任务驱动下的教学设计策略——以“基因工程概述”为例
（南京师范大学附属中学江苏南京210003）
“基因工程概述”是高中生物苏教版《选修3·现代生物科技专题》的第一章“基因工程”的第一节。本节需要学生掌握的基因工程的工具和实施过程偏实践性、操作性，是科学原理和知识运用于实践的技术手段。而与其有关的原理是学生在《必修2·遗传与进化》中学过的“DNA的结构和复制”“基因的表达”“中心法则”等内容。鉴于基因的微观性，该部分内容比较抽象，学生难以理解，是高中生物教学中的难点。同时，通过基因工程改造生物的性状，获得新的生物品种，与细胞工程和胚胎工程密切联系，因此也是《选修3·现代生物科技专题》的重点和基础。
高二学生对基因的结构和功能已经有了一定的认识，且转基因技术是当今社会关注的热点话题，教师以培养学生的社会责任的学科素养为导向，创设社会现实问题情境，通过一系列问题，层层深入地启发学生深入思考，主动构建起基因工程工具和实施过程的知识框架。
（1）为解决“满足患者对胰岛素需求”的现实问题，提出培育合成人胰岛素的大肠杆菌的方法，探索该方法得以实现的理论依据和条件，提升用所学知识解决实际问题的意识和能力，养成社会责任感。
（2）小组讨论大肠杆菌合成人胰岛素的可行性，结合生物基因结构和功能的一致性，所有生物共用一套遗传密码等基本生物学概念，充分理解基因工程的理论依据。
（3）为实现培育合成人胰岛素的大肠杆菌的目标，根据“结构决定功能”的生命观念，推论出基因工程所需的工具和基本实施过程，发展科学思维，提升科学探究能力。
教师创设情境，促进学生思考：随着人们生活水平的提高，糖尿病逐渐成为了威胁人类健康的多发病。在我国，糖尿病患者总数已经超过1亿人，约占总人口的10%，而糖尿病发展到后期，一定离不开胰岛素。怎样满足庞大的患者群体对胰岛素的需求呢？
教师从现实问题入手，启发学生思考：怎样获得天然胰岛素？能否人工合成胰岛素？各有什么优缺点？学生主动思考，总结出制备胰岛素的方法及特点（表1），会发现传统的胰岛素制备方法无法满足医药市场的需求，需要创造更为高效的胰岛素生产方法。
表1制备胰岛素的方法及特点
设计意图：教师联系社会实际，引导学生积极思考，激发其解决难题的兴趣。
教师布置任务：胰岛素是具有复杂空间结构的蛋白质分子，在工厂中用化学方法合成，反应复杂且效率低下，但是特定的生物细胞却能高效合成。怎样大量高效地合成胰岛素？学生能够联想到通过培养大量的胰岛B细胞来获取胰岛素。教师先予以肯定，然后追问：胰岛B细胞是高度分化的细胞，在体外能够增殖吗？如果想通过培养特定细胞来合成胰岛素，同时考虑胰岛素的分离提纯。细胞应该具有怎样的特点？学生结合所学内容，会得出这样的细胞应该具备增殖快、易培养、结构简单的特点。这些特点正是大肠杆菌等单细胞生物的特点。教师继续提出问题：大肠杆菌细胞并不能合成胰岛素，怎样才能让大肠杆菌合成胰岛素呢？教师可以提示学生：基因控制性状，胰岛素是胰岛素基因表达的产物。学生根据基因控制性状的基本原理，能够提出大胆的设想，如果大肠杆菌细胞中有人的胰岛素基因，就能够合成人的胰岛素。教师引导学生总结：将人的胰岛素基因导入到大肠杆菌细胞中，让其具备合成胰岛素的新性状，定向改变了大肠杆菌细胞的性状，这是通过基因水平的操作实现的。这项技术被称为基因工程。
设计意图：理解基因工程技术的必要性及其实质非常关键，教师通过巧妙的提问和恰到好处的提示让学生摆脱现实的束缚，创设出本节课的基本任务情境——培育能合成人胰岛素的大肠杆菌，并使学生体会基因工程的实质。
教师布置任务：如果将人的胰岛素基因成功导入大肠杆菌细胞，大肠杆菌能够合成人胰岛素吗？为什么？小组为单位讨论跨物种基因交流的可行性。
学生在任务驱动下，联系必修2所学的遗传的分子基础知识，分别从基因结构、基因功能、基因表达过程等方面总结了基因工程的理论依据（表2）。
表2基因工程的理论依据
设计意图：教师引导学生分析基因工程得以实现的基本理论，使学生深刻理解先进技术的产生有赖于基础科学理论的发展。
3.4.1剪切目的基因的工具——限制酶
教师提出问题：要将人的胰岛素基因导入到大肠杆菌细胞，需要获取胰岛素基因，从哪儿用怎样的方法能得到人胰岛素基因？
教师可以通过启发学生思考人的胰岛素基因所存在的细胞，帮助学生明确人的任一细胞（成熟红细胞除外）的核DNA中都含有胰岛素基因。并提出问题：基因和DNA是怎样的关系？学生回顾必修2的知识点，基因是具有遗传效应的DNA片段，一条核DNA上有多个基因，要想获取目的基因片段，需要一种能够剪切DNA的工具，由此引出限制性核酸内切酶。最后，教师介绍限制酶的种类和功能，并讲解如何利用限制酶获取目的基因片段。
3.4.2转运目的基因的工具——运载体
教师提供背景知识，引导学