基于“教學評”一體化教學設計理念的單元教學設計
——以《基因的表達》為例

山西省晉中市榆次第二中學校 智 媛 楊 康

山西省晉中市教育局 岳 麗

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出，教學設計要以發展學生的核心素養為宗旨，生物學學科核心素養包括“生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任”，是生物學學科育人價值的集中體現，為教師教學活動的設計指明了方向。單元教學設計是一種介于課程規劃與課時教學設計之間的中觀層面的教學設計，是落實核心素養發展的行之有效的教學策略。“教學評”一體化教學設計理念強調學習目標、教學活動和達成評價之間的對應程度，關注“學生到哪里去、怎么去那里、是否去了那里”的問題。本文嘗試以《基因的表達》為例，進行單元教學設計，從而促進學生生物學學科核心素養的發展。

一、單元教學內容分析

本單元探討基因是如何起作用的，介紹了遺傳信息的傳遞和表達、遺傳信息對性狀的控制、遺傳信息表達的調控等內容，圍繞三個核心問題的解決按照以下邏輯關系展開：首先，解決“基因在生物體中如何表達？”的問題，DNA的遺傳信息通過轉錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯表達為具有一定氨基酸序列的蛋白質，在遺傳信息流動的整個過程中需要ATP提供能量，由此讓學生形成“生命是物質、信息、能量的統一體”的生命觀念；其次，解決“基因表達與性狀之間有何種關系？”的問題，基因通過兩種方式控制生物體的性狀，一方面通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀，另一方面通過控制酶的合成控制代謝過程進而控制生物體的性狀；同時，生物體多種性狀的形成以細胞分化為基礎，而細胞分化是基因選擇性表達的結果；最后，解決“基因表達在生物體中是如何受到調控的？”的問題，基因什么時候表達、在哪種細胞中表達以及表達水平的高低都是受到調控的，而這種調控與表觀遺傳有著密切的聯系。基于以上分析，建構本單元的知識結構圖（見圖1）。

圖1 單元知識結構

本單元幫助學生建立的是兩個次位概念：“次位概念1——概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成，細胞分化的本質是基因選擇性表達的結果，生物的性狀主要通過蛋白質表現。”“次位概念2——概述某些基因中堿基序列不變但表型改變的表觀遺傳現象。”進一步幫助學生構建重要概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”，對學生形成“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的核心概念具有重要作用，加深了學生對遺傳本質的理解。

二、單元教學設計思路

本單元教學設計，以“教學評”一體化的教學設計理念為指導，基于課程標準、教材內容、學生學習情況制訂單元學習目標，結合學業質量標準對核心素養的不同水平要求，設計評價任務和評價標準，以單元核心問題的解決為學習方向，采取“情境創設、問題導學、任務驅動”的教學策略，創設真實的問題情境，提出指向高階思維的問題，布置進階性的任務，組織體驗化和探究化的活動，幫助學生建構概念并發展核心素養。

在《基因的表達》單元教學設計中，用大情境“1978年，科學家將人的胰島素基因轉入大腸桿菌中，利用大腸桿菌生產胰島素”貫穿整個單元教學，共解決3個單元核心問題，具體設計方案如下。

單元核心問題1：基因在生物體中是如何表達的？在解決此單元核心問題時，提出“具體課時問題1：胰島素的化學本質是蛋白質。轉入的胰島素基因是如何表達出胰島素的？”設計兩個學習任務，分別為“任務1：概述遺傳信息的轉錄過程”和“任務2：概述遺傳信息的翻譯過程，闡明中心法則的內容”。

單元核心問題2：基因表達與性狀之間有何種關系？在解決此單元核心問題時，提出“具體課時問題2：轉基因大腸桿菌可以表現出產生胰島素的新性狀。基因如何控制生物體的性狀？同一生物體的多種性狀又是如何形成的？”設計的學習任務為“任務3：舉例說明基因對性狀的控制方式，闡明細胞分化是基因選擇性表達的結果”。

單元核心問題3：基因表達在生物體中是如何受到調控的？在解決此單元核心問題時，提出“胰島素基因在大腸桿菌體內不一定表達。基因的表達受哪些因素的調控或影響？”設計的學習任務為“任務4：概述表觀遺傳現象”。

三、單元學習目標

基于對課程標準中的內容要求和學業要求、教材內容以及學情的分析，制定本單元的學習目標如下。

（一）生命觀念

能運用生命的信息觀，闡明細胞中時刻進行著遺傳信息的轉錄和翻譯，舉例說明基因、蛋白質、性狀之間建立的關系實質上是遺傳信息的傳遞、表達和調控；基于地球上幾乎所有的生物共用一套遺傳密碼的事實，運用生物進化觀，認識生物界的統一性，認同生物可能有共同的起源；運用結構與功能觀，解釋RNA作為DNA信使的條件。

（二）科學思維

能基于遺傳密碼破譯的科學史，運用演繹推理的方法分析堿基與氨基酸的對應關系；能基于給定的生物學事實，分析歸納基因控制性狀的兩種方式，分析概括細胞分化是基因選擇性表達的結果，分析闡明表觀遺傳的本質與機理；能基于生物學現象的分析，批判性地認識基因、環境、性狀之間的關系。

（三）科學探究

運用科學探究的基本思路和方法，能基于給定的生物學實驗現象，分析得出RNA作為DNA的信使；基于同卵雙胞胎具有微小差異、高溫培養殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常的果蠅成蟲等現象提出假說。

（四）社會責任

運用表觀遺傳的知識，幫助學生認識吸煙等不良生活習慣的危害，從而養成健康文明的生活方式；運用表觀遺傳知識幫助慢性乙肝患者尋找治療方案，關注身邊的社會議題，并提出解決方案。

四、主要單元教學過程

本單元大致用4個課時解決3個核心問題，下面以核心問題的解決闡明本單元主要的教學過程。

（一）基因在生物體中是如何表達的？（2課時）

課時1：遺傳信息的轉錄

活動1：分析經典實驗得出RNA可以作為DNA的信使。首先，教師提出問題“基因指導蛋白質的合成可采取哪些方式？”指導學生根據已有知識從多角度進行解釋，分析得出最合理的解釋為“存在一種中介將DNA的遺傳信息傳遞給蛋白質”；接著，教師進一步提出“哪種物質最有可能作為中介？為什么？”學生比較DNA和RNA的結構，作出假設“RNA最有可能作為信使”；最后，教師呈現“RNA與蛋白質的合成有關”“RNA可以在細胞核內合成進入細胞質”“RNA的合成以DNA鏈為模板”三個角度的實驗證據，引導學生分析得出RNA可以作為DNA的信使。

活動2：概述遺傳信息的轉錄過程。首先，教師播放遺傳信息轉錄的視頻，提出問題：（1）RNA合成的場所、模板、原料和酶分別是什么？（2）RNA合成的起始是如何決定的？結束又是如何決定的？（3）請給轉錄下一個定義。學生觀看視頻后分析回答上述問題，概述遺傳信息的轉錄過程；隨后，教師引導學生分析比較DNA的復制和轉錄，分析轉錄出的RNA堿基序列與DNA兩條單鏈堿基序列的異同，進一步加深學生對轉錄過程的理解。

課時2：遺傳信息的翻譯及中心法則

活動1：分析堿基與氨基酸之間的對應關系。首先，教師引導學生運用數學方法演繹推理堿基與氨基酸之間的對應關系，并對此問題提出假說；其次，教師呈現課本《生物科學史話——遺傳密碼的破譯》，引導學生分析克里克等科學家破譯遺傳密碼的過程所蘊含的科學思維和科學方法；最后，教師引導學生分析21種氨基酸的密碼子表，找出特殊的密碼子（起始密碼子和終止密碼子），進一步分析密碼子和氨基酸之間的對應關系，歸納密碼子的特點，并闡明密碼子簡并性和普遍性的意義及其蘊含的生命觀念。

活動2：概述遺傳信息的翻譯過程。首先，教師播放遺傳信息翻譯的視頻，提出以下問題：（1）mRNA上的什么信息決定翻譯的起始和終止？（2）核糖體、tRNA是如何協同配合讀取mRNA上的密碼子并合成肽鏈的？（3）將課本圖4-7蛋白質合成示意圖中所形成的氨基酸序列寫出來。（4）翻譯合成的肽鏈是否具有生物學功能？學生觀看視頻后分析回答上述問題；其次，教師提供核糖體、氨基酸、mRNA、tRNA的實物模型，學生以小組為單位模擬翻譯的過程；最后，結合課本多聚核糖體的圖示，教師引導學生分析多聚核糖體對生物體的意義。

活動3：了解中心法則的修正和提出。首先，教師引導學生根據基因表達過程和DNA復制過程寫出遺傳信息的流動方向，并用流程圖的形式表達出來；隨后，教師提供資料“RNA復制酶的發現及作用”和“逆轉錄酶的發現及作用”，引導學生分析資料并對遺傳信息的流向進行補充，體會科學是不斷發展的。

活動4：建立生命的信息觀。結合遺傳信息的流動，教師提出問題：（1）親子代之間傳遞的是物質、能量還是信息？（2）遺傳信息在傳遞的過程中需要哪些條件？（3）你認同生命是物質、能量、信息的統一體嗎？你是怎樣理解的？教師基于上述問題的分析，幫助學生建立生命的信息觀。

（二）基因表達與性狀之間有何種關系？（1課時）

活動1：舉例說明基因控制性狀的兩種方式。首先，教師呈現資料“鐮狀細胞貧血癥和囊性纖維化的癥狀及病因”，讓學生分析兩種病癥的原因，歸納總結基因控制性狀的方式之一是直接控制蛋白質的結構；隨后，教師呈現資料“科學史上關于尿黑酸癥癥狀及病因的研究”和“比德爾和塔特姆提出一個基因一個酶假說的研究”，學生閱讀并分析資料，最終得出基因控制性狀的另一種方式是控制酶的合成控制代謝過程。

活動2：闡明基因選擇性表達與細胞分化的關系。教師呈現資料“雞的輸卵管細胞、紅細胞、胰島細胞的DNA和mRNA檢測結果”，提出以下問題：（1）三種細胞合成的蛋白質種類有什么差別？（2）對比三種細胞的DNA和mRNA存在何種差異？（3）基于以上問題分析，闡明細胞分化的實質。學生通過分析，得出細胞分化是基因選擇性表達的結果。

（三）基因表達是如何受到調控的？（1課時）

活動1：概述表觀遺傳現象。首先，教師呈現同卵雙胞胎具有微小差異的事實，提出問題：基因的不同表達是如何實現的？然后，學生回顧基因、蛋白質、性狀之間的關系以及基因表達的過程，在教師的引導下作出兩種假設：（1）基因的不同表達是因為基因發生了變化；（2）基因的不同表達是在表達過程中發生的。接著，教師呈現課本資料“柳穿魚花的形態結構和小鼠毛色的遺傳”，引導學生思考課本問題，并以圖示的形式表示兩種生物性狀改變的原因；最后，教師引導學生概述表觀遺傳現象，解釋同卵雙胞胎具有微小差異的事實。

活動2：了解表觀遺傳的調控機理。教師分別呈現轉錄水平調控和翻譯水平調控的資料：資料1“胰島素分泌受損與DNA甲基化”、資料2“組蛋白修飾與胰島素表達”、資料3“RNA干擾技術的發現”，引導學生分析資料，總結表觀遺傳的機理（DNA的甲基化、組蛋白修飾、RNA干擾）。

活動3：說出表觀遺傳調控機理對健康生活的啟示。教師提供科學家的調查研究結果：“結果1，祖父輩青春期前大吃大喝，其子孫患糖尿病的概率增加”“結果2，父親少年抽煙，其兒子少年時體重超標的概率就會增加”“結果3，懷孕期間營養過剩會影響后代胰島B細胞的功能。”引導學生說出表觀遺傳的調控機制對健康生活的啟示。

活動4：簡述基因、環境、性狀之間的關系。首先，教師引導學生對課本“高溫培養殘翅果蠅幼蟲得到翅長接近正常果蠅成蟲的現象”提出假說；其次，學生運用課前收集的資料評價“基因決定生物體的性狀”這一觀點；最后，教師引導學生簡述基因、環境、性狀之間的關系。

五、單元評價任務

基于對學習目標達成情況的反饋，本單元設置如下評價任務：（1）用一個真核細胞結構模式圖（以胰島B細胞為例），提供DNA分子平面結構模具（可拆成兩條鏈）、4種脫氧核苷酸若干、4種核糖核苷酸若干、核糖體、氨基酸、mRNA、tRNA的實物模型，模擬遺傳信息轉錄和翻譯過程。（2）用概念圖的形式表示基因、蛋白質、性狀、環境、表觀遺傳之間的關系，并用準確的語言描述所呈現的關系。（3）乙肝病毒（HBV）感染肝細胞后，會將其基因插入人體肝細胞基因組序列中導致慢性感染，抑制HBV基因在肝細胞中的表達是治療慢性肝炎的重要手段。運用表觀遺傳的機理，提出治療慢性乙肝的策略。

六、單元教學反思

單元教學設計聚焦以次位概念為基礎的重要概念的建構，突破了傳統教學以課時為單位傳授零散知識的局限，有利于形成結構化的概念體系，有利于通過多個課時的教學共同達成學科核心素養的培育。本單元教學設計從核心素養的不同維度精準制訂單元學習目標，為檢測目標的達成情況，結合學業質量標準設計評價任務，踐行了“教學評”一致的教學理念。此外，在具體教學過程中，運用“情境創設、問題導學、任務驅動”的教學策略，讓學生對真實情境提出問題、作出假說，分析經典科學實驗得出結論，運用建模、演繹推理等思維方法探討生命規律，針對生活中常見疾病提出治療策略，有力地發展了學生的科學探究和科學思維等生物學學科核心素養。