高中生物學一輪復習教學組織與實施
——以“基因重組”一節為例

清華大學附屬中學 吳丹丹

高三生物學的教學主要有三種課型：復習課、習題課和試卷講評課。作為系統化的復習形式，一輪復習課承載著幫助學生在查漏補缺中梳理體系，在建立知識結構后遷移運用，在面對真實問題情境時科學判斷等能力提升的價值。如何在高三一輪復習課中注入新的活力，如何發展學生演繹推理等科學思維，提升學生運用生物學原理解決真實問題的能力呢？選擇恰當的素材并科學組織實施可能是一種途徑，下面以“基因重組”一節為例介紹高三一輪復習課的教學組織，特別是如何選擇素材、創設情境并組織教學。

一、借助于圖形等結構化知識奠定復習的基礎

本節內容對應《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中的“概念3遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下的“3.3由基因突變、染色體變異和基因重組引起的變異是可以遺傳的”，相應的次位概念是“3.3.4闡明進行有性生殖的生物在減數分裂過程中，染色體所發生的自由組合和交叉互換，會導致控制不同性狀的基因重組，從而使子代出現變異”。知識結構化能促進學生深度理解知識，便于知識的儲存、提取和應用，所以一輪復習時應打破章節甚至是模塊間的壁壘，建立知識體系，將知識在概念體系中的位置以及與其他知識的聯系直觀表示出來。比如，在本節教學中，首先確定基因重組在生物學知識結構中的位置，如圖1（a）所示；另外，在《選擇性必修3》中的“基因工程”所利用的原理也是基因重組，應在本節復習時一并整理，基因重組的類型和適用生物類型如圖1（b）所示。

基因重組與基因突變、染色體變異都屬于生物體變異中的可遺傳變異，基因重組和基因突變二者不僅是并列關系，基因重組實現了對非等位基因的重新組合，從而產生多種多樣的基因型和表現型，但從根本上來說，只有基因突變才會產生新的基因，才有可能產生進化的最初的原材料。所以一輪復習時，更要對二者在進化中的關系和意義進行梳理，如圖2所示。

圖1

圖2 基因突變、基因重組和進化的關系示意圖

細胞水平的圖像辨別也是“基因重組”與“染色體變異”的易混淆點：為什么同源染色體的非姐妹染色單體的交叉互換的現象屬于基因重組，非同源染色體之間片段交換則屬于染色體結構變異呢？教學中可通過出示圖3并結合染色體結構變異的定義分析：染色體結構變異引起染色體上基因的種類、數目和排序發生改變。如圖3（a）中兩條染色體上基因的種類、數目和排序在交換前后未發生改變，圖3（b）則發生了改變。

二、來源于真實研究的情境有助于能力的提升

圖3 基因重組和染色體變異的細胞水平的差異

理解知識的最好方式是在問題情境中運用知識。高三復習課易走進習題重復訓練的誤區，但不論是面向學生終身學習，還是從高考選拔性考試的習題角度出發，都不乏真實研究情境對知識的應用。在組織“基因重組”這一節的教學時，筆者首先分析“基因重組”的應用領域：雜交育種和基因工程育種，再尋找在糧食等農作物或養殖業中有無適合的研究成果。設計教學時可在“中國知網”中用“基因工程”“水稻”“雜交”等關鍵詞進行搜索，筆者通過搜索發現一篇2018年馬作斌團隊獲得抗稻瘟病轉基因水稻的論文，研究中使用抗稻瘟病基因作為目的基因；進一步查閱資料發現，日本在20世紀中期已發現了多種抗稻瘟病基因，教學中可用這個研究成果考查學生是否掌握了轉基因技術的操作步驟和技術；論文最后提到該轉基因水稻品種的單一抗性幾年后消失，這也是一個從“進化與適應”的角度設問的契機?？沟疚敛〉膯我豢剐院芸煜Ш?，是否有其他辦法呢？該團隊在2020年最新的論文中使用雜交育種的方式將兩種抗稻瘟病基因重組到一個品種中，并且分子、器官和個體水平都有具體的實驗圖像和數據，這些素材是非常好的學生活動素材，可以提升學生歸納、比較、概括等思維能力，并基于結果得出實驗結論的實驗探究能力和表達能力，最終該水稻品種經過有關部門的認定已經投入種植并命名為“鐵粳16”。

基于以上搜索、梳理和篩選，本節課的教學情境就逐漸形成：稻瘟病對我國水稻產量的影響→抗稻瘟病基因的發現→獲得抗稻瘟病品種（基因工程育種）→單一抗性迅速消失的困境→獲得含兩種抗性品種（雜交育種）→鑒定、篩選和推廣。具體教學環節、內容概要和教學意圖如圖4所示。

有了鮮活的素材，還需要結合生物學核心素養和高考考查能力進行教學設計。在獲得單一抗稻瘟病品種的情境中，設計“結合基因重組的原理，你將如何培育出抗稻瘟品種水稻？請說出操作流程”的問題，考查學生對基因工程的學習效果以及語言表達能力。在獲得該抗稻瘟病品種后，出示我國科學家獲得的抗病品種的實驗結果圖，設計“圖4中A表示植株生長情況，圖4中B是二者的Pita基因的表達量，圖4中C表示用混合稻瘟病菌菌種接種后，葉片的感病情況。請根據該實驗結果進行推理并得出結論”的問題，考查學生類比、歸納、推理的能力，以及依據結果得出準確結論的科學探究能力。在該單一抗病品種抗性消失后，設計“遼寧本地現有抗稻瘟病水稻品種攜帶Pib（另一種抗稻瘟病基因）的遼粳9234（簡稱LG9234），攜帶Pita的鐵粳7號（簡稱TG7）。請你結合剛剛復習的基因重組的原理，培育出同時攜帶抗稻瘟病基因Pita和Pib的水稻品種。請說出你的實驗思路和預期結果”的問題，考查學生依據已知原理設計實驗方案并正確預期實驗結果的高階科學思維。

圖4 “基因重組”一節的教學情境和意圖設計

基于真實的科學研究情境的教學，是一種回歸本真的科學教育，是培養學生形成科學精神、關注科學技術和方法、形成科學概念的良好途徑之一。本節課教學后，學生被我國科學家的科研精神所感動，當看到每一品種的抗性水稻在鑒定時都需要分子（電泳技術）、器官（菌株侵染）和個體水平等數據支撐時，他們也深感所學的生物學技術應用廣泛；最后在得知“鐵粳16”進入市場后，他們慨嘆粒粒皆辛苦。在“全方位、全過程、全員”德育的大背景下，課堂不僅是傳授知識的主陣地，還是德育的主陣地。