基于模型建構的情境式教學實踐

張志祥 董路遙 趙沛榮

摘要 介紹了情境式教學模式在“遺傳信息的傳遞和表達”專題復習課上的實踐和探索。以“德爾塔病毒小范圍跨省傳播”這一真實情境引入復習主題，利用實物構建復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的物理模型，小組討論建構中心法則的概念模型，模擬防疫情境提升社會責任，顯性評價檢測素養(yǎng)提升。

關鍵詞 情境式教學 復習課 傳遞與表達 模型建構

中圖分類號 G633. 91

文獻標志碼 B

如何在核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求下重塑生物高效復習課堂值得每位生物教師思考與探索。杜威最早提出了情境的概念，認為“讓學生在知識所依附的情境中親自探索，才是學習發(fā)生的過程”，而有利于學習發(fā)生的情境一定是真實的社會環(huán)境、實踐情境或文化情境。因此，利用新冠病毒德爾塔變異株引入真實情境，通過模型建構建立復習體系，不失為一種可以點燃學生學習情緒、提升學生核心素養(yǎng)的良策。

1 教材分析

本節(jié)課復習內(nèi)容為必修2中“遺傳信息的傳遞和表達”專題，隸屬于新課標大概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”。從教學內(nèi)容分析，學生需要形成的次位概念主要有：多數(shù)生物的基因是DNA分子的功能片段，有些病毒的基因在RNA上;DNA通過半保留方式進行復制，堿基的排列順序編碼了遺傳信息;DNA的遺傳信息通過RNA指導蛋白質(zhì)的合成。本節(jié)內(nèi)容屬于復習課，包括2節(jié)課的內(nèi)容，復習內(nèi)容較多，知識點較為密集，且宏觀結(jié)合微觀、抽象結(jié)合具體的特點使學生的學習也具有一定難度。因此，教師如何串聯(lián)已有知識，把握教學重點至關重要。

2 學情分析

高二學生已經(jīng)學習過“遺傳信息的傳遞和表達”這一章，但是對細節(jié)的落實和原理的應用還不熟練。因此在學法指導上，教師需提供觀察、思考、展示的機會，充分調(diào)動學生已有知識經(jīng)驗，還要注重學生對知識的整體理解和概念體系的構建。教師可以通過展示實物模型、列表比較、合作建模等方式，增加學生的感性認識，加深對微觀結(jié)構的理解。

3 學習目標

①能夠通過探究新冠病毒德爾塔（ Delta）變異株的弗林切割位點的突變序列，復習己學知識，并總結(jié)、歸納遺傳信息傳遞和表達過程。

②能基于事實和證據(jù)，采用科學思維的方法，闡釋遺傳信息相關概念內(nèi)涵和生命規(guī)律。

③能就新冠肺炎疫情的特定生物學現(xiàn)象，觀察提問、實施方案并交流討論，領悟小組合作的重要性。

④能主動向他人宣傳關愛生命的觀念和知識，參與新冠疫情防控的分析和討論。

4設 計思路

情境式教學的核心要素包含“符合學習需要的真實情境、學生學習情緒的點燃、師生積極情感的融合、學生主動投入探究過程和指向核心素養(yǎng)的提升”。本節(jié)課通過五線四環(huán)節(jié)構建課堂結(jié)構，不以講授知識為復習手段，而是以德爾塔病毒弗林切割位點發(fā)生突變?yōu)榇笄榫常龑W生將復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯3個主要知識點應用到3個小情境中，通過構建物理模型完成對知識的回顧（圖1）。模型建構完成后，教師引導學生歸納中心法則，幫助學生建立完整的概念體系，實現(xiàn)從具體到抽象，最終上升至概念的全過程。最后，學生通過討論環(huán)節(jié)進一步提升科學思維和社會責任。為了充分彰顯學生主體地位和促進學生多元發(fā)展，教師設置了評價量表，對學生科學探究的能力進行科學的評價。

5 教學過程

5.1 以疫情情境引入復習主題

教師播放疫情現(xiàn)狀視頻，介紹目前在我國多地跨省傳播的新冠病毒主要為德爾塔變異株，引起德爾塔病毒傳染性增加的重要原因之一是其刺突蛋白上的弗林切割位點發(fā)生了突變，從而能被宿主細胞的弗林蛋白識別并切割。據(jù)此，教師提問：為什么弗林位點會發(fā)生改變？這一改變是由哪一段基因序列突變所致？教師為學生提供病毒變異前后弗林切割位點基因序列的對比圖，由此引入課堂探究主題，開啟“遺傳信息的傳遞和表達”專題復習之旅。

設計意圖：教師通過引入新冠疫情的相關報道，激發(fā)學生強烈的學習興趣和主動探究欲望，喚醒學生思維活力，快速進入復習課堂。

5.2 以建模情境突破重要概念

5.2.1 構建DNA、RNA復制物理模型

教師提供德爾塔變異株弗林切割位點的RNA序列模型和普通DNA病毒的某序列模型，提出問題：德爾塔增殖過程中其突變序列如何復制？和DNA病毒是否相同？教師提供核苷酸、酶等物理模型，引導學生以小組為單位分別模擬德爾塔變異株和DNA病毒序列的復制過程。學生依據(jù)科學性和完整性互相點評，選出最佳設計。結(jié)合物理模型，最佳設計小組分別講解DNA和RNA的復制過程。學生借助已有知識儲備，從場所、模板、原料、酶和堿基配對方式等方面比較復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，并填寫在學歷案上。

設計意圖：通過研究弗林切割位點的突變序列，教師引導學生復習回顧DNA、RNA復制的相關知識。學生在回顧舊知的同時，深化了概念的理解。學生充當“小老師”也可帶動班級的學習氛圍。

5.2.2 構建轉(zhuǎn)錄、翻譯物理模型

教師提問：為何突變序列會導致德爾塔變異株合成出親和力更強的弗林切割位點？其上的蛋白質(zhì)發(fā)生了怎樣的改變？教師提供阿爾法變異株和德爾塔變異株的弗林切割位點序列、核苷酸、酶等物理模型，學生兩人一組模擬病毒序列的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。

在模擬翻譯的過程中，學生會涉及到密碼子、反密碼子、mRNA等許多概念。教師可設計一系列有難度梯度的問題，并采取知識糾錯的形式重點突破。例如，翻譯從mRNA的何處開始？如何認讀遺傳密碼？密碼子和反密碼子的區(qū)別和聯(lián)系是什么？

活動完成后，教師請學生展示并比較最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。學生能夠發(fā)現(xiàn)德爾塔變異株的氨基酸序列中脯氨酸被替換成了精氨酸。教師給出資料：弗林切割位點的氨基酸鏈堿性越強，被弗林蛋白識別切割的效果越好（圖2）。學生通過討論，發(fā)現(xiàn)：精氨酸為堿性氨基酸，德爾塔變異株通過增加弗林切割位點的堿性增強自身傳染性。設計意圖：教師引導學生通過構建模型回顧遺傳信息表達過程，創(chuàng)設層次性問題引發(fā)學生思考，有效挖掘了教材的課程資源。教師展示包含幾個小錯誤的轉(zhuǎn)錄和翻譯模型，學生查找并糾正以檢驗知識鞏固程度，也為接下來“中心法則”的復習做好鋪墊。

5.2.3 構建“中心法則”概念模型

通過對弗林切割位點序列的研究，學生對遺傳信息的傳遞和表達有了深入的理解。教師可引導學生構建“中心法則”的概念體系，同時將知識匯總并以表格形式呈現(xiàn)（表1）。學生依據(jù)學歷案，開展小組活動。組長進行合理分工和環(huán)節(jié)把控;查找員負責收集多方資料，并進行科學記錄;書寫員負責概念圖（中心法則）的書寫;發(fā)言員負責設計展示和結(jié)論闡述;評價員負責對其他組進行點評分析。教師通過教學助手上傳學生成果，評價學生的表現(xiàn)。

設計意圖：在模型建構活動中，學生用準確的圖表、科學的術語表達自己的觀點，提高了靈活運用概念和小組合作探究的能力，體現(xiàn)了學生的主體地位，實現(xiàn)了以學定教。

5.3 以模擬情境提升社會責任

教師引導學生以抗擊疫情為話題展開討論：如果你是相關領域科學家，面對疫情，可以做哪些研究？教師要求學生結(jié)合本節(jié)課知識點進行闡述。學生的主要觀點包括：①研究新冠病毒結(jié)構和組分，并據(jù)此研制疫苗;②研究新冠肺炎的診斷手段，開發(fā)更精確的基因試劑盒;③根據(jù)新冠病毒特性，研制阻斷藥物。教師展示科學家在新冠病毒基因組測序、疫苗和檢測試劑研發(fā)、藥物和臨床救治等方面的最新研究進展，對學生模擬科學家的行為給予了高度贊賞，鼓勵學生努力學習，將來為社會作出貢獻。

6 教學評價

考慮到學生個體差異和發(fā)展需求及本節(jié)課的教學特點，基于模型建構，教師從科學探究能力中的觀察提問與方案實施及結(jié)果交流與討論兩個維度進行評價，采用自評（權重0.2）、互評（權重0.3）和師評（權重0.5）相結(jié)合的方式（表2）。

7 教學反饋

本節(jié)課用德爾塔變異株創(chuàng)設情境，通過研究弗林切割位點帶領學生回顧舊知，突破重難點。本節(jié)課課堂預設主要采用了自主學習、合作探究、問題驅(qū)動、模型建構的教學形式，以及以學定教、主體評價的教學理念。從學生反饋來看，本次情境式教學實踐大體達成了課程學習目標，復習效果較為理想。不過，教學實踐中也出現(xiàn)了學習任務偏重、問題設置偏難、思維引導偏少等問題，教師還需要在日后的教學實踐中進行調(diào)整和優(yōu)化。

參考文獻：

[1]崔允漷，王中男.學習如何發(fā)生：情境學習理論的詮釋[J].教育科學研究，2012，（7）：28-32.

[2]王雅婷.創(chuàng)設問題情境提升生物學學科核心素養(yǎng)的二輪復習策略——以“艾滋病”專題為例[J].生物學教學，2019，44（5）：13-14.

[3]張志祥，王穎，趙沛榮.指向科學探究能力提升的表現(xiàn)性評價任務的設計——以“探究細胞膜的結(jié)構為例[J].中學生物教學，2019，（8）：17-20.

[4] M Hoffmann，H Kleine-Weber，S Schroeder et al.SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and isblocked by a clinically-proven protease inhibitor[J]. Cell， 2020，181（2）：271 - 280.