基于核心素養的“基因指導蛋白質的合成”(第一課時)的教學設計

樊熒熒

摘要：在“基因指導蛋白質的合成”（第一課時）中，通過創設故事情境、觀看轉錄翻譯視頻、利用自制物理模型模擬“翻譯”過程等環節將生物學學科核心素養的培養落實到課堂教學中。

關鍵詞：生物學學科核心素養;轉錄翻譯;教學設計

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

1教材分析

“基因指導蛋白質的合成”是人教版高中生物學教材《必修2·遺傳與進化》模塊第四章第一節的內容。本節主要聚焦的問題是“遺傳信息的轉錄”和“遺傳信息的翻譯”兩個相互聯系的過程，因為該過程發生在細胞內，比較微觀和抽象，而且這兩大過程中涉及較多新的概念，如mRNA、tRNA、rRNA、密碼子、反密碼子等，并且還涉及DNA上堿基和mRNA上堿基數量對應關系以及mRNA上堿基和氨基酸的數量對應關系等，因此教學存在一定難度。基于學生的認知特點以及新課標要求，筆者將所有內容揉碎后重新整合，并對部分內容合理取舍，圍繞重要概念組織教學，淡化了細枝末節內容的講解，為學生的主動學習留出更多時間，幫助學生通過對重要概念的深度學習，建構一定的學科知識以及形成學科核心素養。

2教學目標

（1）通過學習，認識mRNA和tRNA的結構和功能，從而形成結構與功能相適應的觀點。通過Flash動畫的觀察，認識生命的運動性、連續性以及復雜性，形成科學的生命觀念。

（2）通過情境故事、自主學習、資料分析、思維導圖，逐步構建“遺傳信息的轉錄和翻譯”的概念和具體過程，提高類比推理、提取信息、分析資料、歸納概括等學習能力以及全局性、策略性的科學思維能力。

（3）通過構建“翻譯”過程的物理模型，提高科學思維能力;在構建過程中，嘗試通過試錯，提高自我總結、自我反思的能力;在構建過程中，通過小組合作的學習方式，提高合作學習能力和表達交流能力。

3教學過程

3.1創設故事情境，搭建主線

筆者先呈現一段自制的短視頻：“某外國老板，這個老板有某種產品的生產思想。該老板由于語言不通不能到車間去親自指導生產，于是他用英語把自己的想法告訴了秘書，秘書就帶著老板的設計思想從辦公室的門出來，到生產車間指導生產。秘書根據老板的設計思想，用漢語指揮叉車工把相應的原料運輸到特定的位置，組裝成了一個大型的產品。最后得到的產品完全是按照老板的思想生產出來的，老板表示很滿意。”然后請學生閱讀教材P62-67，思考下列情境問題，小組討論后總結歸納：①在這個故事中“老板”“生產思想”“秘書”“叉車工”“產品”分別指什么？②“辦公室“辦公室的門”“生產車間”分別指的是哪個細胞結構？③“老板把設計思想告訴給秘書，秘書到車間指導生產”分別指基因指導蛋白質合成中的哪個重要過程？通過類比推理，學生能輕易找到情境故事和新課教材內容的聯系并且積極發言回答上述3個問題。

設計意圖：在導入環節設計了一個有針對性的情境故事，吸引學生的興趣，提高了學生學習的參與性，同時設計了3個與教材內容相聯系的情境問題，通過自主閱讀、小組討論、總結歸納，初步構建出“遺傳信息的轉錄和翻譯”的主體過程，并且使初步了解相關概念如遺傳信息、mRNA、密碼子、tRNA等，為后面繼續深入理解內化知識作好鋪墊。在此過程中，學生的類比推理、歸納總結能力得以提升。

3.2觀看Flash動畫，借助思維導圖構建“轉錄”概念

教師先播放“轉錄”的Flash動畫，引導學生在觀看視頻的過程中關注細節，思考轉錄的場所、轉錄的模板、轉錄所需的酶、轉錄的原料、轉錄過程中的堿基配對方式、轉錄的特點和轉錄的產物等。接著，請學生畫出“轉錄”的思維導圖，理清轉錄相關細節問題，從而自主構建出“轉錄”的概念。

設計意圖：在之前情境故事的基礎上，教師利用視頻，讓學生對于轉錄這個動態的過程有更直觀的認識，引導學生關注細節，提取視頻信息，并借助思維導圖將零散的知識變成有組織且容易記憶的圖，最后自主構建概念。在此過程中，學生的觀察力、歸納概括能力和科學思維能力得以提升。

3.3分析科學史料，動靜結合，構建“翻譯”概念。

教師逐步呈現下述科學史資料：

事實1：mRNA只有4種堿基，但組成蛋白質的氨基酸有20種。

資料1：1954年，物理學家伽莫夫的數學推理：如果1個堿基決定1個氨基酸，4種堿基只能決定4種氨基酸。如果2個堿基編碼一個氨基酸，最多能編碼16種氨基酸。如果3個堿基編碼一個氨基酸，足以組合出構成蛋白質的20種氨基酸。

資料2：1961年，克里克以T4噬菌體為實驗材料，進行了下列實驗：在一段信使RNA中間插入1個或2個堿基——不能產生正常蛋白質;在一段信使RNA中間插入3個堿基——能產生正常蛋白質，但多了一個氨基酸。

教師根據3則資料，提出問題，逐步突破“翻譯”的教學難點：

①mRNA上堿基序列與氨基酸之間是如何對應的？

②根據教材的P65表4-1可知，密碼子共多少種？能編碼氨基酸的密碼子幾種？

③tRNA如何準確轉運氨基酸至指定位置？結合②思考，tRNA共有幾種？

基于上述問題的分析，教師再次播放“翻譯”的Flash動畫，引導學生在觀看視頻的過程中關注mRNA在細胞核中合成好后如何出細胞核到細胞質、翻譯的場所、翻譯的模板、翻譯的原料、翻譯所需的搬運工具、翻譯過程中的堿基配對原則以及翻譯的產物等細節問題，最后再請學生畫出“翻譯”的思維導圖，并自主構建出“翻譯”的概念。

設計意圖：通過資料1的學習，學生能自主分析得出mRNA的堿基序列和氨基酸的對應關系，從而更深刻地理解密碼子的概念和作用。通過資料2的學習，學生對于轉運RNA的結構（圖1）和作用有了深刻的認識。教師利用動畫活化靜態知識，讓學生對于“翻譯”這個動態的連續過程有更直觀的認識。最后，借助思維導圖，幫助學生更好地自制建構體系。在此過程中，學生的資料分析能力、問題剖析能力、觀察力以及和科學思維能力得以提升。

3.4利用物理模型模擬“翻譯”過程

在己知上述理論知識的前提下，教師設置了一個實驗操作問題：“若現有一條mRNA，堿基序列為GAAUGGAAUUGCUCUAAGC，以此mRNA為模板進行翻譯，請利用所給材料模擬此過程獲得最終產物。”之后，學生小組合作（2人為一小組），利用提供的白板、mRNA、核糖體、tRNA、氨基酸、膠帶（代表肽鍵）（詳見圖2），模擬“翻譯”動態過程，獲得最終產物。之后請一組順利翻譯合成“甲硫氨酸一谷氨酸一亮氨酸一亮氨酸”這個四肽的小組學生上黑板扮演小老師，展示模擬過程并講解每一步驟，幫助其他同學糾正錯誤。最后，鼓勵學生從這次動手實踐中悟出點出真知，產生點心得并進行分享。

設計意圖：利用自制的物理模型小組合作，模擬“翻譯”過程，將抽象而微觀的生命過程外顯化、具體化、形象化、直觀化，加深學生對“翻譯”過程的理解，讓學生在動手中主動學習，并將其內化為自己的知識。在構建過程中，學生提高了科學思維能力、合作學習能力和表達交流能力。另外，在實際操作中，學生難免會暴露出問題，比如沒有考慮到翻譯的起點是起始密碼子，翻譯的終點是終止密碼子而最后合成了“谷氨酸-色氨酸-天冬酰胺-半胱氨酸-絲氨酸-賴氨酸”這個六肽，因為這些“意外”問題，學生有了自我反思自我總結的機會，從而不斷提高自己的科學思維。另外，由于教師設計的mRNA堿基序列中的第三個密碼子“UUG”和第四個密碼子“CUC”都是決定亮氨酸的。所以，在動手實踐之后的總結心得過程中，學生可以輕易地總結出“一種氨基酸可以由一或多種密碼子決定”以及“一種氨基酸可以由一或多種tRNA轉運”這兩個結論，這比傳統教學中直接告訴他們結論，更能提升學生的生物學學科核心素養。

3.5完善概念圖，以詩結課

在學習完“轉錄”和“翻譯”兩大過程后，教師提問：在基因指導蛋白質合成的過程中有幾種RNA參與其中？學生回答出“mRNA”和“tRNA”后，教師補充介紹第三種RNA“核糖體rRNA”，并引導學生反過來思考：為什么mRNA能充當信使？、為什么tRNA能充當搬運工具？這樣從而使學生強化“結構與功能相適應”的觀點。最后，請學生完善本節課的概念圖，同時教師以三行情詩“愿做一條RNA，即使是單鏈，卻能擁有U”來結課。

設計意圖：在完成主干概念之后再補充側枝，進而完善概念圖，比較符合學生的認知規律，并在此過程中滲透了生物學學科核心素養之一生命觀念中的“結構與功能觀”。最后，教師以詩結課，引起學生情感共鳴，加深本節課在他們腦海中的印象。

4教學反思

本節課的教學活動對原有教材進行了刪減和重新整合，聚集“遺傳信息的轉錄和翻譯”這個主線，主要采取故事情境教學法、觀看視頻構建概念法、資料分析提取信息法、物理模型構建法等主要教學方法開展教學活動，培養了學生的類比推理、歸納總結、資料分析、模型構建等能力，提升了生物學學科核心素養。