聚焦智慧課堂 探索未來(lái)教育
——以“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一節(jié)為例

◎ 陳 健

筆者在“聚焦智慧課堂,探索未來(lái)教育”的背景下,于近期以《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》為主題開(kāi)設(shè)了一節(jié)市級(jí)生物課堂教學(xué)公開(kāi)課,取得了較好的教學(xué)和效果,現(xiàn)將原教學(xué)設(shè)計(jì)加以梳理,特借貴刊一角發(fā)表,與各位同行交流、研討,以便得到更好的提高。

一、教材分析

本節(jié)課是人教版高中生物學(xué)教材必修2 第4 章第1 節(jié)的內(nèi)容,本節(jié)內(nèi)容是本章學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),并對(duì)“基因?qū)π誀畹目刂啤薄盎蛲蛔兗捌渌儺悺钡膶W(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中與本節(jié)相對(duì)應(yīng)的要求是“概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”。通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)生要理解遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程。除了要掌握這個(gè)主干知識(shí)以外,還需要掌握的有DNA 與RNA 結(jié)構(gòu)的比較、三種不同種類的RNA 以及遺傳密碼的組成。由于本節(jié)內(nèi)容較為復(fù)雜、抽象,因而對(duì)學(xué)生的理解、探討和知識(shí)掌握方面,帶來(lái)了一定的困難。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程;理解密碼子和反密碼子的概念;比較并說(shuō)出DNA 與RNA 結(jié)構(gòu)方面的異同點(diǎn)。

2.能力目標(biāo)

運(yùn)用數(shù)學(xué)方法,分析堿基與氨基酸對(duì)應(yīng)關(guān)系;通過(guò)軟磁貼演示轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生理性思維。

3.情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)

認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn);感受生命之美以及大自然的無(wú)窮奧秘;認(rèn)同人類探索基因表達(dá)奧秘的過(guò)程永無(wú)止境,培養(yǎng)學(xué)生的擔(dān)當(dāng)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)方法

模型演示法,智慧課堂PAD 輔助教學(xué)

四、教學(xué)流程

1.巧設(shè)游戲,導(dǎo)入新課

教師展示綜藝節(jié)目《爸爸去哪兒》的三對(duì)父子,將其順序打亂,讓學(xué)生對(duì)他們分別進(jìn)行配對(duì)連線,通過(guò)學(xué)生說(shuō)明選擇的理由,引出性狀這一概念,進(jìn)而分析蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系,父子之間的遺傳物質(zhì)DNA 上的基因與性狀的關(guān)系,學(xué)生得出基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成這一推論。

2.問(wèn)題驅(qū)動(dòng),分析實(shí)驗(yàn)

教師呈現(xiàn)問(wèn)題:DNA 的主要分布場(chǎng)所? 蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所?通過(guò)擺設(shè)軟磁貼對(duì)應(yīng)的教具引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注空間位置中DNA 與核糖體的分布決定基因不可直接做模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。

接著呈現(xiàn)科學(xué)家的研究資料——酵母菌酶解實(shí)驗(yàn):1955 年,J.Brachet 曾用洋蔥根尖和變形蟲(chóng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如果加入RNA 酶分解細(xì)胞中的RNA,蛋白質(zhì)合成就停止,而如果再加進(jìn)了從酵母中提取出來(lái)的RNA,則又可重新合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)。學(xué)生明確RNA 與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。繼續(xù)呈現(xiàn)文字資料和圖片——變形蟲(chóng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn):A 組變形蟲(chóng)用3H 標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸來(lái)培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的RNA 分子首先在細(xì)胞核中出現(xiàn),很快在細(xì)胞質(zhì)中也發(fā)現(xiàn)放射性;B 組變形蟲(chóng)用正常的尿嘧啶核糖核苷酸來(lái)培養(yǎng),變形蟲(chóng)的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中均未發(fā)現(xiàn)有標(biāo)記的RNA。學(xué)生明確RNA 可以從細(xì)胞核中出來(lái)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),綜合之前的信息,推斷RNA 最可能做信使。教師明確科學(xué)家研究結(jié)果是RNA 的確可以做信使。師生明確DNA→RNA→蛋白質(zhì)的信息流,共同回顧DNA 和RNA 的區(qū)別,分析RNA 為何適合作為信使。

3.模型演示,層層遞進(jìn)

明確RNA 轉(zhuǎn)移DNA 的遺傳信息的過(guò)程為轉(zhuǎn)錄。軟磁貼教具演示轉(zhuǎn)錄的起始過(guò)程,后請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)完成后續(xù)操作。學(xué)生通過(guò)學(xué)案總結(jié)轉(zhuǎn)錄的定義,條件,堿基配對(duì)原則,產(chǎn)物等,通過(guò)PAD 拍照上傳,教師選取典型范例展示,師生共同評(píng)價(jià)。教師介紹轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA 的類型,設(shè)問(wèn)RNA 上轉(zhuǎn)錄的信息如何轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中的氨基酸序列,請(qǐng)學(xué)生分析推導(dǎo)堿基決定氨基酸的原理,在確定三個(gè)堿基就可以決定所有的氨基酸之后,教師請(qǐng)學(xué)生簡(jiǎn)單分析為何生物不選擇四個(gè)堿基決定氨基酸,五個(gè)堿基決定氨基酸,學(xué)生分析得出生命的進(jìn)化會(huì)遵循最簡(jiǎn)化原則的推論。師生總結(jié)密碼子的基本概念。隨后教師展示科學(xué)家尼倫伯格和馬太無(wú)細(xì)胞體系破譯遺傳密碼的科學(xué)實(shí)驗(yàn),進(jìn)而展示密碼子表。教師繼續(xù)設(shè)問(wèn):蛋白質(zhì)上的氨基酸和mRNA 上的堿基是不同的“語(yǔ)言”,如何“溝通”? 通過(guò)類比中文和英文的關(guān)系,學(xué)生明確該過(guò)程需要“翻譯官”。教師展示tRNA 的基本信息和模型。介紹反密碼子的基本概念,請(qǐng)學(xué)生將相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA 軟磁貼與被轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸軟磁貼一一對(duì)應(yīng)。軟磁貼教具演示翻譯過(guò)程。教師手持翻譯得到的多肽鏈模型,請(qǐng)學(xué)生分析其若作為分泌蛋白其最終去向。學(xué)生通過(guò)學(xué)案總結(jié)翻譯的概念,條件,堿基配對(duì)原則,產(chǎn)物等。通過(guò)PAD 拍照上傳,教師選取典型范例展示,師生共同評(píng)價(jià)。教師順勢(shì)在教具中再放置一個(gè)核糖體,請(qǐng)學(xué)生分析二者合成多肽是否相同,拓展多聚核糖體的知識(shí)點(diǎn),請(qǐng)學(xué)生自主分析其存在的重要意義。

4.學(xué)以致用,升華主題

從人類認(rèn)識(shí)基因直至今天對(duì)于基因表達(dá)的研究從未停止。教師介紹《Nature》雜志關(guān)于基因表達(dá)研究的最前沿信息:來(lái)自英國(guó)與德國(guó)的兩支團(tuán)隊(duì)分別使用2017 年的諾獎(jiǎng)技術(shù)——冷凍電鏡研究了Pol III 啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄過(guò)程的詳細(xì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)無(wú)論對(duì)基礎(chǔ)研究,還是對(duì)未來(lái)的新藥開(kāi)發(fā),都有重要的意義。原來(lái)在許多癌細(xì)胞中,Pol III 的活性會(huì)失去調(diào)控,出現(xiàn)過(guò)分活躍,方便細(xì)胞進(jìn)行增長(zhǎng)和增殖。隨后請(qǐng)學(xué)生分析由此獲得的治療癌癥的啟示。教師總結(jié):這是基礎(chǔ)科學(xué)造福人類的最佳方式之一,作為當(dāng)代的優(yōu)秀青年學(xué)子們,我們有義務(wù)承擔(dān)起這樣的責(zé)任。最后通過(guò)“天下興亡,匹夫有責(zé)”結(jié)課。

五、教學(xué)反思

首先,本節(jié)課的開(kāi)篇設(shè)計(jì)較為新穎,獨(dú)特,有效,通過(guò)游戲引入新課,使學(xué)生很快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài),積極參與到課堂教學(xué)之中,收到良好的教學(xué)效果。在教授具體的學(xué)科內(nèi)容時(shí),選擇軟磁貼作為材料制作教具,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生從“看中學(xué)”到“做中學(xué)”的轉(zhuǎn)變,使原本復(fù)雜的生物學(xué)知識(shí)被大幅簡(jiǎn)化。

其次,縱觀整節(jié)課,教師在各個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)中始終關(guān)注對(duì)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。“學(xué)為主體、教為引導(dǎo)、疑為主軸、動(dòng)為主線”的教育思想滲透始終,高效地實(shí)現(xiàn)了師生互動(dòng)、生生互動(dòng)。教師把探究、模擬、搶答等活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái),有效地實(shí)現(xiàn)了智慧課堂和傳統(tǒng)教學(xué)的有效融合。

最后,通過(guò)本節(jié)課的教學(xué),筆者對(duì)智慧課堂有了更深層次的理解:智慧課堂不是單一指網(wǎng)絡(luò)媒體、計(jì)算機(jī),而是只有通過(guò)智慧課堂,才能實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。