基于大情境的單元設計

鄒穎 馬超

摘要 以人教版高中生物學《必修2·遺傳與進化》中“基因的復制與表達”這一節內容為例進行大單元設計，圍繞“肥胖可能是天生的”這一生活情境構建單元學習活動。教師通過組織學生參與討論社會議題、歸納分析、模型構建、問題解決等活動，引導學生構建出“DNA 通過半保留方式復制，基因通過 RNA指導蛋白質合成”的概念，并發展其生物學學科核心素養。

關鍵詞大單元教學? DNA 復制 基因表達 情境教學

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

1 單元教學分析

1.1課標解讀

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）對本節課的內容要求如下：形成“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的概念；概述半保留復制、性狀與遺傳信息的關系、細胞分化的本質、表觀遺傳現象。

《課程標準》中對本節課的學業要求如下：闡明 DNA 分子通過復制、轉錄和翻譯過程傳遞和表達遺傳信息；闡述遺傳信息起作用的方式，理解遺傳的本質。

1.2學情分析

學生對基因的概念和分布已有了基本的認識，具有一定的知識基礎，但并不清楚基因發揮作用的機制。同時，學生已具備一定分析與歸納推理的能力，具備深入理解遺傳本質的能力基礎。

1.3單元課時安排

明確問題情境、學生學情與課程標準對本單元的要求后，設計問題：肥胖的原因是什么，肥胖基因如何復制，如何指導蛋白質合成，如何控制肥胖。以解決這些問題為目標，進行課時劃分，建立了相應的課時任務，具體如表1。

2 單元概念解構

本單元主要探索遺傳的分子基礎，是“人類認識基因之路”中的一段，主要回答是的遺傳信息如何傳遞，遺傳信息如何起作用的問題。對課程標準中與本單元對應的概念進行解構，具體如圖1所示。

3 單元目標

（1）理解遺傳信息在 DNA、RNA、蛋白質及核質間的傳遞，建立生命的信息觀；

（2）分析基因與性狀間復雜的對應關系，體會因果關系的復雜性；

（3）推測堿基與氨基酸間的關系；

（4）通過分析實驗現象、提出假說、設計實驗、提高科學探究的能力；

（5）通過分析案例，認識肥胖現象的原理及利弊，選擇健康的生活方式。

4 教學過程

4.1探究肥胖基因傳遞給子代的方式

第一課時的次位概念為“概述DNA分子通過半保留方式進行復制。”教學主要內容包括“基因本質的回顧”“推測 DNA 復制的機制”“DNA 復制方式的探究”“DNA 復制的過程”等內容，教師通過組織學生參與以下四個子任務達成教學目標。

（1）任務1：肥胖原因初步分析

教師通過問題串引導學生回顧關于遺傳的探究進程與基因的本質。接著，教師展示肥胖相關的最新研究，引導學生從物質和能量的角度分析肥胖的原因，促使學生認識到肥胖是基因與環境共同作用的結果，從而引入肥胖基因的探究。

（2）任務2：推測DNA 復制的方式

教師引導學生從 DNA 結構出發，對 DNA 復制的過程進行推測。接著，教師展示沃森和克里克論文《核酸的分子結構》中對DNA 分子復制方式的推測并介紹科學家們對DNA分子復制方式提出的假說，引導學生根據情境資料進行分析探究。同時，教師通過問題串的方式引導學生理解同位素標記法和密度梯度離心可以用于區分親子代DNA 的原因。

（3）任務3：探究DNA 復制方式。

教師引導學生利用同位素標記和密度梯度離心的方法，展開演繹推理，分析實驗過程，完成實驗預測。學生對比教材中真實實驗結果，驗證假說，得出 DNA半保留復制的結論。

（4）任務4：模擬DNA 復制過程，概述其意義

通過教師多媒體演示，學生初步感知DNA 復制過程。學生以小組為單位構建DNA 復制的物理模型，演繹復制過程，并分組展示構建的模型，解說DNA 復制過程。學生通過模型的構建，歸納出DNA 復制特點。教師通過問題引導學生歸納出 DNA 復制的條件與意義。

設計意圖：教師通過組織學生參與任務1，回顧基因的本質。引導學生對生活現象進行思考，進而引入課題。任務2中教師引導學生根據 DNA 結構，推測 DNA 復制方式，重現沃森和克里克的思維過程，體驗科學家探究問題的思路和方法，發展學生的科學思維與探究能力。任務4中教師通過視頻讓學生感知 DNA 分子復制過程，然后設置“DNA 復制模型構建”的實踐活動，通過建模、討論和交流，加深學生對 DNA 復制的理解，培養學生批判性思維與創造性思維。

4.2肥胖基因指導蛋白質合成的方式

第二、三課時的次位概念為：概述 DNA 分子上的遺傳信息通過 RNA 指導蛋白質的合成。教學主要內容包括“遺傳信息的轉錄”“遺傳信息的翻譯”“中心法則”三部分，通過5個子任務達成目標。

（1）任務1：明確RNA 的分類與特點

教師展示RNA 的結構圖，通過問題串：①RNA是什么物質？② RNA 具有什么特征？引導學生觀察并總結歸納RNA 的分類、特點及功能，嘗試分析RNA 能作為DNA 的信使的原因。

（2）任務2：DNA中遺傳信息傳遞給mRNA的方式

教師通過視頻，引導學生直觀感知轉錄過程。學生小組合作，構建轉錄過程模型，并利用模型講解轉錄過程。教師通過一系列的問題串引導學生比較轉錄與 DNA 復制的異同點，分析轉錄的條件及遺傳信息準確轉錄的原因。學生構建的轉錄過程如圖2所示。

（3）任務3：概述堿基、tRNA、氨基酸的對應關系

教師提出問題：mRNA 只有4種堿基，但是細胞中有20多種氨基酸，它們如何對應？引導學生運用數學模型，演繹推理出堿基與氨基酸間的數量關系。接著，教師提出密碼子的概念，并給學生一段 mRNA 序列，引導學生利用密碼子表找出對應的氨基酸序列。學生分析密碼子表，理解密碼子的兼并性與通用性。教師提出問題：氨基酸是如何運往核糖體的？引導學生分析tRNA 的結構與功能，理解反密碼子的概念，并分析歸納氨基酸、tRNA、密碼子的對應關系。

（4）任務4：探究mRNA 中信息傳遞給蛋白質的方式

教師播放翻譯過程視頻，引導學生直觀感知翻譯過程。學生小組配合，構建翻譯過程的模型，學生利用模型講解翻譯過程。教師通過①如何開始翻譯；②如何終止翻譯；③翻譯場所在哪里等問題，引導學生講述翻譯過程，歸納出翻譯的條件。學生構建翻譯過程模型如圖3所示。

（5）任務5：概述中心法則

經過前期學習，學生已經知道肥胖基因的復制、轉錄、翻譯等內容，教師引導學生將肥胖基因的遺傳信息流進行歸納，并通過圖表形式展示，即中心法則。接著，教師展示部分病毒遺傳信息流動方向的資料，讓學生在中心法則的基礎上進行補充，對中心法則進行完善。此外，教師展示具體案例，引導學生通過觀察具體案例，分析部分藥物阻斷病毒繁殖的原理，把中心法則運用于實踐。

設計意圖：教師按照轉錄、翻譯的順序，引出“中心法則”。對基因復制、轉錄、翻譯進行歸納，概述了遺傳信息的傳遞規律，促進學生形成正確的生命觀，即生命是物質、能量、信息的統一體。教師引導學生對遺傳信息的傳遞過程進行探究，自主思考動手實踐制作 DNA 轉錄與翻譯的模型，并進行解說與分享，培養學生設計和實施方案及對結果進行交流、討論的實踐能力，提高學生團隊合作的意識與勇于創新的精神。

4.3基因表達與性狀的關系

第四課時的次位概念為生物性狀主要通過蛋白質表現。教師通過組織三個任務構建該概念。

（1）任務1：理解基因表達產物與性狀關系

教師展示豌豆圓皺、囊性纖維病、白化病等與遺傳現象相關的實例，引導學生聯系已有知識，分析其原因，總結基因對性狀的影響方式，用圖表歸納概括基因、蛋白質、性狀的關系。

（2）任務2：基因表達與細胞分化關系

教師展示同種生物不同細胞內基因與基因表達情況，引導學生通過對比分析得出不同細胞中基因相同、mRNA 可能不同的結論，進而概括出細胞分化的原因是基因選擇性表達。接著，教師提問：基因如何實現選擇性表達？學生閱讀柳穿魚花的形態結構與小鼠毛色遺傳的資料，概括其產生原因，歸納表觀遺傳的特點。教師引導學生對細胞內的基因進行分析、歸類，得出基因包括管家基因與奢侈基因兩大類。

（3）任務3：總結基因、環境與性狀關系

教師展示水毛茛等資料，并提問：基因能決定性狀嗎？學生歸納概括出基因、環境與性狀的關系。最后，教師引導學生回歸大情境，綜合分析肥胖的原因及預防肥胖的方法。

設計意圖：教師提供相關的實例，引導學生進行分析、歸納與概括，理解基因表達與否及表達水平的高低都是受到調控的，細胞分化是基因選擇性表達的結果，同時培養學生分析概括、比較推理的能力。此外，教師引導學生探討肥胖的原因與預防策略，培養學生珍愛健康、養成良好生活習慣的人生觀，滲透社會責任教育。

5 教學反思

本單元教學初步探索了在圍繞重要概念的大情境下，提出問題、設立大任務，把大任務拆解成子任務，進而解決大問題、形成大概念的整體教學設計。本單元教學共有兩條主線。一條主線為肥胖現象的分析，學生在本單元開始時初步討論肥胖的原因，分析資料得知肥胖基因對肥胖的控制作用。接著，學生對肥胖基因的復制方式、肥胖基因控制蛋白質合成的方式、肥胖基因與性狀間的關系以及預防肥胖的方法等一系列問題產生思考。另一條主線是對第一條主線產生的子問題進行解決，進而構建概念。教師在教學過程中推動兩條主線并進，在教學過程中聚焦生物學重要概念，在問題導向的思路下設計教學，通過完成子任務的過程形成生物學概念，培養學生生物學學科核心素養。

參考文獻：

[1]中華人民共合國教育部.普通高中生物學課程標準（2017版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]周初霞.聚焦生物學重要概念的單元整體教學設計實踐研究[J].生物學教學，2019，44（4）：7-10.