基于新型冠狀病毒的中心法則教學設計
——以新型冠狀病毒拓展復習為例

黃碧華

(福建省晉江市僑聲中學 362271)

1 教學內容分析

中心法則是高中生物學教科書中的重要核心概念之一.人教版舊教材《生物學·必修2·遺傳與進化》中心法則內容主要包括:DNA復制、轉錄、逆轉錄、RNA復制、翻譯等過程.“基于新型冠狀病毒的中心法則”教學內容包括三方面：(1)中心法則的提出及發展，(2)通過分析新型冠狀病毒有關資料，運用所學知識，解決新型冠狀病毒侵染增殖、檢測、治療與預防等相關問題，(3)面對新冠疫情，普通人的做法.本節內容旨在幫助學生整合已有的認知，以達到更深層次的整體認識，以最終達到大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下多個小概念的復習目的.

2 教學目標

(1)以新型冠狀病毒為情境材料，通過其侵染增殖、檢測、治療、預防等方面的學習，引導學生科學思維、尋找規律，更深刻地理解中心法則的內容，以達到大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下多個小概念的復習目的.(生命觀念、科學思維)

(2)以新型冠狀病毒的檢測、治療、預防為例，將學科、技術、工程學和數學(STEM)知識和能力綜合運用在實踐活動中、解決生活中的實際問題.(科學思維、科學探究、社會責任、生命觀念)

3 學習者特征分析

學生已掌握DNA復制、轉錄、翻譯的相關知識，懂得基因指導蛋白質的合成，具備病毒相關知識且對新型冠狀病毒的危害有了一定的了解，這為新知識的學習奠定了認知基礎.這節課的學習能夠幫助學生理解DNA、RNA、蛋白質等生物大分子之間的關系，構建思維導圖，即“中心法則”.

4 教學過程

4.1 中心法則的提出及發展

教師活動播放視頻：基因指導蛋白質合成的過程，講解中心法則的含義和由來，引導學生板書基因表達流程圖，閱讀課本P69內容并完善中心法則，列表比較中心法則各過程.

學生活動板書基因表達流程圖，閱讀課本P69內容并完善中心法則，列表比較中心法則各過程.

設計意圖結合講解、閱讀、思考，能解釋中心法則，也為后面的學習做鋪墊.

4.2 新型冠狀病毒

探究一 新型冠狀病毒的侵染增殖

教師活動(1)介紹新型冠狀病毒(如圖1所示)：新冠疫情，其病原體是新型冠狀病毒(2019-nCoV).該病毒由單股正鏈的RNA和多種蛋白質組成，表面分布著像皇冠一樣的刺突蛋白(S 蛋白).

圖1

(2)介紹新型冠狀病毒侵染宿主和增殖過程(如圖2所示):新型冠狀病毒通過S蛋白與人體細胞膜上受體(ACE2 )結合后，以膜融合或胞吞的方式進入細胞.溶酶體去殼后，病毒正鏈RNA有部分片段在宿主核糖體上翻譯成RNA復制聚合酶 ，該酶可以使病毒的核酸在細胞內大量復制形成全長負鏈RNA和大小不等的負鏈RNA.形成的全長負鏈RNA通過復制再合成正鏈RNA作為新病毒的遺傳物質，而大小不等的負鏈RNA轉錄形成的正鏈RNA則翻譯成蛋白質，這些蛋白質是病毒的不同結構蛋白和組裝蛋白，組裝蛋白將結構蛋白和 RNA組裝成新病毒，再以胞吐的形式釋放到細胞外.

圖2

(3)展示知識鏈接：根據不同方法可將病毒進行如下分類：

按寄主類型可分為動物病毒(如HIV)、植物病毒(如煙草花葉病毒)、真菌病毒(如釀酒母病毒)和細菌病毒(如噬菌體).

按所含核酸類型可分為DNA病毒和RNA病毒，見表1.

表1

學生活動據圖1思考回答：新型冠狀病毒是一類主要引起呼吸道、腸道疾病的病原體,其主要成分是什么？屬于哪種類型的病毒(從所含的核酸類型思考)？如何培養？據圖2思考回答：(1)新型冠狀病毒基因組RNA(+)與其在宿主細胞中的mRNA功能相同嗎？請據圖說明理由.(2)請寫出新型冠狀病毒的中心法則.

設計意圖(1)通過新型冠狀病毒的表達的學習，知道新型冠狀病毒信息流動為：RNA的復制、轉錄和翻譯.這一過程中也培養學生的識圖、分析能力.據2021年福建省高考試題分析，情景化試題具有信息量大、陌生性和復雜性特點.本探究活動培養學生閱讀能力，采集信息能力.(2)引導學生進行歸納總結，實現知識點系統化，使學生對所學知識有所提升和拓展.

探究二 新型冠狀病毒的檢測

教師活動展示資料：常用檢測方法：口咽、鼻腔拭子法.用拭子反復擦拭口咽部或鼻腔3～5次，收集粘膜細胞進行病毒檢測.核酸檢測盒中的試劑：逆轉錄酶試劑、病毒核酸標準試劑、Taq酶、游離脫氧核糖核苷酸、引物、特異性的熒光DNA探針、緩沖試劑等(注：新冠病毒RNA易分解).

學生活動思考討論表達：核酸檢測包含哪些關鍵步驟？(預期答案：(1)采集鼻、咽試子；(2)提取樣本RNA；(3)逆轉錄；(4)擴增；(5)檢測.)

設計意圖(1)這一過程體現逆轉錄，PCR擴增知識點在生活實際中的運用.(2)培養學生合作能力，培養學生歸納總結問題能力.

探究三 新型冠狀肺炎的治療

教師活動(1)展示資料：新聞報道，法匹拉韋能有效治療新型冠狀病毒肺炎，它是一種RNA聚合酶抑制劑類的藥物.提問：該藥抑制中心法則的哪個過程？

(2)引導學生仔細觀察圖2，采集信息并作答.新型冠狀病毒侵染人體細胞的關鍵是S蛋白與人體細胞膜上受體 (ACE2 )的結合.因此，科研思路可以是：破壞S蛋白和ACE2的結合 ，使病毒無法進入細胞，從而抑制病毒感染，請同學結合免疫調節知識，尋找破壞S蛋白和ACE2結合的方法.

學生活動學生仔細觀察圖2，采集信息并作答：(1)新型冠狀病毒進入細胞的鑰匙是什么？(2)新型冠狀病毒侵染人體細胞的關鍵步驟是什么？ (3)哪些可做為藥物靶點？(4)結合免疫調節知識，思考破壞S蛋白和ACE2結合的方法？

設計意圖(1)這一過程體現了RNA復制、轉錄、翻譯在科學研究中的運用.(2)讓學生在問題的驅動下通過自己觀察、閱讀、思考發現知識，并加以創造性的應用，建立相應的認知結構.(3)設計的問題串，由易到難有步驟地加強學生的思維能力，符合學生的一般認知規律.

探究四 新型冠狀病毒的預防

教師活動展示資料：疫苗的種類:(1)傳統的新型冠狀病毒疫苗—— 滅活疫苗：滅活病毒，保留抗原成分以誘導機體產生免疫應答.(2)新型的新型冠狀病毒疫苗：①重組蛋白疫苗：通過基因工程大量生產新型冠狀病毒的S蛋白，把它注射到人體，刺激人體產生大量抗體；②腺病毒載體疫苗：將新型冠狀病毒S蛋白基因與腺病毒重組，基因重組腺病毒在人體內表達新型冠狀病毒S蛋白,誘導機體產生免疫應答；③美國mRNA疫苗：體外直接合成S蛋白的mRNA,注射到人體內，表達出S蛋白，誘導機體產生免疫應答.

學生活動閱讀、思考疫苗生產過程中遺傳信息的流動并完成例題：改造后的腺病毒是一種對人體基本無害的病毒，研究人員將新型冠狀病毒的刺突蛋白S基因重組入改造后的腺病毒，成功研發出腺病毒載體疫苗，并已批準上市.下列敘述正確的是( ).

A.腺病毒載體新冠疫苗屬于滅活疫苗

B.給患者注射腺病毒載體新冠疫苗是一種有效的治療手段

C.可通過檢測接種者血清腺病毒含量來判斷該疫苗的有效性

D.新型冠狀病毒為RNA病毒，獲得新型冠狀病毒S基因的過程一般為提取病毒RNA，通過逆轉錄過程獲取相應DNA

設計意圖(1)使學生認識到基因工程技術能實現外源基因在受體細胞內DNA復制、轉錄和翻譯.(2)通過分析材料、完成例題，提升學生信息提取與綜合分析應用能力，且滲透STEM教育.

4.3 面對新冠疫情，普通人的做法

教師活動播放視頻《面對疫情，我們普通人應該怎么做？》.

學生活動觀看，了解，指導生活.

設計意圖通過視頻觀看，了解疫情現況，學習疫情防控知識，提高自我保護能力，培養防疫抗疫的社會責任.

4.4 課堂小結(略)