概念为本的科学思维进阶发展的教学设计
摘要：本文介绍了“基因指导蛋白质的合成”第一课时“遗传信息的转录”的教学设计，创设半乳糖血症这一情境，设计进阶性问题群，通过结合科学史引导学生进行深入思考和科学论证，在“询证”中逐步构建“转录”的相关知识与概念，进而实现学生科学思维的进阶发展。
关键词：概念为本；科学思维；进阶发展；基因转录
文章编号：1003-7586（2024）11-0011-03中图分类号：G633.91文献标识码：B
1教材分析及设计思路
“基因指导蛋白质的合成”是人教版普通高中教科书《生物学·必修2·遗传与进化》第4章第1节的内容。本节内容建立在“基因的本质”相关内容的基础上，需要学生从基因功能的视角进行理解。本节内容包括转录、翻译、中心法则等，与学生已掌握的DNA分子的结构、基因的本质等知识的联系较为紧密。对该内容的学习能够帮助学生更好地从分子水平上认识基因与DNA的关联、RNA的形成过程及基因控制蛋白质合成的过程。该内容既能为后续基因表达与性状的关系等知识点的学习奠定基础，也能为学生在未来学习基因工程做铺垫。
本节内容隶属于大概念“3遗传信息控制生物性状，并代代相传”中的重要概念“3.1亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”中的次位概念“3.1.4概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现”。对本节内容的学习有助于学生建立与完善遗传学概念体系，同时也会促进学生的获取信息、解决问题等能力的发展。本节内容在发展学生生物学学科核心素养方面侧重了科学探究和科学思维能力的培养，并在一定程度上渗透了结构与功能观等生命观念的内容。
本节课的设计理念是在构建概念体系的基础上，以真实情境为切入点，设计本节课程的核心问题以及子问题。学生通过解答相关问题并完成任务凝练出相应的次位概念，不仅促进其科学思维的进阶发展，还能引导其像科学家一样思考。
2教学目标
（1）能够基于事实和证据，采用适当的探究方法揭示RNA适合做DNA信使的原因及遗传信息的转录过程，在运用多种科学方法解决问题的过程中实现科学思维的进阶发展。
（2）能够从结构与功能观、生命的信息观等生命观念出发，理解RNA作为遗传信使的结构与功能特性及其在遗传信息传递中的作用。
（3）通过对该内容的学习，培养尊重生命规律的生命观念，更好地热爱生活，养成健康的生活习惯。
3教学过程
3.1创设情境，导入新课
教师展示半乳糖血症实例，邀请该病症患者介绍自己的亲身感受。教师引导学生对半乳糖血症进行初步分析，并思考基因与生物性状有什么关系，由此引出本节要解决的问题，即建立起基因与蛋白质之间的关系，明确其内在的联系。
设计意图：本环节从真实情境出发，使学生产生很强的代入感，从而激发其学习兴趣，学生能够体会到此部分内容与生活有着密切的联系，在引发思考的同时能够激发学生的探知欲。
3.2做出假设，探寻关系
活动一：教师引导学生回顾DNA主要分布于细胞核内，而蛋白质的合成需要在核糖体上进行，核膜将DNA与核糖体分隔开。教师提出问题：“细胞核中基因如何与核糖体建立起联系？”并引导学生做出以下两种假设。
（1）DNA从细胞核中通过核孔移出，进入到细胞质中与核糖体结合。
（2）DNA不能从细胞核中移出，需要由另一种物质来传递信息。
学生讨论得出可以利用同位素标记技术探究物质在细胞中的转化或转移，并设计实验来证明假设是否成立。学生在展示自己实验设计之后，进行组内和组间的点评，教师在此基础上分析与评价。
设计意图：学生通过假说演绎的方法证明细胞核中的基因无法从核中移出，核糖体也不能进入细胞核中，从而推测出可能存在一种物质来传递DNA分子中的遗传信息。结合结构与功能相适应的生命观念及类比推理的方法，教师可以引导学生进一步推测此类物质可能性。
活动二：学生在类比推理的基础上，进一步设计实验验证RNA在蛋白质合成中的作用。学生可以借助同位素标记的尿嘧啶核糖核苷酸设计实验，验证RNA分子的合成是在细胞核中完成的，并能从细胞核中释放、转移到细胞质中。教师在学生设计与分析实验的基础上，展示科学家的相关实验。
1955年，布拉格（J.Brachet）曾用洋葱根尖和变形虫进行实验。如果加入RNA酶分解细胞中的RNA，蛋白质合成就停止；如果再加进了从酵母中提取出来的RNA，则又可重新合成一定数量的蛋白质。
1955年，戈尔茨坦（J.L.Goldstein）等人用同位素标记变形虫RNA前体，发现标记的RNA都在核内，表明RNA是在细胞核中合成的。如果将该细胞核转移到没有标记的变形虫内，一段时间后能够在细胞质中检测到被标记的RNA。
学生通过分析能够得出RNA具有传递信息的作用，并从结构与功能的视角比较DNA与RNA