基于核心素養(yǎng)下的生物高考課堂教學(xué)研究
——以基因工程為例

◎林小峰

2017年，教育部考試中心對(duì)高考進(jìn)行了系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，明確高考改革的核心立場(chǎng)是“立德樹人、服務(wù)選拔、導(dǎo)向教學(xué)”，明確“必備知識(shí)、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價(jià)值”的四層考查目標(biāo)及“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”四個(gè)方面的考查要求。這一設(shè)計(jì)是教學(xué)、備考、命題的指南，回答了高考“考什么”和“怎么考”的問(wèn)題。以考試改革倒逼學(xué)科教學(xué)改革，最終還是落實(shí)到課堂上“如何教”的問(wèn)題。從2016年、2017年高考理綜全國(guó)卷Ⅰ選修3試題解讀，分析對(duì)高中生物教學(xué)的導(dǎo)向教育；并以“基因工程”為課例，研究如何在課堂教學(xué)中落實(shí)生物核心素養(yǎng)。

一、2016年和2017高考理綜全國(guó)卷Ⅰ選修3試題分析及對(duì)生物教學(xué)的導(dǎo)向

2016年全國(guó)1卷40題主要考查基因工程中基本工具和基本原理的理解，其中對(duì)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的基本過(guò)程考查較深，對(duì)生命過(guò)程進(jìn)行深度思考的能力考層次較深。第一小題考查常用運(yùn)載體質(zhì)粒應(yīng)具備的基本條件，如果學(xué)生沒(méi)有深入理解質(zhì)粒的意義，很難得全分。第二小題考查運(yùn)載體上標(biāo)記基因的作用，同時(shí)考查目的基因運(yùn)載體結(jié)合的類型及含目的基因運(yùn)載體的篩選方法，不少學(xué)生平時(shí)缺乏模擬探究重組質(zhì)粒的過(guò)程，對(duì)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合會(huì)有哪些類型出現(xiàn)不甚清楚，更加缺乏如何對(duì)這些類型進(jìn)行篩選的思考，因此得分很低。第三小題考查噬菌體的原料來(lái)源，這個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，學(xué)生只要知道噬菌體是病毒，病毒寄生在細(xì)胞這些基礎(chǔ)知識(shí)即能得分。

2017年高考理綜全國(guó)1卷38題主要考查對(duì)基因工程基本原理的理解和運(yùn)用，其中還要求通過(guò)閱讀文字獲取并運(yùn)用信息，及跨度必修二科學(xué)史的聯(lián)系，體現(xiàn)能力層次的深度和綜合度都較高。第一小題涉及原核生物與真核生物基因結(jié)構(gòu)的知識(shí)，題目中以背景知識(shí)的方式出現(xiàn)，人教版教材中只以小字介紹內(nèi)含子（位于編碼蛋白序列內(nèi)的非編碼DNA片段），沒(méi)有具體介紹，教師講課時(shí)也容易忽略，體現(xiàn)能力層次較深，學(xué)生得分率較低。第二小題關(guān)于運(yùn)載體的選擇問(wèn)題，不少考生平常對(duì)此問(wèn)題缺乏具體思考，沒(méi)有理解運(yùn)載體的真正意義，對(duì)不同運(yùn)載體的適用條件掌握不到位，加上本題設(shè)問(wèn)異于常規(guī)，問(wèn)不選用的原因，加大大題難度。第三小題是關(guān)于受體細(xì)胞的選擇，考生容易漏答，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的分析有待加強(qiáng)。第四小題是關(guān)于目的基因的檢測(cè)與鑒定方法的考查，限定在蛋白質(zhì)水平上的檢測(cè)，本題提供了選項(xiàng)，降低了難度。第五小題知識(shí)的聯(lián)系與設(shè)問(wèn)的角度比較新穎，考生對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)理解不透徹，核心知識(shí)掌握不牢，知識(shí)的綜合練習(xí)能力不強(qiáng)，得分較低。

認(rèn)真分析了2016年和2017年高考理綜全國(guó)卷Ⅰ生物選修3試題，重視核心內(nèi)容的教學(xué)，關(guān)注原理本質(zhì)的理解，同時(shí)更加重視科學(xué)探究和理性思維能力的培養(yǎng)，重視對(duì)生命過(guò)程進(jìn)行深度思考的能力培養(yǎng)，準(zhǔn)確把握高考試題對(duì)高中生物的教學(xué)導(dǎo)向，通過(guò)課堂教學(xué)實(shí)踐落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，從而達(dá)到立德樹人的根本目標(biāo)。

二、以“基因工程”為課例教學(xué)導(dǎo)向，落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)

1.以模擬探究帶動(dòng)基礎(chǔ)落實(shí) 利用多媒體展示常見的幾種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，讓學(xué)生回顧基因工程操作的一般是如何進(jìn)行的？基因工程操作中需要哪些工具？在實(shí)際操作過(guò)程中，運(yùn)載體要具備哪些特點(diǎn)才能滿足實(shí)際需求？教師提供模擬操作探究體驗(yàn)，在模擬操作的過(guò)程中落實(shí)基礎(chǔ)，課堂生成問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)運(yùn)載體的特點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行切割和連接等操作，分析結(jié)果。

呈現(xiàn)幾種不同限制酶識(shí)別的堿基序列和酶切位點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)酶切的過(guò)程和DNA連接酶的作用位點(diǎn)，落實(shí)限制酶和DNA連接酶的基礎(chǔ)知識(shí)。給每個(gè)探究小組提供兩個(gè)印有相同堿基序列（含1個(gè)EcoRI酶切位點(diǎn)）的綠色紙條和印有兩個(gè)特定核苷酸序列的鏈狀DNA（含1個(gè)EcoRI酶切位點(diǎn)）的粉色紙條，把兩條綠色紙條粘貼成環(huán)狀代表運(yùn)載體，粉色紙條代表目的基因。

學(xué)生動(dòng)手模擬EcoRI酶切后得到的運(yùn)載體和目的基因。引導(dǎo)學(xué)生思考：我們操作得到的目的基因和運(yùn)載體的粘性末端能否通過(guò)堿基互補(bǔ)原則結(jié)合？若將這些酶切后的運(yùn)載體和目的基因充分混合后，在DNA連接酶的作用下，連接產(chǎn)物有哪些種類？

學(xué)生模擬操作中會(huì)出現(xiàn)的五種模擬產(chǎn)物（運(yùn)載體—目的基因的連接、運(yùn)載體—運(yùn)載體的連接、目的基因—目的基因的連接、運(yùn)載體自身環(huán)化、目的基因自身環(huán)化），進(jìn)一步提出為什么會(huì)出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？通過(guò)提問(wèn)鞏固對(duì)限制酶、粘性末端和DNA連接酶的理解，落實(shí)基礎(chǔ)，加深本質(zhì)理解。

2.以問(wèn)題解決培養(yǎng)對(duì)生命過(guò)程進(jìn)行深度思考的能力 在第一輪模擬探究的基礎(chǔ)上把各小組制作的運(yùn)載體—目的基因的連接產(chǎn)物進(jìn)行比較比較，序列是否相同？如果不同，對(duì)性狀的表達(dá)會(huì)有影響嗎？如何解決目的基因的插入是定向的？

給學(xué)生進(jìn)行在深入的探究，給每個(gè)探究小組提供兩個(gè)印有相同堿基序列（含1個(gè)EcoR1酶切位點(diǎn)和1個(gè)SmaI酶切位點(diǎn)）的綠色紙條和印有兩個(gè)特定核苷酸序列的鏈狀DNA（含1個(gè)EcoRI酶切位點(diǎn)和1個(gè)SmaI酶切位點(diǎn)）的粉絲紙條，可以參照人教版教材的模擬制作序列、剪刀（代表EcoRI和SmaI酶）、透明膠（代表DNA連接酶），同樣把兩條綠色紙條粘貼成環(huán)狀代表運(yùn)載體，粉色紙條代表目的基因。學(xué)生再次模擬操作發(fā)現(xiàn)，兩種限制酶切割產(chǎn)生的末端是不同（粘性末端和平末端），但是連接的產(chǎn)物變?yōu)槿N（運(yùn)載體—目的基因的連接、運(yùn)載體—運(yùn)載體的連接、目的基因—目的基因的連接），同時(shí)發(fā)現(xiàn)目的基因—運(yùn)載體連接產(chǎn)物的方向是一致的。通過(guò)模擬操作，解決了目的基因的定向插入問(wèn)題，明確了作為運(yùn)載體必須有多個(gè)酶切位點(diǎn)共外源基因的插入，通過(guò)雙酶切割的方法，可以實(shí)現(xiàn)目的基因的定向插入，確保目的基因的正確轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。

通過(guò)模擬DNA重組過(guò)程，將具體的操作程序有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)不斷深入的探討，逐步突破重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)課堂的模擬重組DNA的操作使抽象的內(nèi)容更直觀化，加深對(duì)這一程序的理解，有利于提高學(xué)生的認(rèn)知水平和接受能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生命過(guò)程進(jìn)行深度思考的能力。

3.以研究問(wèn)題為突破培養(yǎng)學(xué)科思維能力 教師提出進(jìn)一步的研究問(wèn)題：如何才能在受體細(xì)胞中選擇或檢測(cè)含有目的基因的重組DNA？

運(yùn)載體的特點(diǎn)除多個(gè)酶切位點(diǎn)外，還應(yīng)攜帶有標(biāo)記基因（如氨芐青霉素抗性基因、四環(huán)素抗性基因等），供重組DNA的鑒定和選擇。

根據(jù)學(xué)生的模擬操作，運(yùn)載體—運(yùn)載體的連接產(chǎn)物，運(yùn)載體—目的基因的連接產(chǎn)物上都有標(biāo)記基因，如何篩選出運(yùn)載體—目的基因的連接產(chǎn)物呢？學(xué)生通過(guò)討論，提出如果將目的基因插入到其中一個(gè)標(biāo)記基因的位置，從而將這個(gè)標(biāo)記基因破壞使其無(wú)法表達(dá)，即可達(dá)到篩選的目的。

通過(guò)模擬探究，加深學(xué)生對(duì)DNA重組技術(shù)的理解，特別是運(yùn)載體的特點(diǎn)與應(yīng)用，為高考備考的深化拓展打好基礎(chǔ)。多酶切，多標(biāo)記基因，插入失活的篩選方法是基因工程中的重要設(shè)計(jì)思路，理解了基因工程中使用的運(yùn)載體往往是人工合成的，培養(yǎng)了學(xué)科思維能力，并真正懂得了實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

4.以融合方式帶動(dòng)應(yīng)用訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)科學(xué)備考 如何獲得目的基因？如何利用原核生物的目的基因培育轉(zhuǎn)基因植物和動(dòng)物？如何對(duì)目的基因進(jìn)行檢測(cè)和鑒定？把以上問(wèn)題進(jìn)行融合，讓學(xué)生準(zhǔn)確理解獲取目的基因的方法，基因組文庫(kù)和CDNA文庫(kù)的不同；基因工程導(dǎo)入受體細(xì)胞不同，選用的運(yùn)載體不同；受體細(xì)胞不同，目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法也不一樣；目的基因檢測(cè)鑒定層次水平不同，鑒定的方法也不同。

融合策略是以某一個(gè)問(wèn)題為核心，從不同的角度、不同的層面、不同的形式，衍生出不同的問(wèn)題，從問(wèn)題解決的角度輻射概念和知識(shí)，甚至是探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。融合方式重在問(wèn)題解決，以問(wèn)題解決帶動(dòng)簡(jiǎn)單重復(fù)訓(xùn)練，科學(xué)備考，可以有效提高對(duì)試題的理解和解題準(zhǔn)確率。

在生物備考教學(xué)中，我們必須堅(jiān)定“立德樹人、服務(wù)選拔、導(dǎo)向教學(xué)”高考核心立場(chǎng)，明確四個(gè)考查目標(biāo)和四個(gè)考查要求，以此為標(biāo)尺，衡量落實(shí)我們的高考備考和高考教學(xué)，把生物科學(xué)素養(yǎng)落到細(xì)處，從而達(dá)到立德樹人的根本目標(biāo)。

［1］吳成軍.基于生物學(xué)核心素養(yǎng)的高考命題研究［J］.中國(guó)考試.2016（10）：25-31.

［2］王建春.2017年高考理綜全國(guó)卷1生物試題分析［J］.中學(xué)生物教學(xué).2017（9）：61-63.