基于項(xiàng)目化教學(xué)，提高高三生物學(xué)二輪復(fù)習(xí)效率
——以“基因工程”專題復(fù)習(xí)為例

陳佳佳 (福建省廈門集美中學(xué) 廈門 361021)

項(xiàng)目化教學(xué)是師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。采用項(xiàng)目化的課程設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生將學(xué)科或跨學(xué)科的知識(shí)、原理、技術(shù)手段和工程學(xué)的思路應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐和問題解決的能力。經(jīng)過高三一輪復(fù)習(xí)后，學(xué)生基本構(gòu)建了各學(xué)科課程的知識(shí)體系，并形成了一定的跨學(xué)科概念和視角，這些為在高三二輪復(fù)習(xí)中開展綜合性、跨學(xué)科的項(xiàng)目化教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。筆者以“基因工程”二輪專題復(fù)習(xí)為例，談?wù)勗诟呷飳W(xué)二輪復(fù)習(xí)中開展項(xiàng)目化教學(xué)的具體策略。

1 課前自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

項(xiàng)目或課題的立意決定著項(xiàng)目化教學(xué)的高度。研究?jī)?nèi)容應(yīng)具備開放性、適切性和應(yīng)用性；同時(shí)，根據(jù)課程內(nèi)容、課堂類型和學(xué)生學(xué)情靈活調(diào)整設(shè)計(jì)的自由度和延展度，保證學(xué)生能夠通過自主、合作創(chuàng)造性地完成方案的設(shè)計(jì)。

1.1 聯(lián)系生活實(shí)踐，確定課題方向 為了提高學(xué)生的研究興趣，激發(fā)學(xué)生的研究動(dòng)力，課題研究要與生活、生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，并有一定的現(xiàn)實(shí)意義。“糖尿病是人類三大慢性病之一，嚴(yán)重危害人類健康；胰島素是治療糖尿病的重要藥物；天然胰島素產(chǎn)量低、成本高、價(jià)格昂貴，廣大糖尿病患者家庭難以負(fù)擔(dān)。”基于這一真實(shí)的背景下，師生明確本次項(xiàng)目的課題： 通過小組合作嘗試設(shè)計(jì)利用基因工程生產(chǎn)胰島素的方案，這樣就能強(qiáng)烈激發(fā)出學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)嘗試解決問題的主觀意愿。

1.2 準(zhǔn)確把握學(xué)情，提供必要支撐 為了保證學(xué)生能夠順利完成方案設(shè)計(jì)并且不偏離教學(xué)的主線，教師可以補(bǔ)充相關(guān)的背景或材料。根據(jù)基因工程的基本操作程序，可以給學(xué)生提供部分相關(guān)材料(圖1和表1)。當(dāng)然，要根據(jù)學(xué)生的層次梯度和具體學(xué)情靈活調(diào)整提供的信息量，為學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)搭設(shè)適切的“臺(tái)階”。

圖1 胰島素基因結(jié)構(gòu)示意圖

供體細(xì)胞人胰島B細(xì)胞、人成熟纖維細(xì)胞、人紅細(xì)胞工具酶限制酶(EcoR Ⅰ、 Sma Ⅰ、 Hind Ⅲ、 BamH Ⅰ)、 DNA連接酶(T4 DNA連接酶、E.coli DNA連接酶)、逆轉(zhuǎn)錄酶、DNA聚合酶(Taq酶)運(yùn)載體質(zhì)粒(pSC101、 pBR322、 Ti質(zhì)粒)、噬菌體(λ噬菌體載體)、植物病毒(CaMV載體)、動(dòng)物病毒(SV40載體)受體細(xì)胞大腸桿菌、酵母菌、水稻細(xì)胞、大豆細(xì)胞、羊受精卵、癌細(xì)胞(Hela細(xì)胞)基本技術(shù)DNA、 RNA和蛋白質(zhì)的提取、PCR、感受態(tài)、基因槍、顯微注射、選擇培養(yǎng)、熒光標(biāo)記、分子雜交、蛋白質(zhì)的分離和純化

1.3 關(guān)注核心環(huán)節(jié)，指明突破方向 教師不必過多參與到學(xué)生的課前設(shè)計(jì)、組內(nèi)討論中，以免限制學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力；只需提供必要的意見和建議供學(xué)生突破關(guān)鍵環(huán)節(jié)，厘清設(shè)計(jì)思路。“如何構(gòu)建高效的基因表達(dá)載體？”“如何保證胰島素產(chǎn)品的質(zhì)量？”“你所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)方案中需要攻克的技術(shù)難題有哪些？”此類問題能引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中不斷優(yōu)化思路和方案。

2 課堂交流討論，拓展思維視角

課堂討論的熱度決定著項(xiàng)目化教學(xué)的效度。凸顯學(xué)生課堂主體地位是學(xué)生充分交流和討論的重要保障。教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同思路和方案進(jìn)行多維視角分析，讓學(xué)生在交流、討論中加深對(duì)重要知識(shí)、概念和原理的認(rèn)識(shí)，拓展學(xué)科思維和視角。

2.1 努力營(yíng)造平等的課堂對(duì)話氛圍 項(xiàng)目匯報(bào)交流時(shí)，教師要走進(jìn)學(xué)生當(dāng)中，與學(xué)生互動(dòng)交流、平等對(duì)話。課堂交流的形式也不限于一問一答，各小組可圍坐在一起自由地交流和討論。教師只要以“主持人”的身份組織好“主角們”的表演即可。

2.2 重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià) 教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同方案的科學(xué)性和可行性進(jìn)行分析和討論，在交互評(píng)價(jià)中促進(jìn)每一位學(xué)生的發(fā)展。當(dāng)然，學(xué)生所設(shè)計(jì)的方案或評(píng)價(jià)的方向不一定全面和深入。教師可引導(dǎo)學(xué)生從課前提供的相關(guān)材料中發(fā)現(xiàn)更多新的設(shè)計(jì)思路或方案。此外，教師也需要補(bǔ)充一些學(xué)生可能不會(huì)提及的話題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步交流探討，如： ①已知DNA鏈的合成方向是5′→3′，若要擴(kuò)增出胰島素基因(圖2)并利于載體構(gòu)建，應(yīng)該選擇下圖所示的哪種引物較好？請(qǐng)說明理由。②在構(gòu)建基因表達(dá)載體過程中，如何提高目的基因和運(yùn)載體的正確連接效率？③若選pBR322質(zhì)粒(圖3)作為運(yùn)載體，通過什么方法可將含目的基因的受體細(xì)胞篩選出來？④為了方便分離、純化出產(chǎn)品蛋白，如何讓目的基因能在特定的時(shí)間和空間進(jìn)行表達(dá)？

圖2 胰島素基因結(jié)構(gòu)與引物位置示意圖

圖3 pBR322質(zhì)粒結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 充分利用生成性資源深度學(xué)習(xí) 在對(duì)方案進(jìn)行可行性分析和評(píng)估時(shí)，不同視角下同一方案的可行性分析結(jié)果可能完全不同。這些不同的觀點(diǎn)和看法會(huì)激發(fā)學(xué)生去深度思考。

在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步補(bǔ)充介紹目前基因工程生產(chǎn)胰島素的主要工藝流程(圖4)，并引導(dǎo)學(xué)生思考： ①為何用胰島素mRNA反轉(zhuǎn)錄得到的cDNA作為目的基因而不直接用天然胰島素基因？②為何要將胰島素原cDNA與大腸桿菌β-半乳糖苷酶基因進(jìn)行融合表達(dá)？如果僅單獨(dú)表達(dá)胰島素原cDNA，可能會(huì)出現(xiàn)什么后果？③融合蛋白喪失了原有的生物活性，需要對(duì)其進(jìn)行一系列的加工才能形成有活性的胰島素，該過程復(fù)雜，效率較低，不適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。請(qǐng)你結(jié)合所學(xué)知識(shí)，嘗試提出技術(shù)改進(jìn)的思路。通過對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝和相關(guān)問題的深入分析，學(xué)生能深刻理解科學(xué)與技術(shù)之間的相互關(guān)系。此時(shí)，教師繼續(xù)補(bǔ)充有關(guān)糖尿病治療及胰島素生產(chǎn)的相關(guān)背景：“我國(guó)是世界糖尿病患者第一大國(guó)，胰島素市場(chǎng)巨大，目前我們國(guó)家基因工程生產(chǎn)胰島素還處于起步階段，產(chǎn)能有限，胰島素藥物主要依賴進(jìn)口，市場(chǎng)、價(jià)格和技術(shù)均被歐美國(guó)家所壟斷。”由此激發(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的熱情和愛國(guó)情懷，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感和使命感。

圖4 重組大腸桿菌生產(chǎn)胰島素示意圖

3 課后拓展延伸，提升核心素養(yǎng)

3.1 完善方案，撰寫課題報(bào)告 經(jīng)過交流和討論后，學(xué)生對(duì)于自己的思路和方案有了更全面的評(píng)價(jià)，也拓寬了視角。從方案的可行性、工藝的改進(jìn)、成本的控制、技術(shù)攻關(guān)等視角切入，很容易形成一份綜述或報(bào)告。學(xué)生在撰寫綜述和報(bào)告過程中，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的很多知識(shí)、原理和技術(shù)都會(huì)有更加系統(tǒng)深入地認(rèn)識(shí)和理解，學(xué)生的綜合運(yùn)用能力和寫作表達(dá)能力也都會(huì)得到一定的提高。

3.2 整合資源，擴(kuò)大學(xué)習(xí)成果 不同地區(qū)、學(xué)校的辦學(xué)條件和硬件設(shè)備參差不齊。如果學(xué)校配有無菌操作室或分子實(shí)驗(yàn)室，可以讓學(xué)生親自動(dòng)手完成某些技術(shù)操作，如DNA的提取、PCR和蛋白質(zhì)的提取、電泳等。當(dāng)然，如果周邊有綜合性大學(xué)或生物研究所，也可以帶領(lǐng)學(xué)生到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室參觀學(xué)習(xí)，甚至有條件的話，還可以組織學(xué)生到生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地去觀摩。通過整合校內(nèi)外資源，幫助學(xué)生進(jìn)一步深入了解項(xiàng)目或課題相關(guān)的領(lǐng)域，提升認(rèn)知、拓寬視野。

生物學(xué)是一門與生活生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)的科學(xué)，生命科學(xué)的許多領(lǐng)域是當(dāng)今科技發(fā)展的熱點(diǎn)和前沿，項(xiàng)目化教學(xué)能夠很好地將與生物學(xué)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)和科技前沿融入課堂當(dāng)中。一次完整的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)讓學(xué)生親歷調(diào)查分析、方案設(shè)計(jì)、交流討論、總結(jié)提升等過程，加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)、概念、原理和技術(shù)的理解，拓展了科學(xué)思維，提升了實(shí)踐能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新精神，全面發(fā)展了“知、行、意、情”四個(gè)方面的核心素養(yǎng)。

盡管某些內(nèi)容和課型進(jìn)行項(xiàng)目化設(shè)計(jì)的難度較大，但是項(xiàng)目化課程應(yīng)該是未來我國(guó)生物學(xué)課程發(fā)展的任務(wù)之一。希望廣大教師在日常教學(xué)中能積極嘗試項(xiàng)目化設(shè)計(jì)，積累一定的經(jīng)驗(yàn)和成果，共同推進(jìn)中學(xué)生物學(xué)課程的建設(shè)和發(fā)展。