走进新型冠状病毒

段紫星

摘要 以“基因的本质和表达”为例，以新型冠状病毒为情境，对单元知识的逻辑线索进行了整理，引导学生建构新型冠状病毒如何将遗传信息传给子代等重要概念，培养学科核心素养。

关键词 单元设计 生物学学科 核心素养 基因 遗传物质

中图分类号 G633.91              文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出以学科核心素养为宗旨、内容聚焦大概念等基本理念，引领生物学教师进行指向学科核心素养的单元整体教学设计，帮助学生建构系统化的知识体系，并提升解决复杂情境中问题的能力。

1 单元教学内容分析

“基因的本质和表达”单元的重要概念为：亲代传递给子代的遗传信息主要编码在 DNA 分子上。本单元教学设计应呈现知识内容的逻辑性，体现了人类不断追求科学真理的过程：遗传物质是什么→DNA为什么能够作为遗传物质→遗传信息如何传递→遗传信息如何表达。

2 单元教学思路

教师创设以新型冠状病毒的生活及疫苗研制为主线的问题情境，学生围绕次级问题展开讨论：新型冠状病毒的遗传物质是什么？RNA 为什么能作为新型冠状病毒的遗传物质？新型冠状病毒如何在活细胞内增殖？如何制备新型冠状病毒的疫苗？教师在此过程中引导学生通过学习活动解决具体问题。单元教学设计思路框架见表1。

3 单元教学目标

（1）学习肺炎链球菌转化实验及噬菌体侵染细菌实验，设计实验验证新型冠状病毒是 RNA 病毒，概述 DNA是主要的遗传物质，阐明自变量的控制方法及实验设计思路，并尝试设计实验解决具体情境中的问题。

（2）讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程，分析 DNA半保留复制的实验证据，阐明运用假说—演绎法进行科学探究的基本思路，认同科学结论的获得离不开严谨的推理和确凿的证据，以及科学技术进步对科学发展的作用。

（3）制作DNA双螺旋结构模型，模拟对DNA 的复制、转录和翻译等过程的模拟，概述DNA 适于储存丰富的遗传信息的结构特点、DNA半保留复制机制及其生物学意义、基因的表达过程，初步形成遗传物质的结构与功能相适应的观念，认同生命是物质、能量和信息的统一体，认识DNA 的多样性和特异性。

（4）基于有关事实与证据，阐明基因与遗传信息的关系。基于新型冠状病毒侵染特定的活细胞的事实与证据，以及对研制新型冠状病毒疫苗的探讨，阐明遗传信息的流向、基因与性状的关系，尝试在新情境下运用这些概念解释问题，并关注新型冠状疫苗研发的社会议题。

4 单元教学的主要过程

4.1主题1：新型冠状病毒的遗传物质是什么

活动1：学生阅读格里菲思的肺炎链球菌的转化实验。教师引导学生分析第四组中S 型菌的来源，比较不同组别，得出实验结论。教师提出问题：这种转化因子是什么？接着，学生阅读艾弗里的实验，教师引导学生描述实验现象，得出实验结论，总结实验设计中自变量控制的科学方法以及实验设计的思路。

活动2：教师介绍噬菌体的结构模式图，播放噬菌体侵染细菌过程的动画。教师提出问题：如何将噬菌体的 DNA 和蛋白质区分开？选用哪种同位素进行标记？怎样将35S 标记到噬菌体的蛋白质上？教师将学生分成两组，指导学生分别画出同位素35S 和32P 标记噬菌体的过程示意图，并基于噬菌体侵染细菌的过程，分别演绎35S 和32P 标记的噬菌体侵染未标记的细菌后其蛋白質外壳和DNA 的去向，从而促进学生深入理解噬菌体侵染大肠杆菌的实验过程、结果及误差，领悟3个实验中最关键的设计思路以及选材上的巧妙之处。

活动：3：学生分组完善验证新型冠状病毒是RNA 病毒的实验。教师要求学生利用减法原理控制自变量，并依据“新型冠状病毒是RNA病毒”这一假设来预测实验结果，以此培养学生实验设计的思路和方法，提升控制变量、设计对照实验的科学探究能力。最后，教师引导学生归纳不同生物的遗传物质，建构“DNA是主要的遗传物质”这一重要概念。

4.2主题2：RNA 为什么能作为新型冠状病毒的遗传物质

活动1：学生阅读“DNA 结构模型的构建”内容，总结 DNA 双螺旋结构的主要特点。利用教师所提供的4种脱氧核苷酸纸片，学生分组制作DNA双螺旋结构模型，比较不同小组的DNA模型之间的异同点，分析得出DNA与储存遗传信息相适应的结构特点，培养了从结构与功能观认识生命活动的一般规律。

活动2：教师引导学生分析“基因与DNA 的关系”相关资料，归纳基因的概念。接着，教师展示果蝇各种基因在染色体上的相对位置，指导学生画出基因与 DNA 的关系模式图，归纳基因与DNA 的关系，培养学生基于事实，通过归纳、建模等科学方法建构“基因是什么”这一重要概念。

活动3：教师提出问题：假设密码是3位数，有多少种密码？假如决定脸型的一个基因只有17个碱基对组成，那么这种排列有多少种可能？两个人出现相同脸型的可能性有多大？学生通过计算，阐释DNA分子的多样性和特异性，遗传信息与DNA 的碱基排列顺序的关系。

活动4：教师引导学生比较RNA和DNA 的分子组成，解释 RNA 如何携带新型冠状病毒的遗传信息，为 RNA适合做DNA 的信使以及遗传信息的转录和翻译做好铺垫。

4.3主题3：新型冠状病毒如何在活细胞内增殖

活动1：教师展示DNA进行半保留复制和全保留复制的示意图，提出问题：①以什么为依据来区分这两种 DNA 的复制方式？②怎样分辨子链和母链呢？用什么元素进行标记？学生阅读教材第54页的“思考讨论”，教师指导学生演绎大肠杆菌以DNA 半保留复制和全保留复制这两种方式进行复制的不同结果，从而得出DNA 的复制是以半保留的方式进行的。

活动2：教师提供相关材料，指导学生模拟 DNA 的复制过程，归纳DNA 复制的概念、场所、时期、条件、特点，探讨DNA分子准确复制的原因及意义。学生分组模拟以不同的DNA 片段为模板转录RNA 的过程以及蛋白质合成过程，归纳转录和翻译的概念、场所、时期、条件、特点，感性认识基因的选择性表达，运用建立模型的方法深入理解遗传信息的转录和翻译，为分析新型冠状病毒的增殖过程打基础。

活动3：教师提供新型冠状病毒在宿主细胞中增殖过程示意图，引导学生分析新型冠状病毒的RNA 复制酶、RNA和结构蛋白的合成，如合成的场所、所需的模板、宿主细胞提供的原料、能量等，帮助学生深入理解基因的表达。学生利用概念图总结DNA 的复制、转录和翻译，以及新型冠状病毒的 RNA 复制和翻译，建构中心法则。教师注意引导学生基于事实，运用归纳和概括的方法建构模型。

4.4主题4：如何制备新型冠状病毒的疫苗

活动1：教师引导学生分析皱粒豌豆、白化病和囊性纤维病的形成机制，分析不同类型细胞中 DNA 和 mRNA 的檢测结果，培养学生基于事实和证据进行分析能力。学生归纳出“基因通过控制蛋白质的结构和酶的合成来控制生物体的性状”的结论，理解细胞分化的本质。

活动2：教师提供新型冠状病毒侵染宿主细胞并在细胞内增殖的相关资料，引导学生分析新型冠状病毒与宿主细胞之间的信息交流过程，分析新型冠状病毒只感染特定细胞的根本原因，深入理解细胞分化的本质以及基因与性状之间的关系，为进一步学习特异性识别等免疫调节的相关内容打基础。

活动3：教师介绍利用腺病毒和和新型冠状病毒S 蛋白基因获得重组新型冠状疫苗的研制技术路线，引导学生分析该路线中涉及的遗传信息传递过程以及重组病毒适合作为疫苗的原因等问题，培养学生基于基因的表达等概念，探讨具体的社会议题，为进一步学习基因工程的相关知识打基础，并提升学生的社会责任素养。

5 单元教学反思

教师以建构重要概念和培养学生的生物学学科核心素养为目标，根据具体任务设计学生活动，解决具体的问题，培养学生运用生物学概念解释生活问题的能力。通过分析资料、制作模型以及模拟基因的表达等活动，学生能够运用归纳、演绎、建模等科学思维，解释遗传物质对性状的控制机制。教师组织学生运用遗传知识讨论防疫的热点议题，能够提升其社会责任素养，培养其解决真实问题的能力。