基于核心素養的探究式教學活化復習課堂
——以“基因工程”的復習為例

陳招弟 黃惠玲 （福建省龍海第一中學 福建省龍海市 363102）

基因工程是高中生物人教版《選修3·現代生物科技專題》的第一個專題，本節復習課選取基因工程的核心操作步驟進行專項復習，該內容為選修三的重點和難點，也是高考考查的重中之重。例如，2018年全國Ⅰ卷第38題、2017年全國Ⅰ卷第38題、2016年全國Ⅰ卷第40題的考查內容均為基因工程。

教師在課前了解了學生對知識的掌握情況，課中激發學生的學習興趣和探究欲望，課后布置適量的作業進行再鞏固，從而使本節復習課達到良好的復習鞏固效果。為有效突破基因表達載體構建過程中關于目的基因插入表達載體的位置、限制酶的選擇、標記基因的作用這三個重難點，借助希沃白板、希沃授課助手等教學軟件，采用創設探究活動、小組合作交流、模型構建等方法來突破本節難點，區別于傳統的復習模式。

1 結合實際情境，導入復習

教師要結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活中與生物學相關的問題。教師設計導入情境：學校飽蠹泉飼養許多色彩艷麗、形態多樣的錦鯉，錦鯉被譽為“水中活寶石、會游泳的藝術品”，具有很高的觀賞價值，同學們喜歡在課間到飽蠹泉觀賞錦鯉，但晚上受光線限制，無法觀賞。能否根據我們所學的知識，讓同學在夜晚也能夠到飽蠹泉觀賞錦鯉，提高錦鯉的觀賞價值？同時結合配套學案，對學生步步引導，最后讓學生根據基因工程的相關知識，嘗試設計培育熒光金魚的方案。教師可借助希沃授課助手進行學生學案展示，并引導其他學生對學案進行評價與分析。接著，總結探究活動，梳理基因工程的基本操作步驟，并強調其核心為基因表達載體的構建。這樣通過設置真實情境，讓學生在解決實際問題的過程中，將生物學學科核心素養的四個要素有機整合，全面提升生物學學科核心素養。

2 基因表達載體的構建——核心

為有效、準確地構建表達載體，需對構建過程中存在的難點和疑點進行突破。為了避免傳統復習課堂氣氛沉悶的情況，教師設計了3個探究活動，并利用自制教具、學案，結合希沃電子白板等多種方式進行難點闡述與突破，從而培養學生科學思維的方法和科學探究的品質。

2.1 探究活動（一）：基因插入表達載體的位置

2.1.1 設計意圖

要準確構建基因表達載體，必須明確載體的各個組件及其位置關系。通過之前的學習，大部分學生能說出基因表達載體的基本組件，但對于啟動子、目的基因、終止子、標記基因這四個組件的位置關系和功能并不是很明確。如，啟動子位于目的基因的首段，是RNA聚合酶識別與結合的位點，由啟動子驅動目的基因進行轉錄。部分學生并不能準確對其進行表述與作答。因此，筆者設計探究活動一，借助小組交流討論，進行有效突破。

2.1.2 活動設計

教師提出問題：用圖1所示的表達載體獲得了甲、乙、丙三種含有目的基因的重組子，如圖2所示。這三種重組子中，不能在宿主細胞中表達目的基因產物有___________，不能表達原因是______________。

2.1.3 活動小結

學生通過小組討論交流，梳理答案并作答。在作答的過程發現，學生在長句表述方面的能力較為欠缺，大多數學生能夠找出圖2中的甲和丙不能表達，但對于不能表達的原因沒有表述。從近幾年的全國卷高考試題中發現，對生物知識進行完整表述已成重點考查的能力之一。因此，在今后的教學中，教師應加強這方面的相關訓練。

圖2 含有目的基因的重組子示意圖

2.2 探究活動（二）：限制酶的選擇

2.2.1 設計意圖

限制酶作為基因工程的基本工具之一，在目的基因獲取和基因表達載體的構建過程中，其正確選擇極為重要。那么如何選擇限制酶呢？因為DNA序列非常微觀，學生只能憑借作圖、空間想象、推理分析等進行作答。傳統的復習課堂多以教師的講授為主，學生主要為聽和記，課堂氣氛沉悶，無法凸顯出學生的主體地位。為避免傳統復習課存在的弊端，筆者通過設計探究活動、小組交流討論、自制教具構建物理模型（圖2）、借助希沃白板對模式圖進行標注等方式，達到有效突破關于限制酶選擇的相關難點。

圖2 自制的物理模型示意圖

2.2.2 活動設計

教師提出問題：若要利用某目的基因（圖3甲）和噬菌體載體（3乙）構建重組DNA，圖中箭頭表示轉錄方向，三種限制性核酸內切酶的酶切位點分別是：BglⅡ（A↓GATCT）、EcoRⅠ（G↓AATTC）和HindⅢ（A↓AGCTT）。下列限制酶的選用是否適合構建基因表達載體？并說明原因。

（1）用EcoRⅠ切割目的基因和噬菌體載體；

（2）用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因和噬菌體載體；

（3）用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和噬菌體載體；

（4）用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因和噬菌體載體。

2.2.3 活動小結

學生通過小組討論交流，并嘗試進行基因表達載體的模型構建。教師引導學生對4個討論題進行總結，用一種限制酶切割目的基因和載體，可能出現目的基因、載體的自我環化及反向黏連，因此得到重組質粒的概率低；若選用兩種限制酶進行切割，應考慮黏性末端是否能夠發生堿基互補配對、是否能夠正向相連等問題。該活動在活躍的課堂氣氛中，大大鍛煉了學生合作探究和動手操作的能力。

圖3 重組DNA的構建過程示意圖

2.3 探究活動（三）：標記基因的作用

2.3.1 設計意圖

在基因表達載體的基本組件中，標記基因的作用極為重要，可以將含有目的基因的受體細胞篩選出來，常用抗性基因、熒光基因等作為標記基因。若只用一個標記基因進行篩選，學生掌握得較好；如果在篩選過程同時需要用到兩個標記基因，學生容易出現混淆。因此，如何用兩個標記基因篩選出含目的基因的受體細胞設計為本節的第三個探究活動。

2.3.2 活動設計

教師提出問題：某一質粒載體如圖4所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應的基因失活（Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環素抗性基因）。有人將此質粒載體用BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應，用得到的混合物直接轉化大腸桿菌。結果大腸桿菌有的未被轉化，有的被轉化。被轉化的大腸桿菌有三種，分別是含有環狀目的基因、含有質粒載體、含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌。回答下列問題。

（1） 如果用含有氨芐青霉素的培養基進行篩選，能夠存活的大腸桿菌是________________，其原因是___________________________________；

（2）在上述篩選的基礎上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有___________________的固體培養基；并說明原因：_____________________________。

圖4 某一質粒載體示意圖

2.3.3 活動小結

對2016年全國Ⅰ卷的高考試題進行改編，主要側重于標記基因的篩選過程。解答該題時，學生需要提煉題目中的關鍵信息，并梳理出大腸桿菌的類型，進而再一步步進行作答：先用含有氨芐青霉素的培養基篩選，篩選出含質粒載體和含目的基因重組質粒的大腸桿菌；再用含四環素的培養基對篩選出來的大腸桿菌進一步鑒別。但是，在含四環素的培養基上，含目的基因重組質粒的大腸桿菌無法生長，因此如何獲得大量含有重組質粒的大腸桿菌成為疑問。

3 課堂延伸

為了解決活動探究三存在的問題：如何獲得大量含有目的基因重組質粒的大腸桿菌？教師在本節復習課的末尾補充擴展影印培養法：將在含氨芐青霉素培養基上生長的菌落原位影印到含四環素的培養基上，并對菌落進行標記，無法生長的菌落為含目的基因重組質粒的大腸桿菌，可從母版培養基（含氨芐青霉素）挑取菌落進行分離純化擴大培養。

4 教學反思

基于生物學核心素養進行探究活動設計，使本節復習課的課堂氣氛比傳統課堂活躍了許多，學生的參與度高，知識的掌握情況也較好。高二年級的學生具有一定抽象思維，但仍然需要感性知識、形象知識作為支持。教師利用演示、討論等多種教學方法比單純講授的方法效果好。教師合理運用所學的知識及自制的物理模型，將復雜抽象的知識具體化，增強學生的感性認識，更便于學生接受。教師通過設計活動探究，讓學生積極參與課堂活動，使學生由被動接受轉變為主動汲取，優化知識結構、促進思維發展，進一步提升了生物學科核心素養和關鍵能力，且符合面向全體學生、倡導探究性學習的新課程理念。