基于新型冠状病毒的中心法则教学设计

黄碧华

摘要：中心法则包括DNA复制、转录、翻译、逆转录、RNA复制等内容，是高中生物学教学的重要组成.该教学设计通过新型冠状病毒侵染增殖、检测、治疗、预防等方面的学习，引导学生科学思维、寻找规律，更深刻地理解中心法则的内容.

关键词：新型冠状病毒;中心法则;教学设计;高中生物

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）18-0143-03

1 教学内容分析

中心法则是高中生物学教科书中的重要核心概念之一.人教版旧教材《生物学·必修2·遗传与进化》中心法则内容主要包括：DNA复制、转录、逆转录、RNA复制、翻译等过程.“基于新型冠状病毒的中心法则”教学内容包括三方面：（1）中心法则的提出及发展，（2）通过分析新型冠状病毒有关资料，运用所学知识，解决新型冠状病毒侵染增殖、检测、治疗与预防等相关问题，（3）面对新冠疫情，普通人的做法.本节内容旨在帮助学生整合已有的认知，以达到更深层次的整体认识，以最终达到大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”下多个小概念的复习目的.

2 教学目标

（1）以新型冠状病毒为情境材料，通过其侵染增殖、检测、治疗、预防等方面的学习，引导学生科学思维、寻找规律，更深刻地理解中心法则的内容，以达到大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”下多个小概念的复习目的.（生命观念、科学思维）

（2）以新型冠状病毒的检测、治疗、预防为例，将学科、技术、工程学和数学（STEM）知识和能力综合运用在实践活动中、解决生活中的实际问题.（科学思维、科学探究、社会责任、生命观念）

3 学习者特征分析

学生已掌握DNA复制、转录、翻译的相关知识，懂得基因指导蛋白质的合成，具备病毒相关知识且对新型冠状病毒的危害有了一定的了解，这为新知识的学习奠定了认知基础.这节课的学习能够帮助学生理解DNA、RNA、蛋白质等生物大分子之间的关系，构建思维导图，即“中心法则”.

4 教学过程

4.1 中心法则的提出及发展

教师活动播放视频：基因指导蛋白质合成的过程，讲解中心法则的含义和由来，引导学生板书基因表达流程图，阅读课本P69内容并完善中心法则，列表比较中心法则各过程.

学生活动板书基因表达流程图，阅读课本P69内容并完善中心法则，列表比较中心法则各过程.

设计意图结合讲解、阅读、思考，能解释中心法则，也为后面的学习做铺垫.

4.2 新型冠状病毒

探究一新型冠状病毒的侵染增殖

教师活动（1）介绍新型冠状病毒（如图1所示）：新冠疫情，其病原体是新型冠状病毒（2019-nCoV）.该病毒由单股正链的RNA和多种蛋白质组成，表面分布着像皇冠一样的刺突蛋白（S 蛋白）.

（2）介绍新型冠状病毒侵染宿主和增殖过程（如图2所示）：新型冠状病毒通过S蛋白与人体细胞膜上受体（ACE2 ）结合后，以膜融合或胞吞的方式进入细胞.溶酶体去壳后，病毒正链RNA有部分片段在宿主核糖体上翻译成RNA复制聚合酶 ，该酶可以使病毒的核酸在细胞内大量复制形成全长负链RNA和大小不等的负链RNA.形成的全长负链RNA通过复制再合成正链RNA作为新病毒的遗传物质，而大小不等的负链RNA转录形成的正链RNA则翻译成蛋白质，这些蛋白质是病毒的不同结构蛋白和组装蛋白，组装蛋白将结构蛋白和 RNA组装成新病毒，再以胞吐的形式释放到细胞外.

（3）展示知识链接：根据不同方法可将病毒进行如下分类：

按寄主类型可分为动物病毒（如HIV）、植物病毒（如烟草花叶病毒）、真菌病毒（如酿酒母病毒）和细菌病毒（如噬菌体）.

按所含核酸类型可分为DNA病毒和RNA病毒，见表1.

学生活动据图1思考回答：新型冠状病毒是一类主要引起呼吸道、肠道疾病的病原体，其主要成分是什么？属于哪种类型的病毒（从所含的核酸类型思考）？如何培养？据图2思考回答：（1）新型冠状病毒基因组RNA（+）与其在宿主细胞中的mRNA功能相同吗？请据图说明理由.（2）请写出新型冠状病毒的中心法则.

设计意图（1）通过新型冠状病毒的表达的学习，知道新型冠状病毒信息流动为：RNA的复制、转录和翻译.这一过程中也培养学生的识图、分析能力.据2021年福建省高考试题分析，情景化试题具有信息量大、陌生性和复杂性特点.本探究活动培养学生阅读能力，采集信息能力.（2）引导学生进行归纳总结，实现知识点系统化，使学生对所学知识有所提升和拓展.探究二新型冠状病毒的检测

教师活动展示资料：常用检测方法：口咽、鼻腔拭子法.用拭子反复擦拭口咽部或鼻腔3～5次，收集粘膜细胞进行病毒检测.核酸检测盒中的试剂：逆转录酶试剂、病毒核酸标准试剂、Taq酶、游离脱氧核糖核苷酸、引物、特异性的荧光DNA探针、缓冲试剂等（注：新冠病毒RNA易分解）.

学生活动思考讨论表达：核酸检测包含哪些关键步骤？（预期答案：（1）采集鼻、咽试子;（2）提取样本RNA;（3）逆转录;（4）扩增;（5）检测.）

设计意图（1）这一过程体现逆转录，PCR扩增知识点在生活实际中的运用.（2）培养学生合作能力，培养学生归纳总结问题能力.

探究三新型冠状肺炎的治疗

教师活动（1）展示资料：新闻报道，法匹拉韦能有效治疗新型冠状病毒肺炎，它是一种RNA聚合酶抑制剂类的药物.提问：该药抑制中心法则的哪个过程？

（2）引导学生仔细观察图2，采集信息并作答.新型冠状病毒侵染人体细胞的关键是S蛋白与人体细胞膜上受体 （ACE2 ）的结合.因此，科研思路可以是：破壞S蛋白和ACE2的结合 ，使病毒无法进入细胞，从而抑制病毒感染，请同学结合免疫调节知识，寻找破坏S蛋白和ACE2结合的方法.

学生活动学生仔细观察图2，采集信息并作答：（1）新型冠状病毒进入细胞的钥匙是什么？（2）新型冠状病毒侵染人体细胞的关键步骤是什么？ （3）哪些可做为药物靶点？（4）结合免疫调节知识，思考破坏S蛋白和ACE2结合的方法？

设计意图（1）这一过程体现了RNA复制、转录、翻译在科学研究中的运用.（2）让学生在问题的驱动下通过自己观察、閱读、思考发现知识，并加以创造性的应用，建立相应的认知结构.（3）设计的问题串，由易到难有步骤地加强学生的思维能力，符合学生的一般认知规律.

探究四新型冠状病毒的预防

教师活动展示资料：疫苗的种类：（1）传统的新型冠状病毒疫苗—— 灭活疫苗：灭活病毒，保留抗原成分以诱导机体产生免疫应答.（2）新型的新型冠状病毒疫苗：①重组蛋白疫苗：通过基因工程大量生产新型冠状病毒的S蛋白，把它注射到人体，刺激人体产生大量抗体;②腺病毒载体疫苗：将新型冠状病毒S蛋白基因与腺病毒重组，基因重组腺病毒在人体内表达新型冠状病毒S蛋白，诱导机体产生免疫应答;③美国mRNA疫苗：体外直接合成S蛋白的mRNA，注射到人体内，表达出S蛋白，诱导机体产生免疫应答.

学生活动阅读、思考疫苗生产过程中遗传信息的流动并完成例题：改造后的腺病毒是一种对人体基本无害的病毒，研究人员将新型冠状病毒的刺突蛋白S基因重组入改造后的腺病毒，成功研发出腺病毒载体疫苗，并已批准上市.下列叙述正确的是（ ）.

A.腺病毒载体新冠疫苗属于灭活疫苗

B.给患者注射腺病毒载体新冠疫苗是一种有效的治疗手段

C.可通过检测接种者血清腺病毒含量来判断该疫苗的有效性

D.新型冠状病毒为RNA病毒，获得新型冠状病毒S基因的过程一般为提取病毒RNA，通过逆转录过程获取相应DNA

设计意图（1）使学生认识到基因工程技术能实现外源基因在受体细胞内DNA复制、转录和翻译.（2）通过分析材料、完成例题，提升学生信息提取与综合分析应用能力，且渗透STEM教育.

4.3 面对新冠疫情，普通人的做法教师活动播放视频《面对疫情，我们普通人应该怎么做？》.

学生活动观看，了解，指导生活.

设计意图通过视频观看，了解疫情现况，学习疫情防控知识，提高自我保护能力，培养防疫抗疫的社会责任.

4.4 课堂小结（略）

参考文献：

[1] 卢媛.高中生物教科书中核心概念的百年变迁 [J].中学生物教学，2017（4）：4-7.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3] 陈新鹏，陈孔翔，王卫东，等.中心法则与新型冠状病毒[J].中学生物教学，2020（4）：8-10.

[责任编辑：季春阳]