圍繞教學目標，選用教學素材，落實核心素養
——以“基因對性狀的控制”教學設計為例

白建秀 （北京市朝陽區教育研究中心 北京 100028）

“基因對性狀的控制”是人教版《必修2·遺傳與進化》第四章第二節的課題，包括“中心法則的提出及其發展”和“基因、蛋白質與性狀的關系”兩部分內容。下面重點討論第二部分內容，該部分需要解答兩個核心問題。

第一個核心問題：為什么說基因控制生物體的性狀？

這個問題是基礎問題，教師可以按照圖1的方式對剛學習過的“基因指導蛋白質的合成”內容做簡單回顧，DNA（基因）→RNA→蛋白質的過程既是基因指導蛋白質合成的過程，也將是本節課的主線。因為有了蛋白質，蛋白質是生命活動的主要承擔者，從而就能體現生物體的性狀，因此基因通過控制蛋白質的合成控制了性狀。

圖1 基因指導蛋白質合成的示意圖

第二個核心問題：基因如何控制生物體的性狀？

這個問題是學生學習本部分內容需要重點解決的問題。如何能讓學生自己得出“基因通過控制結構蛋白、功能蛋白直接或間接控制生物體性狀”的兩條途徑；如何能讓學生自己體會到“基因與性狀、基因與基因、基因與基因產物、基因與環境”之間的復雜相互作用關系，從而促進學生對知識本質的理解，是針對當前課堂教學改革由知識本位轉向素養本位，教師備課過程中應著力思考的內容。

基于上述分析與思考，本節課的教學目標制定如下：

①能從分子水平并運用結構與功能觀說明基因指導蛋白質合成的過程，從而得出對性狀控制的兩條途徑，并能解釋其中的原因（生命觀念）。

②通過資料閱讀與分析，解讀能力、比較與分類能力、歸納概括能力以及論證能力均得到一定的訓練（科學思維）。

③在各種事例的學習過程中，感受基因對性狀控制過程的精準性與復雜性，進而能在具體的生命現象中學會解釋并解決生物學問題（社會責任）。

在《普通高中生物學課程標準（2017年版）》教學建議中明確指出：組織以探究為特點的主動學習是落實生物學核心素養的關鍵，而要引導和組織學生進行探究性學習，就需要為探究性學習創設情境，即提供教學素材，合理選擇與有效運用教學素材是完成教學任務、達成教學目標的重要條件，是知識轉化為素養的最好途徑。

1 圍繞教學目標①，教師示范與小組合作相結合，落實生命觀念

教師應根據教學目標中應達成的學科核心素養要求、教學內容的難易程度與學生本身認知水平和接受程度，對選取的教學素材做一個合理的規劃。教師只有有效運用、處理好教學素材，才能呈現精彩的課堂教學，使學生的獲得感更強。

素材1：超過90%的人血紅蛋白是由兩條α鏈和兩條β鏈構成，共574個氨基酸。每一條肽鏈都能結合一個含有鐵原子的環狀血紅素，氧氣能夠結合在鐵原子上，被血紅蛋白運送到全身各處。

素材2：在人體的11號染色體上存在一段含5萬個堿基對的C基因，能夠表達出一個包含529個氨基酸的酪氨酸酶（TYR），TYR能夠在黑色素細胞中進一步催化酪氨酸最終生成黑色素，使我們的皮膚、毛發及眼睛具有顏色。

為幫助學生構建知識框架、做好“直接與間接控制生物體性狀”的鋪墊，實現教學的有效性，教師可以將上述兩則教學素材作為教學示例，主要從分子水平運用結構與功能觀，帶領學生分析為什么血紅蛋白和酪氨酸酶分別是基因控制生物體性狀的兩條途徑，讓學生體會：

①血紅蛋白基因中遺傳信息改變與否是會通過轉錄和翻譯過程影響到血紅蛋白的結構，血紅蛋白的結構直接影響其功能的發揮，進而影響紅細胞的形態結構和功能，導致人體出現不同的生理特征即性狀。學生明白只有這樣的蛋白質是結構蛋白（反饋人教版必修1教材P23“結構蛋白”）。它是構成細胞和生物體結構的重要物質，會直接影響生物體性狀。

②酪氨酸酶基因通過轉錄和翻譯，能夠合成酪氨酸酶，而酪氨酸酶不是構成細胞結構的物質。學生已知酶是生物催化劑，對細胞中各種生化反應起催化作用，由教學素材中信息可知，此酶在黑色素細胞中能將酪氨酸催化，最終生成黑色素，使皮膚、毛發及眼睛具有顏色。這個示例顯然與血紅蛋白的例子不同。學生會發現這個是基因通過控制酶的合成來控制細胞代謝的過程，進而控制性狀的，以此理解“間接”與“直接”的不同。

知識轉化為素養的最佳途徑是設計“自主探究”的學科能力活動。在教師示范性引領學生學習了“基因控制生物體性狀的兩條途徑”后，素材3、4和5可以作為小組活動的內容，充分發揮學生的主體作用。學生先獨立思考再組內交流討論，然后以組為單位按照教師示范的知識框架展示學習成果并用生物學語言表達，特別是對素材5的遷移運用。

素材3：CFTR基因位于人體的第7號染色體上，能編碼一個含有1480個氨基酸的跨膜蛋白（CFTR蛋白），該蛋白可以有效轉運氯離子。研究發現大約70%的患者中，CFTR基因缺失了3個堿基對，導致CFTR蛋白在第508位缺少苯丙氨酸，使氯離子蛋白通道異常關閉?；颊吆挂褐新入x子濃度升高，支氣管被異常的黏液堵塞，細菌在肺部大量滋生，常于幼年時死于肺部感染。

素材4：淀粉分支酶是合成支鏈淀粉的關鍵酶，由SBEⅠ基因表達。淀粉能夠吸水膨脹。當豌豆成熟時，淀粉含量高的籽粒能有效地保留水分，顯得圓圓胖胖，故為圓粒。若SBEⅠ基因中被插入了一段約800個堿基對的DNA序列后，則轉錄的mRNA變長，翻譯出的多肽減少了61個氨基酸，降低了淀粉分支酶活性。當豌豆成熟時，淀粉含量低的豌豆由于失水而顯得皺縮，故表現為皺粒。

素材5：胰島素是胰腺內胰島β細胞分泌的一種蛋白質激素，由11號染色體上的胰島素基因指導合成為51個氨基酸、兩條肽鏈具有一定空間結構的胰島素。胰島素通過促進組織細胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖，轉化糖原、脂肪、某些氨基酸等作用，從而降低血糖。

上述5則教學素材有意識地涵蓋了植物動物和人類的例子，且都在引導學生按照圖1所示的過程，即從分子水平解釋如何出現的各種性狀，體現了控制生物體性狀的兩條途徑，滲透了結構與功能觀，很好地落實了生命觀念。

2 圍繞教學目標②，教師設問與學生表達相結合，落實科學思維

蘇霍姆林斯基曾經說過：“在人的內心深處都有一種根深蒂固的需要，就是希望自己是一個發現者、研究者、探索者。”教師作為學生學習知識的組織者、引領者與合作者，要不斷挖掘、積累素材，選擇、加工素材，科學、使用素材，要讓學生在課堂獲得的不僅僅是感性的現象，還有理性的思考和啟迪。

在教學素材3、4和5的小組合作學習中，教師可以事先擬好便于學生獨立思考的幾個問題：

①說出每個素材中的基因控制正常蛋白質的過程及其表現的性狀，并解釋導致異常蛋白質的原因。

②判斷每個素材中基因控制性狀的途徑是什么？為什么？

學生獨立思考后，組內先交流，隨后組間匯報交流，用以達成“通過資料閱讀與分析，訓練學生的解讀能力、比較與分類能力、歸納概括能力”。教師結合圖2和圖3幫助學生梳理邏輯關系，也可以針對素材4，再提出“增加800個堿基對，為什么翻譯出的多肽還少61個氨基酸”等問題。學生通過表達，呈現思維路徑，對思維品質的訓練起到一定的促進作用。

教師通過精選教學素材，能使教學素材更有效地服務于課堂教學活動，讓學生通過對教學素材的評述，最大程度地吸收教學內容。這些素材可以幫助學生再闡明像酶、蛋白質類激素等蛋白質在生命體中的作用，從而使學生更好地理解這條途徑。

圖2 CFTR基因的致病過程

圖3 皺粒性狀的體現過程

再如，在揭示“基因通過蛋白質的合成直接或間接控制生物體的性狀”的途徑后，如何讓學生能夠體驗“基因指導蛋白質合成來控制生物體性狀”的這條道路上并不“平坦”?；蚩刂菩誀畹倪^程會受到很多內部微環境和外部環境因素影響的，事實上多數情況也不是一個基因對應一個性狀的，生物體表現出的各類性狀其實就像是“過五關斬六將”。教師需要搜集、選編切合學生實際的真實的教學素材，讓學生體驗到這些事實。

素材6：矮牽牛的花色主要由花青素決定，當花青素缺失時，矮牽牛的花色表現為白色。圖4展示的是矮牽牛細胞中花青素（非蛋白質）合成的部分途徑。

圖4 矮牽牛細胞中花青素合成的部分途徑

教師設置以下層層遞進的問題：

①藍色矮牽?；ㄉ墙涍^怎樣的過程形成的？

②矮牽牛的花色性狀是通過基因控制哪個途徑實現的？

③花色為紅色的矮牽牛細胞中至少需要幾個基因控制？磚紅色或藍色呢？

④從矮牽?；ㄉ哪骋环N顏色（性狀）看，基因與性狀的對應關系是什么？

這個教學素材以形成矮牽牛藍色花為例，至少需要3個關鍵酶，即至少需要3個基因控制。學生會從實實在在的例子中自己體會到“基因與性狀并非簡單的線性關系”。而且對花青素是否會如期形成藍色，學生由已學知識可知，酶的活性受溫度、pH等因素影響的，所以會對基因與性狀的關系有進一步的理解。

在矮牽?；ㄉ纬傻恼鎸嵡榫持校處熗ㄟ^設置一些由淺至深的問題，引發學生的思維活動，讓學生主動參與其中，主動獲取知識，構建新知，養成思考的習慣以及形成正確的思維方式，對落實核心素養中的科學思維起到助推作用。

3 圍繞教學目標③，科研實驗與學生解釋相結合，落實社會責任

教師提供實驗1：在紅色矮牽牛中，有一段不編碼蛋白質的DNA序列（Tpn3），Tpn3可以在不同的染色體之間“跳躍”，并整合到所“跳”的DNA中，當這段“跳躍的”Tpn3插入到CHS基因序列中時，矮牽牛原本紅色的花瓣，會出現大量白色部分。請從分子水平用已有的知識進行解釋。

實驗2：科學家將一段外源DNA導入到矮牽牛中，該基因的轉錄產物可與CHS基因的轉錄產物堿基互補配對，形成一條不穩定的雙鏈RNA，并隨后被RNA酶迅速降解。根據此信息，請寫出花色可能出現的變化并從分子水平予以解釋。

實驗3：據科學家研究，在矮牽牛藍、白色的復色品種中，藍色部分和白色部分的多少，受到環境溫度影響很大，在30℃～35℃時，花色多為藍色或紫色，可在15℃時，花是白色的。請說出是什么因素對花色有影響。

……

在這一教學過程中，教師通過搜集科研人員對矮牽?；ㄉ嗄暄芯康恼鎸嵡榫车慕虒W素材，創設系列清晰明朗的問題，讓學生層層剝筍，找到問題的核心和本質，在爭辯和思考中清晰知識、建構知識、內化知識。這樣也彌補了教材的空缺，使學生產生對基因與性狀非簡單的線性關系的認識，體驗基因與基因、基因與基因產物、基因與環境之間存在著復雜的相互作用，能夠更好地達成“感受基因對性狀控制過程的精準性與復雜性，進而能在具體的生命現象中學會解釋、解決生物學問題”，以落實社會責任的教學目標。

教師選擇教學素材應為達成圍繞課程標準、體現生物學科核心素養而確定的教學目標服務。如果教學素材不能為實現教學目標服務，只為求新求異，那么再精彩的內容也會顯得華而不實、畫蛇添足、浮筆費墨。

實踐證明，教師圍繞教學目標，對教學素材有效運用，能更好地營造有利于學生自主探究的課堂氛圍，使學生發生真實而有深度的學習，從而感嘆自然的力量、生命的神奇，體會自主學習的快樂和分享成功的喜悅，并有利于實現預設與生成的統一，最終落實學生的核心素養，為高中生物課堂帶來精彩。