狀的原因。

教師呈現(xiàn)資料1：番茄的黃果肉（r）是由紅果肉（R）基因突變產(chǎn)生，缺乏八氫番茄紅素合成酶，番茄紅素合成受阻。呈現(xiàn)資料2：正?；颍≧）和突變基因（r）的序列片段（圖3）。提問(wèn)：為什么堿基對(duì)發(fā)生替換，導(dǎo)致細(xì)胞缺乏八氫番茄紅素合成酶？要求學(xué)生分析上述兩個(gè)基因表達(dá)的氨基酸序列（并作說(shuō)明：以上面的鏈為模板鏈，各片段均位于啟動(dòng)部位之后，9個(gè)堿基均能轉(zhuǎn)錄）。

學(xué)生寫(xiě)出R和r基因表達(dá)的氨基酸序列，從序列異常角度來(lái)理解細(xì)胞缺乏正常的酶。

設(shè)計(jì)意圖：圍繞番茄育種這個(gè)單元情境提供真實(shí)資料，提升情境的統(tǒng)領(lǐng)性和學(xué)生思考問(wèn)題的積極性。以直觀(guān)的基因序列為對(duì)象，引導(dǎo)學(xué)生分析并建構(gòu)基因突變的概念。通過(guò)書(shū)寫(xiě)密碼子、檢索氨基酸，讓學(xué)生用基因表達(dá)的知識(shí)來(lái)分析基因突變的結(jié)果，強(qiáng)化“基因控制性狀”概念的理解。

教師提問(wèn)：還有什么方式會(huì)引起基因突變，會(huì)對(duì)氨基酸序列帶來(lái)什么影響？布置小組任務(wù)：每個(gè)小組分析一段序列（圖4），描述該段序列與R基因序列的差異；利用基因表達(dá)的知識(shí)，分析氨基酸序列（要求同上）。

學(xué)生小組合作完成序列分析；聽(tīng)取不同小組的結(jié)果匯報(bào)，并作出合理評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖學(xué)生通過(guò)小組合作討論解決問(wèn)題，各小組的討論結(jié)果作為共同的學(xué)習(xí)材料，能有效提升學(xué)習(xí)效果。通過(guò)分析不同突變方式的結(jié)果，學(xué)生對(duì)突變帶來(lái)的影響有了直觀(guān)的感受，能初步理解本節(jié)的標(biāo)題“基因突變可能引起性狀改變”。

利用氨基酸序列結(jié)果，學(xué)生歸納“替換帶來(lái)的影響相對(duì)最小”這一結(jié)論。教師引導(dǎo)學(xué)生利用資料3 （圖5）深入理解基因突變及其對(duì)性狀的影響：DNA分子上堿基對(duì)缺失、插入或替換引起的核苷酸序列變化，都可以稱(chēng)為基因突變嗎？基因突變可能引起性狀改變，換個(gè)角度看，基因突變可能不會(huì)引起性狀改變，可能的原因有哪些呢？

學(xué)生討論并得出結(jié)論： （1）只有發(fā)生在基因內(nèi)部的堿基對(duì)變化，才能引起基因突變。 （2）突變后性狀不發(fā)生改變的原因包括：① 成熟mRNA序列改變，氨基酸序列未變；② 成熟mRNA序列未變，氨基酸序列未變；③ 氨基酸序列改變，蛋白質(zhì)功能未變。

設(shè)計(jì)意圖：利用基因和DNA的模式圖作為支架，對(duì)基因突變的概念進(jìn)行剖析，落實(shí)課時(shí)概念的理解。提供圖片資料，引導(dǎo)學(xué)生獲取信息、分析推理。學(xué)生利用信息從不同方面解釋“基因突變可能引起性狀改變”，提升概念的深度理解。

活動(dòng)1小結(jié)：教師完善部分板書(shū)并總結(jié)：堿基對(duì)序列改變，可能導(dǎo)致mRNA序列改變，可能導(dǎo)致氨基酸序列改變，可能產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)，可能體現(xiàn)新性狀。因此基因突變可能產(chǎn)生新性狀。如果這個(gè)新性狀是人們感興趣的，有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，如紅果肉番茄突變成黃果肉番茄，那么可以加以栽培利用，也就是可以應(yīng)用于育種領(lǐng)域。

5.2.2 活動(dòng)2：歸納基因突變的特點(diǎn)、列舉基因突變的誘因

基因突變可能會(huì)引起性狀改變，這種可能性有多大呢？教師呈現(xiàn)資料4見(jiàn)表1。

學(xué)生利用資料歸納基因突變的5個(gè)特點(diǎn)并完成記錄表（表1）。教師過(guò)渡：基因自發(fā)突變的概率非常低，希望通過(guò)自發(fā)突變產(chǎn)生新性狀可能性非常小。人們想到了可以利用一些技術(shù)方法誘導(dǎo)以提高突變率。

教師呈現(xiàn)資料5： （1）經(jīng)過(guò)太空“旅行”的番茄。太空番茄是將普通番茄種子搭載于航天衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)太空的特殊環(huán)境處理后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生激變。太空番茄的維生素含量高于普通番茄2倍以上，對(duì)人體有益的微量元素含量鐵提高7.3%、鋅提高21.9%、銅提高26.5%、磷提高21.9%、錳提高13.1%、胡蘿卜素提高5.88%。

（2）本研究以番茄品種“JW9”為誘變?cè)牧?，利用不同濃度的化學(xué)誘變劑EMS（甲基磺酸乙酯）誘變處理加工番茄種子，根據(jù)種子的萌發(fā)情況，篩選EMS誘變番茄種子的半致死劑量，通過(guò)表型鑒定、定向篩選等方法對(duì)子代群體進(jìn)行耐鹽突變體的篩選與鑒定，以期建立番茄耐鹽突變體的篩選與鑒定技術(shù)體系，獲得豐富的番茄耐鹽種質(zhì)材料。

學(xué)生總結(jié)誘發(fā)基因突變的因素包括物理因素、化學(xué)因素。教師補(bǔ)充生物因素在誘導(dǎo)基因突變中的應(yīng)用。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生分析資料并歸納提取基因突變的特點(diǎn)，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。利用基因突變的特點(diǎn)引出番茄育種中有關(guān)誘變的資料，進(jìn)一步凸顯情境的貫穿作用，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、歸納整合的能力。

活動(dòng)2小結(jié)：教師總結(jié)并完成板書(shū)（圖6），以概念圖形式呈現(xiàn)課堂板書(shū)，引導(dǎo)學(xué)生利用概念模型將關(guān)鍵知識(shí)進(jìn)行梳理和構(gòu)建。學(xué)生在比較、抽象、推理等思維過(guò)程中逐步形成課時(shí)概念結(jié)構(gòu)。

5.3 課堂評(píng)價(jià)

學(xué)生以“太空育種”為主題匯報(bào)小組觀(guān)點(diǎn)。匯報(bào)員從觀(guān)點(diǎn)、證據(jù)（材料）、推理三個(gè)方面闡述，評(píng)分員利用評(píng)分規(guī)則（表2）進(jìn)行評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖 ：聯(lián)系實(shí)際，以所學(xué)知識(shí)分析評(píng)論當(dāng)下社會(huì)熱點(diǎn)話(huà)題。學(xué)生通過(guò)收集資料、分析討論，形成對(duì)太空育種的小組觀(guān)點(diǎn)，并應(yīng)用論證的模式闡述觀(guān)點(diǎn)，有效提升理性思維能力和社會(huì)責(zé)任感。

6 教學(xué)反思

本節(jié)課聚焦重要概念“由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”下的子概念“基因突變可能引起性狀改變”。在單元情境“番茄育種”的統(tǒng)領(lǐng)下，以“情境-問(wèn)題-任務(wù)-活動(dòng)-評(píng)價(jià)”為主線(xiàn)開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)，整體思路清晰、重點(diǎn)突出，活動(dòng)目標(biāo)明確，學(xué)生參與度高，取得了較好的效果。教學(xué)的亮點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面。一方面是基于真實(shí)情境提出問(wèn)題，將問(wèn)題解決與概念建構(gòu)較好地融合。課堂從學(xué)生熟悉的紅果肉、黃果肉番茄這一對(duì)相對(duì)性狀為起點(diǎn)，依次進(jìn)行基因突變的方式、結(jié)果、特點(diǎn)、誘變因素等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，最后用概念圖進(jìn)行整理。這樣的處理使概念建構(gòu)為明線(xiàn)、問(wèn)題解決為暗線(xiàn)，學(xué)生通過(guò)活動(dòng)積累感性認(rèn)識(shí)、進(jìn)而建構(gòu)概念的同時(shí)，單元問(wèn)題也能得到逐步解決。另一方面是設(shè)計(jì)不同活動(dòng)，多角度培養(yǎng)核心素養(yǎng)。如運(yùn)用基因模型，較好地落實(shí)生命觀(guān)念：通過(guò)給學(xué)生提供不同突變方式的基因序列，推斷基因結(jié)構(gòu)改變可能導(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)功能發(fā)生改變，進(jìn)而可能導(dǎo)致性狀改變，讓學(xué)生體會(huì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀(guān)點(diǎn)。又如：學(xué)生通過(guò)收集太空育種的資料并提煉自己的觀(guān)點(diǎn)，關(guān)注熱點(diǎn)和其背后的科學(xué)、社會(huì)因素，提升科學(xué)思維習(xí)慣、增強(qiáng)自身的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

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