基于生物学科核心素养设计教学

段娜

關键词：高中生物;生物学科核心素养;有效教学;合作探究

中图分类号：G633.91    文献标识码：B    文章编号：1009-010X（2019）29-0062-03

一、分析教材，挖掘教材

“基因指导蛋白质合成”是高中《生物》人教版必修二“遗传与进化”的第4章第1节，包括遗传信息的转录和翻译两个重要内容。本节是对基因本质的进一步阐释，也是学习教材后面基因控制性状以及生物变异等内容的重要铺垫。

在教材的问题探讨中，以美国科幻电影《侏罗纪公园》为例引导学生探讨DNA与生物性状的关系，再以“为什么RNA适于做DNA的信使”“DNA的遗传信息是怎么传给mRNA的”“碱基与氨基酸之间的对应关系是怎么样的”以及“游离在细胞质中的氨基酸是如何被运送到蛋白质合成生产线上的”这四个问题串起整节内容，如此知识脉络清晰，对学生的引导性强。此外在书中还配有转录和翻译的过程图、密码子表、tRNA的结构、多聚核糖体等插图，教师通过合理设计教学流程，并充分利用好教材中的内容和配图进行教学，如此可提高课堂教学的有效性。

二、分析学情，明确目标

在此之前，学生已经学过了DNA和RNA的结构、基因的本质、DNA的复制等知识，知道遗传信息蕴含在4种碱基的排列顺序中，也知道蛋白质是生物性状的体现者。但是对于遗传信息是如何从基因传给蛋白质的这个问题还不能做出解释，基于这种现状，教师确立了以下教学目标。

（一）生命观念目标

概述遗传信息的转录和翻译过程;表述密码子与反密码子的区别;结合结构与功能相适应的观点说出RNA适合做DNA信使的原因，以及基因能控制蛋白质合成的原因。

（二）理性思维目标

构建数学模型分析碱基和氨基酸的对应关系;用实物构建物理模型让学生体验基因控制蛋白质合成的过程;通过制作表格比较、分析DNA复制、转录、翻译的过程。

（三）科学探究目标

运用“发现问题——分析问题——合作探究——表达交流——得出结论”的科学探究方法，解决基因是如何控制蛋白质合成的这一议题;认同研究的本质是获得解释，研究资料是为获得解释提供依据;养成科学的思维习惯，选择科学的研究方法解决问题。

（四）社会责任目标

联系生活实际，学以致用，并进一步了解相关职业，同时增强“科技兴国，青年强，则国强”的社会责任感。

三、实施教学，落实设计

（一）创设情境

展示荧光鱼的图片，由绕口令“红鲤鱼与绿鲤鱼与驴”引入新课，鱼本身不会发荧光，之所以有这幅图片是因为科学家将水母的荧光基因转到了鱼的DNA上，并在鱼体内表达出了荧光蛋白，请学生思考荧光基因是如何控制荧光蛋白合成的？

设计意图：由学生熟悉的绕口令导入新课，如此可引发学生的学习兴趣，启发学生运用生物学知识解释生活中的一些现象。

（二）获取信息，解决问题

获取相关信息，解决问题“为什么RNA适于做DNA的信使？”并结合美国细胞生物学家威尔逊的名言“每一个生物学问题的答案都必须在细胞中寻找”，以及（板书画出细胞结构）基因是有遗传效应的DNA片段，DNA主要在细胞核中，蛋白质在细胞质中的核糖体上合成，提出问题“基因的指令是如何传给核糖体的？”

学生任务一：阅读资料，并结合教材思考谁可以充当信使。

资料1.1955年Brachet用变形虫进行了实验：若加入RNA酶降解细胞中的RNA，则蛋白质合成停止，若再加入RNA，则又可以重新合成一些蛋白质。

资料2.Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫RNA的前体，发现标记的RNA先都出现在核内，经过一段时间后发现被标记的RNA分子已在细胞质中。

表1 DNA和RNA结构比较表

通过分析以上两个资料，学生很容易得出充当信使的是RNA。结合结构与功能相适的生命观念，教师展示表1，并请学生思考为什么RNA可以充当信使，学生易从遗传信息的储存、碱基互补配对、分子长短等角度得出合理解释。然后教师介绍三种RNA的结构及特点，以此帮助学生认识到起信使作用的是mRNA。

设计意图：学生从文字资料、图画、表格中获取信息，并经分析比较解决问题，如此可提高学生的自主学习能力，锻炼学生的理性思维。

（三）温故知新，解决问题

教师带学生温习学过的DNA分子的复制过程等相关知识，以此解决问题“遗传信息是如何从DNA传到mRNA的？”

学生任务二：阅读教材P63第三段和图4-3，并与DNA分子的复制过程相比较，然后完成表2并思考转录过程是如何进行的。随后请学生仿照DNA的复制过程，并结合课本图4-3表述转录过程。

表2

学生任务三：教师展示如下题目，请学生完成。

已知DNA的碱基序列：

a链      -ATG GAA GCA TGT TAG-

b链      -TAC CTT  CGT ACA ATC-

请写出以b链为模板链转录出的mRNA序列？

通过练习，有的学生会按照碱基互补配对的原则写出答案，有的学生则直接把a链中的“T”变为“U”迅速得出答案。通过探究和交流，可拓宽学生的思路，由此可体现知识学习的灵活性。

设计意图：通过温故知新、综合比较，学生可自主学会转录过程。请学生自己表述，意在锻炼学生的语言表达能力，体现生命观念的渗透。

（四）小组讨论，解决问题

通过转录，遗传信息就从DNA转移到了mRNA，由此学生提出问题“遗传信息是如何从mRNA传到蛋白质的呢？”

学生任务四：教师展示以下三个问题，请学生阅读教材P64～P67，并分小组讨论解决，然后各小组分享结论。

1.mRNA只含有4种碱基，而组成生物体蛋白质的氨基酸有20种，这4种碱基是怎样决定蛋白质的20种氨基酸的呢？（提示：尝试用数学方法解决）

2.mRNA上的碱基序列代表遗传信息，而蛋白质的基本单位是氨基酸，这两种信息能直接交流吗？如果不能，细胞是怎样解决这个问题的？

3.结合P66图4-6和视频（教师自制微课），思考翻译过程是如何进行的？（提示：模板、原料、tRNA等）

设计意图：第1个问题可引导学生用数学方法解决碱基与氨基酸的对应问题，进而得出密码子的概念和密码子表。第2个问题可引导学生理清tRNA与反密码子，以及它们和密码子的对应关系。在前两个问题解决的基础上，第3个问题可引导学生通过综合比较，基本说出翻译的过程。通过小组合作、探究学习、解决问题的过程，可达成理性思维的培养目标。

（五）过程演示，突破难点

教具演示

翻译过程是本节课的难点，运用自制教具构建物理模型并操作演示，可突破该教学难点。即将写有特定序列的mRNA、核糖体和氨基酸贴到黑板上，并将提前做好的写有反密码子的卡片发给学生，然后在翻译开始时，请学生充当勤劳的“搬运工”——tRNA来把氨基酸搬运到正确的位置上去，由此完成翻译过程。

设计意图：通过演示和学生体验，将抽象的过程形象化。

（六）课堂小结，形成体系

教师给出表格，请学生比较转录翻译的过程、场所、原料、模板、能量、酶、产物和模板链的去向等内容。然后请学生回答教师在新课导入时提出的问题：“荧光蛋白基因是如何控制荧光蛋白合成的？”最后请学生谈谈荧光蛋白技术在生产生活中的应用。

设计意图：巩固本节所学知识，突出重点，并回扣課堂引入，如此可提高课堂的完整性，达成社会责任目标。

四、教学反思

发展学生核心素养已成为我国当前课程改革的重要内容，因此教师的教学设计观念要从“知识教学”转为“素养教学”。即要基于核心素养进行一系列教学设计，这就要求教师要精准把握好每节课的课标要求，并本着以“学生为主体”的原则，提供资料供学生自主学习。此外还需要设计出合理的问题，以精准到位地引导学生进行探究思考，这对教师自身的专业素质提出了较高的要求。同时还需要准备大量的资料、制作教具、录制微课等，这对教师现代教学技术的应用以及备课的充分性提出了更高的要求。

本节课的设计存在一些待改进之处，由于课堂安排的内容较多，因此在时间的安排上要进行多次演练、试讲，内容上要详略安排得当，以此确保整个教学环节的连贯性、完整性和教学的有效性。

基于生物学科核心素养的有效教学设计是一线教师需要研究的重要课题。这需要教师转变教学观念，并从人才培养的角度出发，将生物学科核心素养的培养落实到日常的教学实践当中。