基于學生經驗的探究性學習活動設計
——以“基因表達載體的構建”教學為例

（福州市屏東中學，福建福州350003）

基于學生經驗的探究性學習活動設計
——以“基因表達載體的構建”教學為例

劉萍

（福州市屏東中學，福建福州350003）

以“基因表達載體的構建”一課教學為例，闡述探究性學習活動設計應關注和收集學生經驗，將學生學習中產生的問題作為學習活動設計的起點，應用恰當的教學策略和教學手段，將學生經驗轉化為課程資源，促進學生對科學概念的深層次理解。

學生經驗；探究性學習活動；科學探究；設計

教學論認為,教學的本質是學,教要轉化為學。教師在教學設計時,如果僅站在自己的立場，這樣的教學設計只是關注了將科學結論教給學生,沒有立足學生的學。最為常見的表現是，教師覺得自己對某知識點都“講透了”，可學生做題還是不會。究其原因在于教師忽略了學生原有的知識結構與知識理解。基于學生經驗的學習活動設計是為學生“學”的教學設計，一旦學生“先前知識”被激活，則會促進學生對科學概念的理解。本文以“基因表達載體的構建”為例，闡述基于學生經驗的探究性學習活動設計。

一、為“教”設計走向為“學”設計，關注和收集學生經驗

“基因工程的基本操作程序”是人教版選修3專題1“基因工程”的重點內容，“基因表達載體的構建”是基因工程的基本操作程序的第二個步驟，是基因工程的核心，也是學生學習難點。以往教學更多是通過大量的練習來突破此重難點，而不是通過課堂教學讓學生理解問題的本質。實踐證明這種教學方法費時低效。

在“基因表達載體的構建”教學時，筆者通過課堂觀察、與學生交談等方式，發現學生對基本概念停留在識記水平，而沒有深入地理解，阻礙了其進一步的學習。另一方面，學生每每做到相關練習感覺到難的原因，主要在于常用的運載體質粒是一個環狀DNA分子，具有空間結構，而教科書呈現的是平面結構，學生缺乏空間想象，難以理解目的基因和質粒連接時為什么是有一定方向、一定次序的？怎么選擇合適的酶切，怎樣才能讓目的基因和質粒連接上，并且讓目的基因能正確表達？而微生物知識的缺乏，又是影響學生理解如何利用基因表達載體上的標記基因篩選出含目的基因的受體細胞。

二、為“教”設計走向為“學”設計，關鍵是學生學習活動的設計

課堂教學設計的基本理念之一是“為學生的有效學習而設計教學”，學生主動、有效地學習必須通過學習活動情境去實現。因此，學生學習活動的設計是課堂教學設計的關鍵。

“基因表達載體的構建”一課主要教學目標是學生能夠“基于中心法則，根據基因表達的過程，利用恰當的工具酶，構建基因表達載體”。運用“抗性基因插入失活法、影印培養法”，利用“標記基因篩選含有目的基因的受體細胞”，建立“為了讓目的基因導入受體細胞并在其中穩定存在、復制和表達，需要在體外構建表達載體”的認識。因此，在學生對限制酶、DNA連接酶等的作用有了初步認識基礎上，創設理論探究情境，引導學生模擬可視化的探究活動。讓學習的重心從記憶事實轉移到對可遷移的重要概念和知識結構的深層理解，促進學生思維能力的發展。

由于本節內容思維容量大，難度大，因此選擇基于微課的先學后教的模式。課前，學生通過微課初步了解表達載體的重要性以及基因表達載體的組成成分及其作用。帶著思考和疑惑走進課堂。開展三個探究學習活動，通過激疑——釋疑——再激疑，層層深入探究，以達成教學目標。

1.“單酶切”模擬與分析活動

在學習了“DNA重組技術的工具”后，讓學生用剪刀模擬SalI限制酶、膠帶模擬DNA連接酶，模擬酶切和連接兩種反應體系。要求：①經過酶切后，回收所需的目的基因片段和切割好的質粒。②連接產物限于兩個及兩個以下片段的連接。③用模型的方法推測實際可能產生的連接產物有幾種？

通過模擬活動，學生得出，連接產物有：①目的基因和目的基因連接；②質粒和質粒連接；③目的基因的自身環化；④目的基因和質粒連接；⑤質粒的自身環化等。

接著，教師引導學生分析“為什么會出現這么多種連接產物？”“找出目的基因與質粒連接的產物”“試比較小組所構建模型之間的不同”。教師實物投影學生發現的目的基因-質粒的“正向連接”和“反向連接”，引導學生分析兩種連接方式表達出的蛋白質是否一樣？為什么？啟動子和目的基因的方向正確了，目的基因是不是就一定能正確表達？引導學生利用微課學習的啟動子、終止子的作用進行深入分析。

學生通過“單酶切”模擬與分析活動，發現原來并不是只有理想化的目的基因-質粒的連接產物，化微觀為直觀，激發學生進一步學習的熱情。同時檢測了學生課前微課學習的效果。

2.探究標記基因在篩選中的作用

引導學生思考，目的基因導入受體細胞，實際產生的多種連接產物，都有可能進入受體細胞（大腸桿菌），但只需要哪一種受體細胞？如何篩選？具體怎么操作？學生在已有知識與經驗的基礎上，有的認為在培養基中加入氨芐青霉素，有的認為在培養基中加入氨芐青霉素和四環素。教師進一步引導學生逐一分析連接產物上的抗性基因，以判斷大腸桿菌存活還是死亡，進而判斷方法的可行性。學生通過充分思考、討論，提出完善方案是培養基中先加氨芐青霉素，再加入四環素，在氨芐青霉素培養基上存活，加入四環素后死亡的就是導入“目的基因-質粒”的大腸桿菌。但這種觀點又遭到某些同學的質疑：“大腸桿菌死了還怎么培養？”教師適時地釋疑，介紹“抗性基因插入失活法”和“影印培養法”。

3.探究如何保證目的基因定向插入

教師進一步激疑，篩選出的是含目的基因-質粒，是否全都是我們所需要的？學生立刻想到導入目的基因-質粒的大腸桿菌有2種，正向連接和反向連接，但無法篩選出來，看來“單酶切”不能解決此問題。科學家也在尋找解決方法，隨著科學發展，越來越多的限制酶被發現。如何解決目的基因定向插入這個問題呢？用這種方法實際可能產生的連接產物有幾種？

學生思考、討論后認為，可以用兩種不同的限制酶切產生不同的黏性末端的方法解決目的基因定向插入這個問題。但必須選擇兩種合適的限制酶。所以在學生展示交流的環節應先請未能及時完成任務的小組說說沒完成的原因，暴露學生在思維上的困惑，進而分析原因，歸納“雙酶切”比“單酶切”有哪些優勢。

開展探究如何保證目的基因定向插入的活動，能很好地解決探究標記基因在篩選中的作用所產生的“單酶切的局限性”問題，讓學生領悟科學探究過程的曲折和不易，激發學生進一步探究的熱情。而課堂上的動手模擬“雙酶切”，可以大大降低難度，化抽象為形象，使“定向連接”的問題迎刃而解，同時提高了學生發現問題，解決問題的能力。

三、探究性學習活動設計反思

1.基于學生經驗，開展科學探究

教師要研究學生經驗，診斷學生的理解程度，分析值得探究的問題、學生探究過程中可能產生的問題，創造條件引導學生探究，以及應用適當的方法來檢驗探究活動效果，進而創造性使用包括教材在內的課程資源。

同時，設計探究性學習活動時應遵循以下原則：①科學可接近原則。例如“基因表達載體的構建”空間想象難度大，思維跨度大，如果處理不好，會提高學習難度，令學生視高科技為畏途，導致教學流于形式。所以在教學過程中必須整合學生可以理解的情境，教師搭建好“腳手架”，使科學的學習與學生的生活、先前經驗具有相關性，加深對科學方法、科學精神的理解。②思考可視化原則。利用模型、圖片、實物等教學手段，化微觀為直觀，幫助學生基于感性認識的基礎上進行抽象的邏輯思維。

2.創設聯結，促進深度理解

學生并不總能洞察新知識與已有知識之間的聯系，如果學生的知識沒有形成一定的知識網絡或圖式，遇到實際問題或新情境，僅靠零散而非結構化的知識，是不利于訪問和提取的。因此，教師設計探究學習活動時，必須幫助學生將學習材料納入概念圖之中，圍繞核心概念與其他概念之間聯系精心設計一個比一個更深入的問題情境，激發學生積極思考、深入探究、培養學生的思維能力，真正做到知識的內化和融會貫通。

總之，教師應從學生經驗出發，基于學生經驗，運用學生經驗，積極探索有效途徑，真正做到圍繞學科的核心思想組織教學，發展學生的核心素養。一堂成功的課不是展示教師的才智、形象、語言，更要通過學生的成功來反映。

［1］〔美〕琳達.達林－哈蒙德等.高效學習：我們所知道的理解性教學［M］.上海：華東師范大學出版社，2009.

［2］周然，蘇明學，劉爽.“基因工程的基本操作程序”的教學組織［J］.生物學通報，2013（9）.

［3］李嬌.試論將學生經驗作為課程資源的開發策略［J］.現代教育科學，2007（2）.

（責任編輯：陳欣）

本文系福建省教科所“十三五”規劃2016年度教育科學改革專項課題“參與者知識觀下高中生物課內外一體化教學模式研究”（項目編號：FJJG16－17）階段性研究成果。