（福州市屏東中學(xué)，福建福州350003）

基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)
——以“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”教學(xué)為例

劉萍

（福州市屏東中學(xué)，福建福州350003）

以“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”一課教學(xué)為例，闡述探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注和收集學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，將學(xué)生學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的問題作為學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和教學(xué)手段，將學(xué)生經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為課程資源，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的深層次理解。

學(xué)生經(jīng)驗(yàn)；探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)；科學(xué)探究；設(shè)計(jì)

教學(xué)論認(rèn)為,教學(xué)的本質(zhì)是學(xué),教要轉(zhuǎn)化為學(xué)。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),如果僅站在自己的立場，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)只是關(guān)注了將科學(xué)結(jié)論教給學(xué)生,沒有立足學(xué)生的學(xué)。最為常見的表現(xiàn)是，教師覺得自己對(duì)某知識(shí)點(diǎn)都“講透了”，可學(xué)生做題還是不會(huì)。究其原因在于教師忽略了學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)與知識(shí)理解。基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)是為學(xué)生“學(xué)”的教學(xué)設(shè)計(jì)，一旦學(xué)生“先前知識(shí)”被激活，則會(huì)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。本文以“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”為例，闡述基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

一、為“教”設(shè)計(jì)走向?yàn)椤皩W(xué)”設(shè)計(jì)，關(guān)注和收集學(xué)生經(jīng)驗(yàn)

“基因工程的基本操作程序”是人教版選修3專題1“基因工程”的重點(diǎn)內(nèi)容，“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”是基因工程的基本操作程序的第二個(gè)步驟，是基因工程的核心，也是學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)。以往教學(xué)更多是通過大量的練習(xí)來突破此重難點(diǎn)，而不是通過課堂教學(xué)讓學(xué)生理解問題的本質(zhì)。實(shí)踐證明這種教學(xué)方法費(fèi)時(shí)低效。

在“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”教學(xué)時(shí)，筆者通過課堂觀察、與學(xué)生交談等方式，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)基本概念停留在識(shí)記水平，而沒有深入地理解，阻礙了其進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。另一方面，學(xué)生每每做到相關(guān)練習(xí)感覺到難的原因，主要在于常用的運(yùn)載體質(zhì)粒是一個(gè)環(huán)狀DNA分子，具有空間結(jié)構(gòu)，而教科書呈現(xiàn)的是平面結(jié)構(gòu)，學(xué)生缺乏空間想象，難以理解目的基因和質(zhì)粒連接時(shí)為什么是有一定方向、一定次序的？怎么選擇合適的酶切，怎樣才能讓目的基因和質(zhì)粒連接上，并且讓目的基因能正確表達(dá)？而微生物知識(shí)的缺乏，又是影響學(xué)生理解如何利用基因表達(dá)載體上的標(biāo)記基因篩選出含目的基因的受體細(xì)胞。

二、為“教”設(shè)計(jì)走向?yàn)椤皩W(xué)”設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的基本理念之一是“為學(xué)生的有效學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)教學(xué)”，學(xué)生主動(dòng)、有效地學(xué)習(xí)必須通過學(xué)習(xí)活動(dòng)情境去實(shí)現(xiàn)。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)是課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”一課主要教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能夠“基于中心法則，根據(jù)基因表達(dá)的過程，利用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呙?，?gòu)建基因表達(dá)載體”。運(yùn)用“抗性基因插入失活法、影印培養(yǎng)法”，利用“標(biāo)記基因篩選含有目的基因的受體細(xì)胞”，建立“為了讓目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并在其中穩(wěn)定存在、復(fù)制和表達(dá)，需要在體外構(gòu)建表達(dá)載體”的認(rèn)識(shí)。因此，在學(xué)生對(duì)限制酶、DNA連接酶等的作用有了初步認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)理論探究情境，引導(dǎo)學(xué)生模擬可視化的探究活動(dòng)。讓學(xué)習(xí)的重心從記憶事實(shí)轉(zhuǎn)移到對(duì)可遷移的重要概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)的深層理解，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

由于本節(jié)內(nèi)容思維容量大，難度大，因此選擇基于微課的先學(xué)后教的模式。課前，學(xué)生通過微課初步了解表達(dá)載體的重要性以及基因表達(dá)載體的組成成分及其作用。帶著思考和疑惑走進(jìn)課堂。開展三個(gè)探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，通過激疑——釋疑——再激疑，層層深入探究，以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

1.“單酶切”模擬與分析活動(dòng)

在學(xué)習(xí)了“DNA重組技術(shù)的工具”后，讓學(xué)生用剪刀模擬SalI限制酶、膠帶模擬DNA連接酶，模擬酶切和連接兩種反應(yīng)體系。要求：①經(jīng)過酶切后，回收所需的目的基因片段和切割好的質(zhì)粒。②連接產(chǎn)物限于兩個(gè)及兩個(gè)以下片段的連接。③用模型的方法推測實(shí)際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有幾種？

通過模擬活動(dòng)，學(xué)生得出，連接產(chǎn)物有：①目的基因和目的基因連接；②質(zhì)粒和質(zhì)粒連接；③目的基因的自身環(huán)化；④目的基因和質(zhì)粒連接；⑤質(zhì)粒的自身環(huán)化等。

接著，教師引導(dǎo)學(xué)生分析“為什么會(huì)出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物？”“找出目的基因與質(zhì)粒連接的產(chǎn)物”“試比較小組所構(gòu)建模型之間的不同”。教師實(shí)物投影學(xué)生發(fā)現(xiàn)的目的基因-質(zhì)粒的“正向連接”和“反向連接”，引導(dǎo)學(xué)生分析兩種連接方式表達(dá)出的蛋白質(zhì)是否一樣？為什么？啟動(dòng)子和目的基因的方向正確了，目的基因是不是就一定能正確表達(dá)？引導(dǎo)學(xué)生利用微課學(xué)習(xí)的啟動(dòng)子、終止子的作用進(jìn)行深入分析。

學(xué)生通過“單酶切”模擬與分析活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)原來并不是只有理想化的目的基因-質(zhì)粒的連接產(chǎn)物，化微觀為直觀，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的熱情。同時(shí)檢測了學(xué)生課前微課學(xué)習(xí)的效果。

2.探究標(biāo)記基因在篩選中的作用

引導(dǎo)學(xué)生思考，目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，實(shí)際產(chǎn)生的多種連接產(chǎn)物，都有可能進(jìn)入受體細(xì)胞（大腸桿菌），但只需要哪一種受體細(xì)胞？如何篩選？具體怎么操作？學(xué)生在已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有的認(rèn)為在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素，有的認(rèn)為在培養(yǎng)基中加入氨芐青霉素和四環(huán)素。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生逐一分析連接產(chǎn)物上的抗性基因，以判斷大腸桿菌存活還是死亡，進(jìn)而判斷方法的可行性。學(xué)生通過充分思考、討論，提出完善方案是培養(yǎng)基中先加氨芐青霉素，再加入四環(huán)素，在氨芐青霉素培養(yǎng)基上存活，加入四環(huán)素后死亡的就是導(dǎo)入“目的基因-質(zhì)?！钡拇竽c桿菌。但這種觀點(diǎn)又遭到某些同學(xué)的質(zhì)疑：“大腸桿菌死了還怎么培養(yǎng)？”教師適時(shí)地釋疑，介紹“抗性基因插入失活法”和“影印培養(yǎng)法”。

3.探究如何保證目的基因定向插入

教師進(jìn)一步激疑，篩選出的是含目的基因-質(zhì)粒，是否全都是我們所需要的？學(xué)生立刻想到導(dǎo)入目的基因-質(zhì)粒的大腸桿菌有2種，正向連接和反向連接，但無法篩選出來，看來“單酶切”不能解決此問題?？茖W(xué)家也在尋找解決方法，隨著科學(xué)發(fā)展，越來越多的限制酶被發(fā)現(xiàn)。如何解決目的基因定向插入這個(gè)問題呢？用這種方法實(shí)際可能產(chǎn)生的連接產(chǎn)物有幾種？

學(xué)生思考、討論后認(rèn)為，可以用兩種不同的限制酶切產(chǎn)生不同的黏性末端的方法解決目的基因定向插入這個(gè)問題。但必須選擇兩種合適的限制酶。所以在學(xué)生展示交流的環(huán)節(jié)應(yīng)先請(qǐng)未能及時(shí)完成任務(wù)的小組說說沒完成的原因，暴露學(xué)生在思維上的困惑，進(jìn)而分析原因，歸納“雙酶切”比“單酶切”有哪些優(yōu)勢。

開展探究如何保證目的基因定向插入的活動(dòng)，能很好地解決探究標(biāo)記基因在篩選中的作用所產(chǎn)生的“單酶切的局限性”問題，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究過程的曲折和不易，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的熱情。而課堂上的動(dòng)手模擬“雙酶切”，可以大大降低難度，化抽象為形象，使“定向連接”的問題迎刃而解，同時(shí)提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。

三、探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)反思

1.基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，開展科學(xué)探究

教師要研究學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，診斷學(xué)生的理解程度，分析值得探究的問題、學(xué)生探究過程中可能產(chǎn)生的問題，創(chuàng)造條件引導(dǎo)學(xué)生探究，以及應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆椒▉頇z驗(yàn)探究活動(dòng)效果，進(jìn)而創(chuàng)造性使用包括教材在內(nèi)的課程資源。

同時(shí)，設(shè)計(jì)探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：①科學(xué)可接近原則。例如“基因表達(dá)載體的構(gòu)建”空間想象難度大，思維跨度大，如果處理不好，會(huì)提高學(xué)習(xí)難度，令學(xué)生視高科技為畏途，導(dǎo)致教學(xué)流于形式。所以在教學(xué)過程中必須整合學(xué)生可以理解的情境，教師搭建好“腳手架”，使科學(xué)的學(xué)習(xí)與學(xué)生的生活、先前經(jīng)驗(yàn)具有相關(guān)性，加深對(duì)科學(xué)方法、科學(xué)精神的理解。②思考可視化原則。利用模型、圖片、實(shí)物等教學(xué)手段，化微觀為直觀，幫助學(xué)生基于感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽象的邏輯思維。

2.創(chuàng)設(shè)聯(lián)結(jié)，促進(jìn)深度理解

學(xué)生并不總能洞察新知識(shí)與已有知識(shí)之間的聯(lián)系，如果學(xué)生的知識(shí)沒有形成一定的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)或圖式，遇到實(shí)際問題或新情境，僅靠零散而非結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，是不利于訪問和提取的。因此，教師設(shè)計(jì)探究學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，必須幫助學(xué)生將學(xué)習(xí)材料納入概念圖之中，圍繞核心概念與其他概念之間聯(lián)系精心設(shè)計(jì)一個(gè)比一個(gè)更深入的問題情境，激發(fā)學(xué)生積極思考、深入探究、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，真正做到知識(shí)的內(nèi)化和融會(huì)貫通。

總之，教師應(yīng)從學(xué)生經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，積極探索有效途徑，真正做到圍繞學(xué)科的核心思想組織教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。一堂成功的課不是展示教師的才智、形象、語言，更要通過學(xué)生的成功來反映。

［1］〔美〕琳達(dá).達(dá)林－哈蒙德等.高效學(xué)習(xí)：我們所知道的理解性教學(xué)［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2009.

［2］周然，蘇明學(xué)，劉爽.“基因工程的基本操作程序”的教學(xué)組織［J］.生物學(xué)通報(bào)，2013（9）.

［3］李嬌.試論將學(xué)生經(jīng)驗(yàn)作為課程資源的開發(fā)策略［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)，2007（2）.

（責(zé)任編輯：陳欣）

本文系福建省教科所“十三五”規(guī)劃2016年度教育科學(xué)改革專項(xiàng)課題“參與者知識(shí)觀下高中生物課內(nèi)外一體化教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJG16－17）階段性研究成果。