指向深度学习的单元整体教学实践——以“基因指导蛋白质的合成”为例

(广东省中山市第二中学广东中山528429)

单元是基于一定的目标所构成的教材与经验模块,即围绕一定的主题,由若干节具有内在联系的课时所组成的一个整体教学单位。深度学习是指在教师引领下,学生围绕有挑战性的学习主题,全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。深度学习的发生既依赖教师精心提供结构化、有教学意图的教学材料,又需要学生在平等宽松的互动中主动探究,师生共同发展。本单元聚焦次位概念“DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成”进行单元整体设计,包含3个课时。教师简化整合相关科学史和社会议题,依托一系列活动,引导学生深入探究基因行使功能的机理。

“基因指导蛋白质的合成”位于人教版高中生物学教材《必修2·遗传与进化》第四章第一节,涉及遗传信息的转录、翻译和中心法则三部分内容。本节内容承接“基因的本质”,为“生物的变异”和“基因工程”的教学埋下伏笔,知识内容螺旋上升,是承上启下的重要环节,也是学生理解的重难点。

本单元遵循深度学习的五大步骤,以“提出教学主线→体验转录和翻译的过程→建构概念模型并引出变式→迁移应用概念→评价解决社会议题”为学习路径,教师通过丰富适切的素材和活动,对教学内容进行推理论证,兼顾知识和素养两个层面,培养学生科学思维、形成生命观念、提升探究能力(图1)。

①基于信使RNA与转运RNA的发现史和遗传密码的破译史,论证RNA是DNA的信使以及mRNA编码并结合氨基酸的方式,理解转录与翻译的内涵及外延,提升深度探究能力,锻炼分析综合、演绎推理、批判性和创造性等科学思维。

②通过导学问题及图文资料,概述转录、翻译的具体过程;通过建构概念模型,培养归纳概括的科学思维,理解基因表达的物质基础和信息传递过程,在分子水平形成生命的物质、能量与信息观。

③通过活动体验不同的mRNA翻译出相同的多肽链过程,理解并阐释密码子的简并性;基于几乎所有生物共用一套遗传密码的事实,认同生物界的统一性;通过分析密码子通用性的例外,理解机体与环境的协同进化,形成进化与适应观。

④通过对抗生素和囊性纤维病等社会性议题的分析,对抗生素滥用形成正确的价值评判,形成安全用药的健康生活意识;提出疾病的可行性治疗思路并评价其局限性,养成批判、理性的科学精神,感悟学科价值,提升社会责任。

教师展示图文资料,介绍自然界的“基因大盗”绿叶海天牛能够将编码叶绿体关键酶的一系列藻类基因整合到核基因中,从而获得维持光合作用的能力。教师提问:为什么转入的是基因,获得的却是性状?性状主要通过什么表现?学生将情境与知识结构性关联,归纳单元核心逻辑主线“DNA→蛋白质→性状”,初构基因表达的概念。

设计意图:教师从科普情境中归纳概括出单元主线,对知识体系补充与拓展,为学生创造性地展开科学论证和逻辑推理提供锚定点,激发兴趣,清晰主线。

教师依据学情整合科学史,设计实验探究,通过“激发问题→提出主张→分析证据→推理探究→得出结论”这一论证过程,体验转录与翻译的科学发展史,深化对概念的理解。

3.2.1探究DNA与蛋白质之间的信使

(1)巧设冲突,激发问题

DNA和蛋白质的直径分别约2nm和23nm,核孔直径只有0.9nm,DNA主要分布在细胞核,蛋白质在细胞质的核糖体合成。教师通过展示DNA和蛋白质的位置与大小相冲突的资料使学生认识到DNA不能直接指导蛋白质的合成。

(2)发散整合,提出主张

学生大胆提出DNA和蛋白质之间存在信使,教师引导学生演绎信使应具备的条件为既能与DNA结合,又可以通过核孔,到达细胞质参与蛋白质的合成,继而引出信使的存在。

(3)依托证据,推理探究

教师引导学生对比DNA与RNA的化学组成和结构差异,基于RNA的结构推测其功能,归纳RNA适合作信使的结构证据。学生小组合作,继续探究RNA作信使的实验证据。

教师呈现SP8噬菌体侵染枯草杆菌实验(图2),并设置问题串:①用什么方法将噬菌体DNA的重链和轻链分离?②噬菌体RNA合成的原料有哪些?③新合成RNA的模板是什么?学生小组交流讨论,阐明RNA合成的原料和模板,验证RNA能与DNA结合。

图2SP8噬菌体侵染枯草杆菌实验

教师展示变形虫放射性标记实验(图3),设置驱动性问题串:①用什么方法示踪RNA的去向?②选择RNA的哪种成分作标记,为什么?③RNA的合成发生在细胞的什么部位?④细胞核交换后,D组变形虫的细胞质为什么会有标记的RNA?学生通过探讨,明确RNA的合成场所,验证RNA能从细胞核转移到细胞质。

图3变形虫放射性标记实验

教师提出将变形虫RNA降解后重加入实验,提示学生运用自变量控制的“加法和减法原理”,验证RNA与蛋白质的