基于問題引領和任務驅動建構核心概念的教學設計
——以“基因是有遺傳效應的DNA片段”為例

張 祥 劉 玲

(1 江蘇省揚中高級中學 揚中 212200; 2 江蘇省揚中教師發展中心 揚中 212200)

1 教材分析與設計思路

“基因是有遺傳效應的DNA片段”是人教版高中生物學教材必修2第3章第4節內容，主要介紹了基因與DNA的關系以及DNA分子的多樣性和特異性。本節內容是在學生學習了DNA是主要的遺傳物質以及DNA分子的結構、DNA分子是如何通過復制在上下代之間傳遞遺傳信息等內容的基礎上進行的，是對遺傳物質本質的再認識。基因、DNA、染色體三者之間關系的深度理解是本節內容的教學重點，理解基因中脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關系是教學難點。

本節內容教師采用問題和任務驅動引領學生逐步建構概念的教學方式，先是通過給定的資料讓學生自主分析、小組內討論，推斷出基因與DNA的關系；再通過DNA分子結構模型的建構，進一步明晰遺傳信息與不同基因中堿基排列順序之間的關系，理解DNA分子的多樣性和特異性；最后通過相關概念圖的構建，讓學生在頭腦中清晰地構建基因、DNA、染色體等之間的關系，深刻理解“基因是有遺傳效應的DNA片段”這一核心概念。

2 教學目標

根據課程標準的內容要求、學生要求及學業質量標準，并圍繞培養學生學科核心素養的要求，制訂了如下教學目標：

(1) 通過給定的相關資料，采用分析、比較、討論、提取等方法，形成基因是有遺傳效應的DNA片段、一個DNA上有很多個基因的觀念。

(2) 通過動手制作模型，并采用演繹推理等方法，認識到DNA分子中堿基對的排列順序是千變萬化的，這決定了DNA分子的多樣性和特異性。在操作實踐、交流討論、引導啟發中提高科學思維和科學探究的能力。

(3) 通過了解用DNA指紋技術鑒定罪犯及親子鑒定、遺傳鑒別等內容，感受科學技術在人類社會生活中的應用價值，落實社會責任感的培養。

3 教學過程

3.1 資料分析，交流研討，推斷基因與DNA的關系 教師先播放江蘇某化工園區爆炸事故的部分現場圖片，部分遇難者的面貌已很難辨認，那如何才能通過現代科技手段來鑒定遇難者的身份呢？只有通過基因和DNA的鑒定才能實現。DNA的結構前面已學習過，那基因到底是什么呢？與DNA是什么關系？基因與DNA都是微觀分子，學生缺乏直觀的印象與認識。教師不能直接簡單地向學生灌輸兩者之間的關系，可以通過相關事實資料的呈現引導學生通過小組內的交流討論來解決問題。

資料1： 大腸桿菌細胞的擬核有1個DNA分子，長度約為4 700 000個堿基對，在DNA分子上分布著大約4 400個基因，每個基因的平均長度約為1 000個堿基對。

資料2： 人類基因組計劃測定的是24條染色體(22條染色體+X+Y)上的DNA的堿基序列。其中，每條染色體上有一個DNA分子。這24個DNA分子大約有31.6億個堿基對。其中，構成基因的堿基數占堿基總數的比例不超過2%。

問題引導： 資料1、 2中說明了一個DNA上有多少個基因？基因與DNA在結構上的關系是什么？是否每一段DNA都代表了一個基因？這些問題的回答都需要學生能夠善于從資料中提取有效信息，如資料1中的有效信息是： 大腸桿菌擬核DNA上有4 400個基因乘以平均長度1 000個堿基對，基因中的堿基對總數約4 400 000個，小于DNA的4 700 000個堿基對，說明了不是每一段DNA都是基因。這些信息提取與分析能力的培養有利于提高學生的科學思維能力。

資料3： 生長在太平洋西北部的一種海蜇能發出綠色熒光，這是因為海蜇的DNA分子上有一段長度為5170個堿基對的片段——綠色熒光蛋白基因。轉基因實驗表明，轉入了海蜇的綠色熒光蛋白基因的轉基因鼠，在紫外線照射下，也能像海蜇一樣發綠色熒光。

補充資料： 把綠色熒光蛋白基因用技術手段切成兩部分，然后將其中的一部分轉移到小鼠體內，結果小鼠在紫外線的照射下不再發出綠色熒光。

資料4： 近來的科學研究發現，小鼠體內的HMGIC基因與肥胖直接相關。具有HMGIC基因缺陷的實驗鼠與作為對照的小鼠，吃同樣多的高脂肪食物，一段時間后，對照組的小鼠變得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的實驗鼠體重仍然保持正常。

補充資料： 科學研究發現，從小鼠體內DNA中刪除兩個大型的非基因片段，每個約100萬個堿基對，失去這些DNA片段的小鼠和它們的后代并沒有性狀變化。

問題引導： ①從兩段資料中可以推測基因的功能是什么？小組內可以嘗試通過討論給基因下一定義。②從補充資料中可以看出，基因正常發揮功能的前提條件是什么？

設計意圖： 以問題引領驅動學生通過自主學習、交流合作來學會從材料中提取有用信息，資料1、 2側重于基因結構的分析，資料3、 4側重于基因功能的分析，這有利于培養學生生命觀念中的結構與功能觀。

3.2 結合圖示，小組協作，建構知識關聯 教師展示圖1A，讓學生在仔細觀察圖中基因、DNA及染色體三者之間的關系，在小組討論的基礎上，分別試著用自己的話來表述它們的關系。教師同時分別將各個小組提煉出的語句寫在黑板上，讓學生在自主體悟、小組交流的基礎上，分別選出最恰當的詞句來表述圖1B中的關系。

(A)

(B)

這里，也有部分學生不太了解基因在染色體上呈線性排列的意思，教師需要做適當點撥： 線性排列就像一根項鏈上的珍珠排列，是串聯，不是并聯。展示教材中的染色體上的基因圖，學生一下就豁然開朗了。

設計意圖： 以圖形直觀呈現基因、DNA、染色體三者關系，作為學生思考問題的重要支撐，讓學生自己在思考、推理、探究的基礎上形成對概念的深刻理解，這樣有利于培養學生基于實證的科學思維與推理的能力。對于概念教學，教師要力戒不做任何鋪墊，直接告知學生概念含義。

3.3 建構模型，展示交流，理解遺傳信息含義 在教學中安排模型建構的探究活動，讓學生在動手操作與思維碰撞中理解脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關系。

任務1： 各小組利用事先分發的4種脫氧核苷酸模型，合作構建一個含有4個堿基對的基因。

思考： DNA分子結構中的哪一部分，可以儲存遺傳信息？是磷酸脫氧核糖骨架還是堿基對的排列順序？

任務2： 各小組根據自己制作的模型，推算由4種脫氧核苷酸構建成的含4個堿基對的基因可能有多少種(每種脫氧核苷酸數量足夠)？

提示： 若1個堿基對組成1個基因，有多少種排列方式？若2個堿基對組成1個基因，有多少種排列方式？若3個堿基對組成1個基因，有多少種排列方式？若4個堿基對組成1個基因，有多少種排列方式？拓展： 若n個堿基對組成1個基因，有多少種排列方式？

通過堿基對排列方式的推算，可以讓學生深刻認識到DNA中脫氧核苷酸排列順序的千變萬化，從而有利于學生理解自然界中不同生物攜帶的遺傳信息的不同，每個DNA都有自己獨特的堿基對排列順序。

任務3： 研究表明，每個人的DNA都不完全相同，因此DNA也可以像指紋一樣用來識別身份，這種方法就是DNA指紋技術。因為每個人的DNA指紋都是獨一無二的，所以我們可以根據分析指紋圖譜的吻合程度來幫助確認身份。

問題引導： ①根據教材中DNA指紋圖譜(圖略)可以判斷懷疑對象中幾號是罪犯？②DNA指紋技術還可以應用于哪些領域？在測定人體染色體DNA時，如果是男性，最好測定哪條染色體上DNA序列？為什么？

設計意圖： 讓學生動手制作DNA結構模型，并采用小組合作、演繹推理等方法，認識并理解DNA分子的多樣性和特異性以及基因中脫氧核苷酸序列與遺傳信息多樣性的關系。同時結合DNA指紋鑒定技術的應用認識到科學技術在人類社會生活中的應用價值。

3.4 整合知識，建構概念圖，明晰基因概念本質 課堂的最后階段，讓學生分小組根據所學內容整理基因及DNA的相關知識，通過概念圖的構建來歸納、整理、概括，有利于本節內容中重要概念在學生頭腦中的內化與融合。

思維拓展： 基因一定是有遺傳效應的DNA片段嗎？

設計意圖： 概念圖的構建有助于幫助學生理清概念知識體系，讓學生達到既能鞏固知識，又能完善和優化學生原有的認知結構，促進對相關概念的理解，提升教學效果。最后通過思維拓展問題，讓學生對基因概念有更全面的認識。

4 教學反思

整個教學過程采用資料分析、模型建構、小組合作、分組展示等方式，每個階段教師均有明確的問題和任務引領，學生的學習目標明確，參與積極性較高，整個教學過程體現了“學為中心”的教學理念，對培養學生的科學思維、動手能力、合作意識等都有積極的作用。