尹佳欣

［摘 要］在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”第一課時(shí)的教學(xué)中，采用建模教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生選擇、制作、修改以及評(píng)價(jià)模型；通過模型的建構(gòu)過程來模擬轉(zhuǎn)錄的過程，以此達(dá)到在建構(gòu)“轉(zhuǎn)錄”概念的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的目的。

［關(guān)鍵詞］建模教學(xué)；科學(xué)思維；教學(xué)設(shè)計(jì)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2024）11-0090-03

一、教材分析

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一節(jié)在人教版高中生物學(xué)教材中的位置設(shè)計(jì)是很巧妙的——在必修2第四章的第一節(jié)，不難看出該節(jié)內(nèi)容的重要性。第四章圍繞著基因的表達(dá)開展學(xué)習(xí)，“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”即是基因的表達(dá)的開始，且在前一章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一概念并構(gòu)建了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，梳理了基因的概念，理解了DNA與染色體之間的關(guān)系，為學(xué)習(xí)基因的表達(dá)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！盎蛑笇?dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一節(jié)在高中生物學(xué)教材中具有承上啟下的作用，既對(duì)學(xué)生之前所學(xué)習(xí)的基因與蛋白質(zhì)知識(shí)進(jìn)行了總結(jié)提升，又為后續(xù)學(xué)習(xí)基因與性狀的關(guān)系、生物的變異和進(jìn)化以及基因工程等知識(shí)奠定了理論基礎(chǔ)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在必修1已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了蛋白質(zhì)、核酸這些生物大分子，也知道了DNA是主要的遺傳物質(zhì)，在剛學(xué)完DNA的自我復(fù)制之后，學(xué)生對(duì)DNA是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成十分感興趣。鑒于高中生的思維水平以及動(dòng)手能力相較于初中生有一定的提升，同時(shí)考慮到“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是比較抽象的過程。因此，使用直觀的模型去模擬轉(zhuǎn)錄的過程是個(gè)很好的選擇，能在加深學(xué)生對(duì)基因表達(dá)的理解的同時(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

三、教學(xué)策略

新課程改革要求生物學(xué)教學(xué)要能夠幫助學(xué)生獲得生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。為什么生物學(xué)教學(xué)要能夠幫助學(xué)生獲得模型的基礎(chǔ)知識(shí)？如何幫助學(xué)生獲得有關(guān)模型的基礎(chǔ)知識(shí)？想要回答這些問題，就要與生物學(xué)知識(shí)的特質(zhì)聯(lián)系起來。在高中生物學(xué)中，有許多微觀且十分不易理解的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)以及反應(yīng)過程，比如細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、染色體的合成過程以及基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過程等。學(xué)生主體思維的認(rèn)知會(huì)限制他們?nèi)ダ斫膺@些微觀的物質(zhì)與反應(yīng)過程，而模型建構(gòu)可以幫助學(xué)生更好地理解微觀的物質(zhì)和反應(yīng)過程。建模教學(xué)正是以建構(gòu)模型為核心內(nèi)容的一種教學(xué)策略。模型的種類較多，主要包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型，在本節(jié)課的教學(xué)中將會(huì)使用到物理模型。本節(jié)課的建模教學(xué)的基本步驟包括明確模型建構(gòu)的目的、選擇和使用合理的模型表征方式、建構(gòu)模型、檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)模型、修正模型。

四、教學(xué)目標(biāo)

1.通過展示科學(xué)史料，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理的方法，引導(dǎo)學(xué)生得出RNA是DNA分子的信使，并通過科學(xué)史料的學(xué)習(xí)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)與不易。

2.運(yùn)用模型與建模的方法，以小組為單位，引導(dǎo)學(xué)生制作、運(yùn)用、修正以及評(píng)價(jià)模型，理解DNA是如何將遺傳信息傳遞到RNA的，總結(jié)出轉(zhuǎn)錄的概念。

3.通過轉(zhuǎn)錄過程的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)細(xì)胞生命活動(dòng)的基本規(guī)律和科學(xué)研究的重要性，在建構(gòu)模型的過程形成批判性思維和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度與精神。

五、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，導(dǎo)入新課

教師給學(xué)生介紹我國(guó)是世界上最大的棉花生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)并展示棉花遭受病蟲害的圖片，以此為背景向?qū)W生科普科學(xué)家將蘇云金桿菌抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入普通棉花植株中，會(huì)產(chǎn)生Bt抗蟲蛋白，并表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀。教師提問：“為什么我們導(dǎo)入的是基因卻得到了蛋白質(zhì)呢？基因與蛋白質(zhì)之間又有什么樣的關(guān)系呢？”結(jié)合初中學(xué)過的生物學(xué)知識(shí)，學(xué)生知道生物的性狀是由基因控制的，此時(shí)教師再次提問：“基因是如何控制生物的性狀的？”學(xué)生結(jié)合課前預(yù)習(xí)的教材知識(shí)，得出基因通過指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物的性狀的控制，由此展開本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：以現(xiàn)實(shí)生活中的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉導(dǎo)入新課，吸引學(xué)生的注意力和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生本身就覺得轉(zhuǎn)基因作物是很神秘的存在，教師通過生物學(xué)知識(shí)將學(xué)生眼中“神秘”的知識(shí)真實(shí)化，在充分激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)也明確了本節(jié)課的學(xué)習(xí)目的。而轉(zhuǎn)基因作物在后面的學(xué)習(xí)中也會(huì)接觸到，該情境為基因工程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

（二）論證RNA是DNA分子的信使

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧知識(shí)，讓學(xué)習(xí)知道DNA分子主要存在于細(xì)胞核中，而蛋白質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)中合成的。其次，教師針對(duì)遺傳物質(zhì)的產(chǎn)生場(chǎng)所和蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所提出問題：“細(xì)胞核基因中的遺傳信息是如何傳遞到核糖體的？”最后，教師引導(dǎo)學(xué)生積極思考，小組討論并提出自己的主張。主張1：DNA從細(xì)胞核移出到核糖體指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。主張2：核糖體進(jìn)入細(xì)胞核，DNA直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。主張3：存在某種物質(zhì)作為中間信使，將DNA的遺傳信息傳遞給核糖體。教師就各小組提出的主張進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生回憶之前學(xué)過的蛋白質(zhì)與核酸部分知識(shí)，并為學(xué)生展示資料1：DNA分子的直徑約為2 nm，核糖體是圓形顆粒，直徑約23 nm，細(xì)胞核的核孔只有0.9 nm。學(xué)生借助資料1整理修正自己的主張：DNA與蛋白質(zhì)之間一定存在某種中間物質(zhì)，其將遺傳信息傳出細(xì)胞核。

通過以往的學(xué)習(xí)，學(xué)生不難推測(cè)出該中間物質(zhì)是RNA，教師為學(xué)生展示資料2：克里克向RNA Tie Club分發(fā)了一份題為“退化模板和適配器假說”的說明，并在論文《論蛋白質(zhì)合成》中提出了RNA 是信使物質(zhì)的假說。這則材料肯定學(xué)生的推測(cè)。教師繼續(xù)提問：“我們?nèi)绾巫C明RNA是DNA的信使呢？”待學(xué)生小組討論之后，教師為學(xué)生展示資料3：1955年，布拉切特以洋蔥根尖和變形蟲為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用RNA酶分解細(xì)胞中的RNA，蛋白質(zhì)的合成就停止了；如果再加入酵母中提取的RNA，蛋白質(zhì)又開始合成了。引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：蛋白質(zhì)的合成與RNA有關(guān)。

教師展示資料4：1961年，布倫納等科學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用噬菌體侵染細(xì)菌，在培養(yǎng)基中添加含14 C 標(biāo)記的尿嘧啶，培養(yǎng)一段時(shí)間后，把細(xì)菌裂解離心，分離出RNA與核糖體，分離出來的RNA有14 C 標(biāo)記；將分離得到的RNA分別與細(xì)菌的DNA和噬菌體DNA混合在一起，慢慢冷卻，發(fā)現(xiàn) RNA 只能與噬菌體DNA中的一條單鏈結(jié)合形成DNA—RNA雙鏈雜交分子。教師提問：“為什么14 C 標(biāo)記的RNA只能與噬菌體DNA中的一條單鏈結(jié)合形成DNA—RNA雙鏈雜交分子呢？”學(xué)生經(jīng)小組討論之后得出結(jié)論：RNA是以DNA的一條鏈為模板合成的。

由此，教師通過以上資料逐步證明RNA確實(shí)是DNA分子的信使，證實(shí)了學(xué)生的假設(shè)是正確的。

設(shè)計(jì)意圖：該部分的重點(diǎn)在于如何證明RNA是DNA分子的信使，要讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)任何假說與推測(cè)都是需要大量的證據(jù)去證明的，而通過展示真實(shí)的科學(xué)史料，學(xué)生能感受到科學(xué)家探索科學(xué)本質(zhì)時(shí)所運(yùn)用的思維方式，明白科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。同時(shí)，通過一步步地論證，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力以及辯證思維能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（三）建構(gòu)模型，歸納轉(zhuǎn)錄的概念，理解轉(zhuǎn)錄的過程

1.閱讀教材內(nèi)容，初步建構(gòu)模型

首先，教師帶領(lǐng)學(xué)生回憶DNA復(fù)制的知識(shí)點(diǎn)，借此提出問題：“轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所、原料、模板、能量和酶又是什么呢？”學(xué)生帶著問題去閱讀教材，小組討論得出答案。通過類比推理，教師與學(xué)生共同得出轉(zhuǎn)錄的概念：RNA是在細(xì)胞核中，通過RNA聚合酶以DNA的一條鏈為模板合成的，這一過程叫作轉(zhuǎn)錄。

其次，教師拿出事先準(zhǔn)備好的已解旋的Bt基因片段、不同顏色及形狀的小卡片所代表的五種核苷酸（A、G、C、U、T）以及橢圓形狀的RNA聚合酶，讓學(xué)生回憶DNA復(fù)制的過程，閱讀教材第65頁(yè)的圖4-4，并以小組為單位用手中的材料模擬Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)錄出Bt信使RNA的過程，即嘗試用模型建構(gòu)的方式去表達(dá)轉(zhuǎn)錄的過程。在學(xué)生分組建模的過程中，教師及時(shí)觀察各小組建模的情況，對(duì)有問題的小組給予適當(dāng)?shù)奶崾九c指導(dǎo)。

最后，教師讓兩個(gè)學(xué)生代表在黑板上展示各自小組得到的Bt信使RNA單鏈，并讓其他小組的學(xué)生提出問題，教師再進(jìn)行總結(jié)：（1）在轉(zhuǎn)錄過程中遵循的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則是怎樣的？A應(yīng)該與誰(shuí)配對(duì)？（2）轉(zhuǎn)錄過程中RNA聚合酶的移動(dòng)方向是怎么樣的？

2.觀看視頻，尋找答案，修正模型

教師播放轉(zhuǎn)錄過程的視頻，學(xué)生帶著問題去觀看視頻。通過觀看視頻，學(xué)生得出答案：A與U配對(duì)而不是與T配對(duì)；RNA聚合酶的移動(dòng)方向就是轉(zhuǎn)錄的方向，以3′—5′方向沿著DNA的模板鏈移動(dòng)。

學(xué)生從視頻以及其他同學(xué)的回答中發(fā)現(xiàn)自己小組所制作的模型存在的問題，并對(duì)所建構(gòu)的模型進(jìn)行修正與完善。

教師先請(qǐng)不同的小組展示自己的模型，簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)錄的過程，說出得到的mRNA的堿基序列，然后與學(xué)生共同總結(jié)出轉(zhuǎn)錄的一般步驟：解旋—配對(duì)—連接—釋放。教師再次提問：“DNA雙鏈中的任意一條鏈都可以成為模板鏈嗎？哪一條鏈才能指導(dǎo)相應(yīng)的Bt抗蟲蛋白基因的合成呢？”

3.小組討論，加深對(duì)轉(zhuǎn)錄的理解

各小組學(xué)生就教師提出的問題進(jìn)行思考討論，進(jìn)而得出結(jié)論：對(duì)于一個(gè)確定的DNA分子，轉(zhuǎn)錄的模板鏈?zhǔn)谴_定的，一般是以位于啟動(dòng)分子下游的3′—5′方向的鏈為模板鏈；只有模板鏈才能轉(zhuǎn)錄出具有相應(yīng)遺傳信息的mRNA，進(jìn)而指導(dǎo)相應(yīng)的Bt抗蟲蛋白基因的合成。

最后，教師提示學(xué)生在課后繼續(xù)查找其他種類的轉(zhuǎn)基因作物，在拓寬學(xué)生知識(shí)面的同時(shí)，為基因工程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)意圖：教師運(yùn)用類比與推理的方法，通過類比DNA的自我復(fù)制時(shí)所需要的場(chǎng)所、原料、模板、能量和酶來引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出轉(zhuǎn)錄所需要的場(chǎng)所、原料、模板、能量和酶，進(jìn)而歸納概述出轉(zhuǎn)錄的概念。轉(zhuǎn)錄的過程是比較抽象的動(dòng)態(tài)變化過程，而模型的建構(gòu)可以將抽象的過程具象化，通過模型的建構(gòu)，模擬Bt抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)錄出Bt信使RNA的過程，加深學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)錄的過程和實(shí)質(zhì)的理解。在學(xué)生不斷展示模型的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)模型進(jìn)行修正與完善，使學(xué)生層層深入地理解基因表達(dá)的本質(zhì)。而在教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中，學(xué)生的批判性思維和學(xué)科素養(yǎng)得到了很好的發(fā)展。

六、教學(xué)反思

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是在第三章“基因在哪里”以及“基因是什么”的問題的基礎(chǔ)上提出的。在“轉(zhuǎn)錄”一節(jié)的教學(xué)中，學(xué)生通過動(dòng)手模擬轉(zhuǎn)錄的過程，將抽象的生物學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)可見的模型；學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，通過小組合作思考討論并解決問題，建構(gòu)轉(zhuǎn)錄的概念，加深對(duì)轉(zhuǎn)錄過程的理解，從而完成本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。實(shí)施建模教學(xué)可以有效鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。在建模教學(xué)策略的實(shí)施中，首先，教師要改變邊講邊做的傳統(tǒng)教學(xué)模式，要注重設(shè)計(jì)建模方案，掌握建模教學(xué)策略。其次，除了需注意模型的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，教師還要重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，小組合作學(xué)習(xí)中不免有學(xué)生出現(xiàn)注意力不集中的情況，沒有真正參與到學(xué)習(xí)中，因此教師需要引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地參與建構(gòu)模型、修正模型及評(píng)價(jià)模型等活動(dòng)。最后，教師要對(duì)有問題的小組及時(shí)進(jìn)行正確的引導(dǎo)，不能讓建模過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤概念留在學(xué)生的腦海中，影響學(xué)生對(duì)正確知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。只有這樣才能夠讓學(xué)生由淺入深，逐步建構(gòu)知識(shí)框架，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 田敏.基于科學(xué)史論證和模型建構(gòu)的深度教學(xué)策略探究：以“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”（第1課時(shí)）為例［J］.中學(xué)生物學(xué)，2023（2）：59-61.

［2］? 趙萍萍，劉恩山.新課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的高中生物學(xué)建模教學(xué)策略［J］.生物學(xué)通報(bào)，2019（2）：10-14.

［3］? 譚永平.高中生物學(xué)新課程中的模型、模型方法及模型建構(gòu)［J］.生物學(xué)教學(xué)，2009（1）：10-12.

［4］? 蔣進(jìn)，李椿.“建?！瞿！媚！辈呗栽谏飳W(xué)教學(xué)中的運(yùn)用［J］.生物學(xué)教學(xué)，2019（6）：17-19.

［5］? 周獻(xiàn)輝，高武斌.從生物學(xué)建模教學(xué)談學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)：以“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”的構(gòu)建為例［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2021（2）：27-29.

［6］? 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［7］? 謝冬梅.基于科學(xué)史實(shí)發(fā)展科學(xué)思維的教學(xué)設(shè)計(jì)：以“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”第1課時(shí)為例［J］.生物學(xué)教學(xué)，2022（4）：55-56.

（責(zé)任編輯 黃春香）