基于核心素养下的生物高考课堂教学研究——以基因工程为例

◎林小峰

2017年，教育部考试中心对高考进行了系统的顶层设计，明确高考改革的核心立场是“立德树人、服务选拔、导向教学”，明确“必备知识、关键能力、学科素养、核心价值”的四层考查目标及“基础性、综合性、应用性、创新性”四个方面的考查要求。这一设计是教学、备考、命题的指南，回答了高考“考什么”和“怎么考”的问题。以考试改革倒逼学科教学改革，最终还是落实到课堂上“如何教”的问题。从2016年、2017年高考理综全国卷Ⅰ选修3试题解读，分析对高中生物教学的导向教育；并以“基因工程”为课例，研究如何在课堂教学中落实生物核心素养。

一、2016年和2017高考理综全国卷Ⅰ选修3试题分析及对生物教学的导向

2016年全国1卷40题主要考查基因工程中基本工具和基本原理的理解，其中对目的基因与运载体结合的基本过程考查较深，对生命过程进行深度思考的能力考层次较深。第一小题考查常用运载体质粒应具备的基本条件，如果学生没有深入理解质粒的意义，很难得全分。第二小题考查运载体上标记基因的作用，同时考查目的基因运载体结合的类型及含目的基因运载体的筛选方法，不少学生平时缺乏模拟探究重组质粒的过程，对目的基因与运载体结合会有哪些类型出现不甚清楚，更加缺乏如何对这些类型进行筛选的思考，因此得分很低。第三小题考查噬菌体的原料来源，这个相对比较简单，学生只要知道噬菌体是病毒，病毒寄生在细胞这些基础知识即能得分。

2017年高考理综全国1卷38题主要考查对基因工程基本原理的理解和运用，其中还要求通过阅读文字获取并运用信息，及跨度必修二科学史的联系，体现能力层次的深度和综合度都较高。第一小题涉及原核生物与真核生物基因结构的知识，题目中以背景知识的方式出现，人教版教材中只以小字介绍内含子（位于编码蛋白序列内的非编码DNA片段），没有具体介绍，教师讲课时也容易忽略，体现能力层次较深，学生得分率较低。第二小题关于运载体的选择问题，不少考生平常对此问题缺乏具体思考，没有理解运载体的真正意义，对不同运载体的适用条件掌握不到位，加上本题设问异于常规，问不选用的原因，加大大题难度。第三小题是关于受体细胞的选择，考生容易漏答，对知识点的分析有待加强。第四小题是关于目的基因的检测与鉴定方法的考查，限定在蛋白质水平上的检测，本题提供了选项，降低了难度。第五小题知识的联系与设问的角度比较新颖，考生对经典实验的本质理解不透彻，核心知识掌握不牢，知识的综合练习能力不强，得分较低。

认真分析了2016年和2017年高考理综全国卷Ⅰ生物选修3试题，重视核心内容的教学，关注原理本质的理解，同时更加重视科学探究和理性思维能力的培养，重视对生命过程进行深度思考的能力培养，准确把握高考试题对高中生物的教学导向，通过课堂教学实践落实学科核心素养，从而达到立德树人的根本目标。

二、以“基因工程”为课例教学导向，落实生物学科核心素养

1.以模拟探究带动基础落实 利用多媒体展示常见的几种转基因产品，让学生回顾基因工程操作的一般是如何进行的？基因工程操作中需要哪些工具？在实际操作过程中，运载体要具备哪些特点才能满足实际需求？教师提供模拟操作探究体验，在模拟操作的过程中落实基础，课堂生成问题，引导学生依据运载体的特点，对模型进行切割和连接等操作，分析结果。

呈现几种不同限制酶识别的碱基序列和酶切位点，强调酶切的过程和DNA连接酶的作用位点，落实限制酶和DNA连接酶的基础知识。给每个探究小组提供两个印有相同碱基序列（含1个EcoRI酶切位点）的绿色纸条和印有两个特定核苷酸序列的链状DNA（含1个EcoRI酶切位点）的粉色纸条，把两条绿色纸条粘贴成环状代表运载体，粉色纸条代表目的基因。

学生动手模拟EcoRI酶切后得到的运载体和目的基因。引导学生思考：我们操作得到的目的基因和运载体的粘性末端能否通过碱基互补原则结合？若将这些酶切后的运载体和目的基因充分混合后，在DNA连接酶的作用下，连接产物有哪些种类？

学生模拟操作中会出现的五种模拟产物（运载体—目的基因的连接、运载体—运载体的连接、目的基因—目的基因的连接、运载体自身环化、目的基因自身环化），进一步提出为什么会出现这么多种连接产物呢？通过提问巩固对限制酶、粘性末端和DNA连接酶的理解，落实基础，加深本质理解。

2.以问题解决培养对生命过程进行深度思考的能力 在第一轮模拟探究的基础上把各小组制作的运载体—目的基因的连接产物进行比较比较，序列是否相同？如果不同，对性状的表达会有影响吗？如何解决目的基因的插入是定向的？

给学生进行在深入的探究，给每个探究小组提供两个印有相同碱基序列（含1个EcoR1酶切位点和1个SmaI酶切位点）的绿色纸条和印有两个特定核苷酸序列的链状DNA（含1个EcoRI酶切位点和1个SmaI酶切位点）的粉丝纸条，可以参照人教版教材的模拟制作序列、剪刀（代表EcoRI和SmaI酶）、透明胶（代表DNA连接酶），同样把两条绿色纸条粘贴成环状代表运载体，粉色纸条代表目的基因。学生再次模拟操作发现，两种限制酶切割产生的末端是不同（粘性末端和平末端），但是连接的产物变为三种（运载体—目的基因的连接、运载体—运载体的连接、目的基因—目的基因的连接），同时发现目的基因—运载体连接产物的方向是一致的。通过模拟操作，解决了目的基因的定向插入问题，明确了作为运载体必须有多个酶切位点共外源基因的插入，通过双酶切割的方法，可以实现目的基因的定向插入，确保目的基因的正确转录和表达。

通过模拟DNA重组过程，将具体的操作程序有机联系起来，通过不断深入的探讨，逐步突破重点和难点，同时通过课堂的模拟重组DNA的操作使抽象的内容更直观化，加深对这一程序的理解，有利于提高学生的认知水平和接受能力，有利于培养学生对生命过程进行深度思考的能力。

3.以研究问题为突破培养学科思维能力 教师提出进一步的研究问题：如何才能在受体细胞中选择或检测含有目的基因的重组DNA？

运载体的特点除多个酶切位点外，还应携带有标记基因（如氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因等），供重组DNA的鉴定和选择。

根据学生的模拟操作，运载体—运载体的连接产物，运载体—目的基因的连接产物上都有标记基因，如何筛选出运载体—目的基因的连接产物呢？学生通过讨论，提出如果将目的基因插入到其中一个标记基因的位置，从而将这个标记基因破坏使其无法表达，即可达到筛选的目的。

通过模拟探究，加深学生对DNA重组技术的理解，特别是运载体的特点与应用，为高考备考的深化拓展打好基础。多酶切，多标记基因，插入失活的筛选方法是基因工程中的重要设计思路，理解了基因工程中使用的运载体往往是人工合成的，培养了学科思维能力，并真正懂得了实践是检验真理的唯一标准。

4.以融合方式带动应用训练实现科学备考 如何获得目的基因？如何利用原核生物的目的基因培育转基因植物和动物？如何对目的基因进行检测和鉴定？把以上问题进行融合，让学生准确理解获取目的基因的方法，基因组文库和CDNA文库的不同；基因工程导入受体细胞不同，选用的运载体不同；受体细胞不同，目的基因导入受体细胞的方法也不一样；目的基因检测鉴定层次水平不同，鉴定的方法也不同。

融合策略是以某一个问题为核心，从不同的角度、不同的层面、不同的形式，衍生出不同的问题，从问题解决的角度辐射概念和知识，甚至是探究实验的设计。融合方式重在问题解决，以问题解决带动简单重复训练，科学备考，可以有效提高对试题的理解和解题准确率。

在生物备考教学中，我们必须坚定“立德树人、服务选拔、导向教学”高考核心立场，明确四个考查目标和四个考查要求，以此为标尺，衡量落实我们的高考备考和高考教学，把生物科学素养落到细处，从而达到立德树人的根本目标。

［1］吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究［J］.中国考试.2016（10）：25-31.

［2］王建春.2017年高考理综全国卷1生物试题分析［J］.中学生物教学.2017（9）：61-63.