高中生物學支架式教學探索

何瑜娜 談雷

【關鍵詞】教學策略;支架式教學;高中生物學

【中圖分類號】G633.91? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2021）54-0157-04

【作者簡介】1.何瑜娜，江蘇省常州高級中學（江蘇常州，213000）教師，二級教師;2.談雷，江蘇省常州高級中學（江蘇常州，213000）教師，高級教師。

新課程改革背景下的高中生物學教學強調學生主動地參與學習，在親歷實踐過程中習得生物學知識，發展學科核心素養。支架式教學是由美國教育家布魯納提出的一種教學模式，其強調基于學習者當前的發展水平，通過鋪設系統有序的“支架”（亦稱“腳手架”），引導學習者主動建構知識，邁進更高水平的發展。[1]這與新課程標準的理念不謀而合——應著未來教育以學生為中心的發展趨勢，教師可通過巧設支架的方式引導學生進行各類學習活動，即完成“扶”的過程;并在學習任務深入或遷移應用時逐漸撤掉支架，由學生獨立解決學習中的問題，即實現“放”的過程。在具體的教學實施中，教師可采用的支架類型包含情境支架、工具支架、范例支架與建議支架等。[2]

筆者以新人教版高中生物學必修2的“基因突變”一節為例，嘗試實踐了“扶放有度”的支架式教學，以期促進學生深度學習的達成。與2003年版高中生物學課程標準相比，2017年版課程標準對本節的內容要求除了關注基因突變的原因和特征之外，更強調基于證據論證基因突變導致它所編碼的蛋白質及相應的細胞功能發生變化[3]，這在一定程度上增加了教學難度。因此，在教學過程中可通過創設情境、演示范例等方式在初學時、難點處搭建支架。另外，新人教版教材將“細胞的癌變”內容整合至“基因突變”一節，豐富了基因突變的實例，教師在教學過程中應適時撤離支架，引導學生辯證地看待基因突變，樹立尊重生命、熱愛生活的觀念。

一、以情境支架激發學習熱情

播放視頻：好萊塢影星安吉麗娜·朱莉在未罹患癌癥的前提下，切除了自己的兩側乳腺，只是因為她通過基因檢測技術，發現自己患乳腺癌的幾率高達87%。提出問題：為什么癌癥的發病風險可以通過基因檢測的手段預測？學生根據視頻內容能推測出，她的基因序列與正常人相比發生了一些改變，從而引出本節課的主題——基因突變。

依次呈現資料：（1）2020年全球乳腺癌新增人口高達226萬，發病率和死亡率均位居女性惡性腫瘤第一位;（2）乳腺癌發展階段示意圖及人乳腺癌細胞圖;（3）128例不同臨床分期的乳腺癌患者中E-鈣黏蛋白含量表。教師依次提出以下問題：為什么癌癥如此難治？癌細胞的特點可能與癌細胞中什么物質或結構的變化有關？癌細胞轉移的嚴重程度與E-鈣黏蛋白含量呈現什么關系？學生根據資料及問題串，能夠總結出癌細胞的特點。

接著向學生介紹細胞中與細胞增殖密切相關的兩類基因——原癌基因和抑癌基因。通過資料分析，學生得到結論：細胞發生癌變，主要就是由原癌基因和抑癌基因發生突變逐漸積累的結果。呈現資料：研究者發現了一個定位于人第17號染色體上的抑癌基因，其突變與乳腺癌的發生密切相關，命名為乳腺癌1號基因，簡稱BRCA1。提出問題：正常細胞中存在BRCA1基因嗎？學生回答正常細胞中也有BRCA1基因，只是序列不同于癌細胞。

【設計意圖】構建“多扶少放”的情境支架是激發學生學習熱情的重要手段。筆者以安吉麗娜·朱莉切除乳腺這一事件的導入，創設以乳腺癌為主題的情境支架，通過呈現貫穿情境的資料、設計層層遞進的問題串，為學生創造沉浸式體驗，即“扶”在初學時。學生在分析乳腺癌的發展階段、乳腺癌細胞圖片、不同臨床分期乳腺癌細胞E-鈣黏蛋白含量等資料后，教師適當放手，讓學生自行總結癌細胞的特點及三大特點間的內在聯系，即“放”在恰當處，利于幫助學生形成結構與功能相適應的生命觀念。教師進一步介紹乳腺癌1號基因——BRCA1，引導學生了解乳腺癌的發病機制，激發學生進一步探究什么是基因突變的興趣。

二、以工具支架深化概念理解

乳腺癌細胞與正常細胞相比，BRCA1基因的序列可能發生哪些類型的改變？教師呈現正常細胞BRCA1基因部分序列：…GAGCTGCAC

GCTTCT…/…CTCGACGTGCGAAGA…，并展示使用木夾子、毛根制作的正常細胞BRCA1基因序列模型，其中粉色夾子代表堿基A，黃色夾子代表堿基T，藍色夾子代表堿基C，綠色夾子代表堿基G。教師提出問題：這樣的基因序列在癌細胞中可能發生哪些類型的改變？并組織學生4人一小組，嘗試構建可能的突變后的基因片段模型。

學生根據自己對基因突變的理解，構建可能突變后的基因片段模型，借助實物投影向全班同學展示，教師對學生構建成果進行評價，進一步提出問題：你能根據你的理解，總結出什么是基因突變嗎？教師對學生自主形成的概念進行糾正點評，最終引導學生總結基因突變的概念：DNA分子中，發生堿基的替換、增添或缺失，而引起的基因堿基序列的改變，叫作基因突變。

【設計意圖】在概念教學過程中，若教師采用的教學方法不當，會導致學生在概念構建的過程中缺乏獨立思考意識，停留在淺層學習的層面。[4]考慮到DNA分子屬于微觀層面，學生深入理解基因突變的概念有一定難度，筆者在進行基因突變概念教學時，為學生搭建工具支架。教師使用木夾子、毛根等制作教具，化抽象為具體，契合學生認知水平，即“扶”在憤悱處。接下來，教師充分放手，讓學生主動參與到概念探索中，自主構建可能的突變后的基因片段模型，即“放”在探究時。最后通過師生協作、生生協作的方式對自主形成的概念進行糾正點評，從而深化對基因突變概念的理解。

三、以范例支架提升思維品質

基因的堿基序列發生了改變，意味著攜帶的遺傳信息發生了改變，將這些遺傳信息表達出來要通過轉錄翻譯的過程。教師以正常細胞BRCA1基因表達過程為范例，引導學生說出其轉錄、翻譯的產物。為了更直觀表示翻譯得到的多肽鏈，教師展示用小球、毛根制作的模型，不同顏色的小球代表不同種類的氨基酸。提出問題：你們小組構建的突變基因進行表達后會是怎樣的產物？接下來組織學生4人一小組，構建突變基因表達產物的氨基酸序列。

學生通過組內合作、組間交流，發現基因突變后可能導致氨基酸的種類、數量或者排列順序發生改變，進而可能導致生物性狀發生改變。教師追問：是不是基因突變都是有害的？學生根據癌癥的發生機制，可以說出基因突變可能是有害的;根據個別小組構建的突變基因表達產物未發生改變，說出基因突變可能既無害也無利。但是學生可能難以說出哪些基因突變可能是有利的，故教師向學生介紹近年來我國通過基因突變培育的一系列優良作物，引導學生辯證地看待基因突變。

【設計意圖】理解基因突變與生物性狀的關系是本節課重要教學內容之一，其完成前提是學生要熟悉掌握基因表達的過程——轉錄、翻譯。然而，轉錄、翻譯的過程較復雜且是學生的新學內容，加大了本節課教學內容實施的難度。為解決這一難題，筆者以正常細胞BRCA1基因表達過程搭建范例支架，即“扶”在難點處。通過對范例的學習，學生明確轉錄的模板鏈、轉錄方向、密碼子表的使用方法等易錯點。學生自主構建本小組突變基因的表達產物后，教師組織小組間進行交流，即“放”在互評時。在共享集體成果的基礎上，學生總結出基因突變結果的多樣性，形成了辯證看待基因突變的觀念，提升了基于范例進行演繹推理的科學思維。

四、以建議支架體悟態度責任

哪些因素可能誘發基因突變？教師呈現資料：5-溴尿嘧啶，簡稱BU，是一種堿基類似物，它能產生兩種互變異構體，一種是酮式，一種是烯醇式。酮式可與A互補配對，烯醇式可與G互補配對，當BU摻入DNA復制時就會導致堿基替換突變。結合上述資料及宮頸癌的發生、太空南瓜的形成等實例，總結誘發基因突變的因素有物理因素、化學因素和生物因素等。

提出問題：作為中學生，需要養成怎樣的生活習慣來預防癌癥？學生能說出少吃腌制食品、不要熬夜、保持樂觀心態等。繼續追問：對于已經引發的癌癥，有哪些治療方法？學生根據生活經驗能說出化療、放療、手術切除等傳統方法。但是，不同的患者可能基因突變情況是不一樣的，同一種病用相同的方法治療，效果可能大不相同。接著向學生介紹2020年諾貝爾化學獎成果——CRISPR/Cas9系統，這項基因編輯技術的出現使精準醫療的實現成為可能。當然，精準醫療的真正普及還有很長一段路要走，教師借機鼓勵有興趣的學生今后投身于生物科學或基礎醫學的研究，為我國的醫學發展貢獻力量。

【設計意圖】給學生表達交流的機會，即“放”在交流處，讓學生根據生活經驗說說癌癥的誘發因素、預防措施及治療方法，激發學生維護自身和他人健康的責任感，樹立尊重生命、熱愛生活的人生觀。在此過程中，教師要充分發揮評價總結的作用。例如，有學生說到為了避免發生基因突變，生活中要杜絕X射線，此時教師應該提出建議支架，指出X射線引起基因突變是需要一定劑量的，切勿因為其可能誘發基因突變而因噎廢食，引導學生理性看待基因突變，跳出思維盲區，即“扶”在總結時。

筆者通過“情境支架激發學習熱情、工具支架深化概念理解、范例支架提升思維品質、建議支架體悟態度責任”等方式，促進學生實現深度學習。需要注意的是，在實施支架式教學策略時，教師通過適時搭建和拆卸腳手架，引導學生拾級而上，做到科學地“扶”、大膽地“放”。在課堂實施前，教師應根據學情將復雜的學習任務分解，搭建合適的支架以符合學生的認知水平，做到“扶”在初學時、難點處、總結時。比如，對于微觀層面的DNA分子，可以借助教具，為學生搭建工具支架，化抽象為具體。支架又有動態性、漸撤性，在課堂中教師要耐心傾聽觀察，根據學生課堂反饋情況，靈活調整支架，做到“放”在探究時、互評時、交流時，以幫助學生實現主動性的深度學習。

【參考文獻】

[1]吳志明.支架式教學模式在物理教學中的應用研究[J].江蘇教育，2013（2）：61-62.

[2]朱俊.支架式教學在科學史探究課中的應用實踐[J].中小學班主任，2021（2）：15-17，2.

[3]教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]邢信濤.支架式教學模式下高中生物學概念教學難點分析與應用對策[J].中學生物教學，2020（24）：48-49.