基于5E教學模式的“基因突變和基因重組”教學設計

（貴州省凱里市第一中學 貴州凱里 556000）

5E教學模式是美國生物學課程研究（BSCS）開發的一種基于建構主義教學理論模式，包括引入、探究、解釋、精致、評價五個環節。筆者嘗試將5E教學模式落實在“基因突變和基因重組”一節的教學中，促進學生對科學概念的理解和知識的建構，從而提高學生生物學學科核心素養。

1 教材分析

“基因突變與基因重組”是人教版高中生物學教材《必修2·遺傳與進化》第五章第一節的內容。在學習時，學生會產生很多疑問：有些細胞在生命歷程中會發生癌變。同樣，基因在代代相傳的過程中，會不會發生變化？為什么會發生變化？怎樣變化？變化后會對生物產生怎樣的影響？除基因突變外，還有哪些變異？在學習后，學生就能解決這些疑問了。因此，第五章是前面章節的邏輯延續，也是第六章和第七章的重要基礎。本課內容的教學重點為基因突變，教材從實例入手，通過對鐮刀型細胞貧血癥的分析，引入基因突變的概念，然后詳細闡述基因突變的原因和特點。由于學生已經學習很多基因重組的相關基礎知識，因此，本節課重點放在基因突變上，對基因重組則進行舉例歸納講解。

2 教學目標

（1）依據基因突變的類型，分析和比較基因突變對生物性狀造成的影響。（2）能夠根據基因突變產生的原因，提出避免基因突變的可行性措施。（3）能夠評價基因突變在生物進化中的作用和意義。（4）能夠利用事實和數據分析有性生殖中子代多樣性的原因，分析基因重組的生物學意義。（5）依據基因突變和基因重組的知識，提出人類遺傳病預防和治療的途徑。

3 教學過程

教師按照5E教學模式的思想和內涵，組織和引導學生進行自主探究、合作學習和交流討論，培養學生的生物學學科核心素養。

3.1 引入

教師創設情境，在充分了解學生的認知結構和學生已有背景知識的前提下，利用問題激發學生對學習任務產生興趣，并促進學生產生認知沖突。

教師創設情境：一個世代都開紅花的植物，在一次突然性冰凍后，有一株開了白花。白花性狀產生的原因是什么？科學工作者將白花植株的一個枝條扦插和植物組織培養后獲得的植株，將它們栽培到相同且適宜的環境條件下。若開出的都是紅花，推測該白花植株出現的原因是什么?若開出的都是白花，則該白花植株出現的原因又是什么?白花基因的測序和白花植株進行自交實驗——利用PCR技術和基因測序技術，將情境中的白花植株和紅花植株的花色基因進行比較，發現白花植株的花色基因發生了堿基對序列的變化。控制花色基因的堿基序列發生了怎樣變化?教師引導學生思考、討論相關問題，促進學生主動參與到課堂教學的情境發展中。

學生在教師創設的情境中，針對教師的問題、情境和現象進行思考，聯系已具有的知識和經驗，暴露出錯誤概念，產生認知沖突，激發出探究欲望，實現概念的轉化。這些是學習基因突變概念的重要基礎和前提。

3.2 探究

教師根據引入環節產生的認知沖突，提供學生必需的背景知識，引導學生進行探究，及時了解學生探究的進程和深度。學生也要主動地針對特定的內容，進行探究活動，觀察現象、建立事物之間的聯系，概括規律、識別變量，這是學習基因突變新概念的重要前提。教師引導學生開展一系列活動，促進學生主動學習。

活動一：教師展示患鐮刀型細胞貧血癥病人圖片，與正常的紅細胞的性狀和功能作對比，引導學生一步步由宏觀到微觀尋找病因。教師提出問題：假設你是科學家，結合“結構功能觀”，能分析出病因嗎？寫出大致思路流程圖。并提供學生活動的要求和相關資料。小組合作完成教科書81頁中“思考與討論”的圖解，并利用投影展示闡述學習成果。學生在教師的引導下總結病因：由于血紅蛋白基因中堿基對替換導致基因結構改變，從而引起性狀的改變。

活動二：教師提供血紅蛋白基因的一段堿基序列，引導學生思考探討“基因結構的改變是否一定會造成生物性狀的改變”。學生分別進行替換、增添、缺失任意一個堿基，根據中心法則，寫出轉錄、翻譯產生的多肽鏈，觀察三種情況的變化。教師進一步整理歸納基因突變的類型及對蛋白質造成的影響。師生共同探討得出“基因突變不一定導致生物性狀的改變”的結論。

活動三：學生暢所欲言，列舉出生活中有關基因突變原理的實例。教師提出問題：“基因如此穩定為什么會發生突變？”隨后展示三種因素的圖片，促進學生在討論過程中實現次級概念的形成（描述細胞在某些化學物質、射線以及病毒的作用下，基因突變概率可能提高，而某些基因突變能導致細胞分裂失控，甚至發生癌變）。學生聯系生活中基因突變的生物學事實，自主學習教材83頁，歸納總結基因突變的特點。接著，教師提出問題，使學生產生認知沖突：自然條件下基因突變率低，大多數是有害的，這對生物的進化有什么意義？并展示達爾文研究的加拉帕戈斯群島的地雀及生物進化歷程示意圖，提出問題串，以幫助學生理解和總結基因突變的意義：①產生新基因的途徑是什么？②生物進化的原始材料是什么？③生物變異的根本來源是什么？

學生獲得概念相關的客觀事情的感性認識主要來源于生活經驗、觀察實驗和教學語言喚起的表現。通過這三個探究活動，學生對基因突變有了一定的感覺和知覺，進入了概念的感性認識階段，是學生獲得基因突變新概念的基礎。

3.3 解釋

探究完成后，學生要用自己的語言解釋探究結果，形成初步解釋。教師引導學生將在引入、探究環節的經歷與新的解釋或概念之間建立聯系，要求學生表達的基因突變概念簡潔、清晰和直接，同時也使基因突變的概念、特點或意義明確化和可理解化。最后，教師采用視頻、多媒體軟件、思維導圖等多種方式，將基因突變的內涵、外延、原因、結果、特點、意義等概念要素進行整合（圖1）。

3.4 精致

學生在獲得新的概念后，需要利用這些概念嘗試解決問題或解釋新現象。因此，教師為學生提供時間和空間，要求學生以小組合作學習的形式進行討論，制訂解決方案，使學生通過參與討論而獲取信息，以加強對新概念的理解，最終將新概念內化到自己的認知結構中。這個過程就是新概念不斷精致化的過程，教師應注意引導學生對相應的概念、過程和方法進行歸納總結，使其從術語到內涵全方位地理解新概念。

教師布置習題：基因突變是真核生物可遺傳變異的根本來源，請回答下列問題：基因突變既可由顯性基因突變為隱性基因（隱性突變），也可由隱性基因突變為顯性基因（顯性突變）。若某種自花受粉植物的AA和aa植株分別發生隱性突變和顯性突變，且在子一代中都得到了基因型為Aa的個體，則最早在子_____代中能觀察到該顯性突變的性狀；最早在子_____代中能觀察到該隱性突變的性狀；最早在子_____代中能分離得到顯性突變純合體；最早在子_____代中能分離得到隱性突變純合體。

概念是客觀對象的共同屬性和本質特征在人腦中的反映，是在感性認識的基礎上通過思維加工而形成的。在“精致”環節過程主要就是抽象和概括，最終確立概念的內涵與外延。通過對這個環節的強化，學生習得的概念就較少與其他概念發生聯系了。

3.5 評價

教師需要觀察學生如何應用新的概念和方法來解決問題，并提出開放性的問題來評價學生對新概念或方法的理解和應用情況。綜合評價的方式可以采用提問、小組討論、記錄學生的動手操作能力、紙筆評價、自評和互評相結合等形式進行。

教師展示人類單基因遺傳病（并指、紅綠色盲、白化病等）的發病率、患者的生活、家系圖等資料。學生根據自己對遺傳物質和可遺傳變異的認識，提出人類遺傳病預防和治療的可行途徑。最后，教師可適當補充相關的生命科學前沿內容，如基因組編輯技術原理、熒光技術等，發展學生的生命觀念，增強其社會責任感。教師引導學生遷移應用概念，讓學生在新的情境中創造性的解決問題，幫助學生形成對自己學習成果的價值評價。

評價環節可以視為概念的活化和結構階段。在此環節中，學生應用概念來分析或解決一些生產或生活或自然界中的實際問題，將新概念納入到原有的認知結構中以形成一個新的“概念系統”。

4 教學反思

本節課基于5E教學模式開展教學，將5個環節環環相扣，始終以學生為中心。在整個教學過程中，教師發揮組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，充分利用情境、合作、會話等學習環境要素激發學生的主動性、積極性，最終促進學生有效地實現對當前所學生物知識意義的建構，落實了生物學學科核心素養的培養。