促進深度學習的高中生物單元教學研究

【課題項目】本文為市教育科研“十四五\"規劃第二批（2022年度）課題“促進深度學習的高中生物學單元主題教學實踐研究\"（立項編號：2022ZHGHKTG040）研究成果之一。

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2025）13-0106-03

《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》）提出要發展學生的學科核心素養，指出教學活動不能只讓學生記住一些零散的生物學事實，而是要圍繞大概念組織開展單元教學活動。[

本文構建了“重組人胰島素的合成與改造\"的單元情境，圍繞單元重要概念引導學生整合知識解決實際問題，深化觀念、發展思維、培養能力。

一、單元教學內容分析

（一）《課程標準》及教材內容分析

《課程標準》將生物學知識分為大概念、重要概念和次位概念，單元教學要圍繞大概念展開，分析各級概念在單元中的分布和邏輯結構，完成單元教學設計。“重組人胰島素的合成與改造\"是人教版選擇性必修3的內容，對應學科大概念“基因工程賦予生物新的遺傳特性”，該單元的各級概念如圖1所示

（二）單元教學情境分析

創設\"重組人胰島素的合成和改造\"的真實情境，圍繞核心問題一利用大腸桿菌生產人胰島素并對其進行優化展開教學。國家“九五\"重點科技攻關項目—基因重組人胰島素的研制成功，使我國成為第三個能夠生產重組胰島素的國家。以此為素材創設情境貼近學生生活，能夠提升學生的社會責任感，感受我國生物技術的發展和取得的成就

（三）學情分析

學生在必修1學過核酸的基本知識，了解核酸是遺傳信息的攜帶者。在必修2學過DNA的結構，能更好地理解限制酶和連接酶的功能。DNA復制的知識有助于理解PCR的原理。基因表達的知識有助于理解在不同水平檢測產物的表達是否成功。

二、單元教學設計思路

單元教學活動以“情境一任務一活動一評價—素養”為主線，通過對情境中的問題進行分析，引導學生通過探究構建重要概念，提高核心素養，如圖2所示。

三、單元教學目標

依據《課程標準》學業質量評價體系，以生物學核心素養為導向，制定本單元的教學目標。

1.通過回顧DNA的結構和功能，說出基因工程誕生的理論基礎。

2.通過開展模擬實驗，歸納基因工程基本工具的特點及其在實現重組DNA中的作用。

3.能夠運用PCR技術獲取目的基因，可以針對生產生活中的某一需求，利用基因工程的技術和方法提出初步的工程構想，并進行簡單的方案設計。

4.能夠舉例說明人類可以根據需要對原有蛋白質結構進行改造，生產目標蛋白。

5.面對有關基因工程產品等社會問題的討論能夠理性做出個人決策，認同基因工程給農牧業、食品醫藥等行業帶來的變化。

四、單元教學過程

（一）主題1：基因工程的基本原理

教師通過講述傳統獲取胰島素的方法引出情境：能否利用繁殖較快的微生物體生產人胰島素？學生了解基因工程的誕生和理論基礎，探討大腸桿菌生產人胰島素的可行性。[3]

教師提供材料：不同的DNA序列紙條、帶有不同標簽的剪刀（模擬不同限制酶）訂書器（模擬連接酶）。通過模擬活動更好地呈現微觀過程，讓學生通過模型建構了解限制酶和連接酶的作用。學生思考選擇合適的運載工具將重組DNA導人受體內，教師補充基因工程中常用的載體種類。這些活動的設置有助于培養學生的分析、推理、歸納能力，發展學生的科學思維。

（二）主題2：基因工程的基本操作過程

基因重組人胰島素首先要獲取人胰島素基因，教師引出情境：如何獲得大量的人胰島素基因？讓學生思考是否能夠利用基因組文庫獲得人胰島素基因并直接導入大腸桿菌？學生分析大腸桿菌編碼區連續，人胰島素基因有內含子。討論并提出其他方法，如利用cDNA文庫或人工合成的方法獲取。接著，教師講解并概括利用RT-PCR獲取人胰島素基因的流程。

通過回顧載體的結構特點引導學生分析如何構建人胰島素表達載體，結合資料概括如何將目的基因導入大腸桿菌細胞。教師介紹科研人員將人胰島素基因和pBR322質粒載體連接構建重組質粒，轉入大腸桿菌并生產出胰島素，讓同學們結合該質粒特點分析篩選重組質粒的方法。

教師提出問題：如何檢測人胰島素基因是否成功導人受體細胞并合成有活性的胰島素？學生分析可以通過分子雜交技術或PCR技術檢測基因是否成功導入受體細胞、基因是否成功轉錄；通過抗原-抗體雜交技術檢測基因是否成功翻譯；可通過實驗靜脈注射給糖尿病小鼠，觀察血糖變化從而判斷胰島素是否具有生物學活性。[

（三）主題3：基因工程的應用

結合轉基因抗蟲棉的例子，對比、分析、歸納重組人胰島素和轉基因抗蟲棉的操作程序和技術路線有何異同，學生查閱資料調查基因工程在其他領域的應用并分組匯報。

（四）主題4：基因工程的延伸 一蛋白質工程

結合胰島素需要內質網和高爾基體的加工才具有生物活性，而大腸桿菌不具備以上細胞器，引出情境：如何解決無活性問題？學生提出改用真核生物作為受體（如酵母菌）將大腸桿菌產生的多肽鏈在體外進行加工。教師介紹目前常用的兩種方法：一種是先在大腸桿菌中分別合成胰島素A鏈和B鏈，再在體外將兩條鏈連接成胰島素。另一種是先表達胰島素原，再將其轉化為胰島素。通過以上分析讓學生了解可以對蛋白質的結構進行改造

天然胰島素制劑容易聚合，皮下注射后要經歷解離為單體的過程，療效會受到影響。教師引出情境：如何降低庚島素的聚合作用？學生提出可以對胰島素進行改造，總結出蛋白質工程設計速效胰島素的一般過程：根據速效胰島素的功能一推測胰島素應有的高級結構一推測氨基酸序列一推測對應的堿基序列一合成新的胰島素基因一基因工程生產速效胰島素。回

五、結語

在真實的情境中更易激發學生的學習興趣，本單元用\"重組人胰島素的合成與改造\"這一情境貫穿整個教學過程，通過提出核心問題以及設置具有層次性的任務和活動讓學生進行探究并及時評價。讓學生在解決問題中建構整個單元的概念體系，有助于促進深度學習，培養學生生物學核心素養。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：58，67，20，61，62.

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[3]殷亞妮.任務驅動下的教學設計策略—“以基因工程概述\"為例[J].中學生物學，2021，37（8）：32-34.

[4]張茜，劉欣.基于差異-合作模式的深度學習教學實踐——以“基因工程菌的構建\"為例[J].生物學教學，2022，47（9）：10-12.

[5]楊寧.用大腸桿菌表達速效人胰島素類似物的研究[D].上海：上海交通大學，2010.

[6]郭少純.基因工程生產胰島素的三點釋疑[J]中學生物教學，2015（Z1）：95-97.