基于境脈學習的生物學微專題復習教學

摘要：本文以“基因表達的調控”微專題為例，選擇高發病率、高死亡率的胃癌為情境，圍繞胃癌的靶向治療，設計連續、動態的境脈，引導學生在真實的問題解決過程中，形成對知識的整體認識，提升關鍵能力。以期提高生物學復習效率的同時，逐步落實生物學學科核心素養。

關鍵詞：境脈學習；生物學；基因表達的調控

文章編號：1003-7586（2024）05-0009-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出生物學學科核心素養是學生在解決真實情境中的實際問題時，所表現出來的價值觀、必備品格與關鍵能力。境脈（Context）一詞，在英漢詞典中的語義是上下文、語境、文脈，或者指人或事存在于其中的各種有關的情況、來龍去脈、背景、環境等。境脈的概念強調從“境”的多重性、復雜性走向“脈”的承接性和結構性。基于境脈學習的教學設計需要以知識境脈和認知境脈為基礎，構建有意探究、有序互動和有效對話的情境主線。在高三生物學復習中，教師應從學情和考情出發，選取真實、適宜的情境和文本材料，構建知識境脈，使復習課更有趣、更高效。筆者選擇微專題“基因表達的調控”，以“胃癌的靶向治療”為主線，設計連續、動態的境脈，引導學生在真實情境中主動持續地獲取、處理信息，解決不斷涌現的問題，構建知識框架，提升關鍵能力，落實學科素養。本節課教學流程如圖1所示。

1開啟境脈：以本土科學家敘事，激發學習熱情

教師展示胃癌現狀資料，據此提出問題：你知道哪些治療癌癥的方法？引導學生從分析傳統治療方法的局限到提出靶向治療，回顧單克隆抗體相關知識。制備胃癌相關的單克隆抗體，需要找到胃癌發展過程中起到關鍵作用的基因和蛋白質。緊接著，教師呈現我國科學家相關機理的科研成果簡化圖，并布置任務：從基因表達與性狀的關系角度，寫出COL5A1基因影響胃癌細胞轉化、轉移的過程（用文字和箭頭表示）；從調控COL5A1基因表達的角度，提出靶向治療思路。

學生獨立思考后可以從圖中獲取如下信息：COL5A1轉錄出的mRNA結構不穩定，易被降解；NAT10蛋白能夠對COL5A1 mRNA進行乙酰化修飾，從而提高COL5A1 mRNA的穩定性，使COL5A1蛋白表達增多，促進胃癌細胞的轉化和轉移。分析至此，學生可以輕松寫出COL5A1基因影響胃癌細胞轉化、轉移的過程。通過小組合作交流，學生提出可以通過抑制NAT10蛋白的表達或抑制其活性，從而抑制COL5A1 mRNA的乙酰化修飾；可以利用DNA甲基化轉移酶對COL5A1進行甲基化修飾；可以導人單鏈核酸與COL5A1 mRNA堿基互補配對等方式來實現治療。

教師追問：大家提出的治療方法是對COL5A1基因表達中哪一過程的調控？接著點出本節復習課的主題“基因表達的調控”。

設計意圖：以真實情境“胃癌”的靶向治療為切入點，激發學生的學習動機，提高其復習的積極性，同時作為主線式情境貫穿課堂始終。依托科研成果，旨在鍛煉學生識記、理解機理圖，以及運用已學知識解決問題的能力。以我國科學家的研究成果為材料，激發學生的民族自豪感。學生寫出COL5A1基因影響胃癌細胞轉化、轉移的過程，就是復習基因的表達，理解基因表達與性狀的關系等基礎知識，構建知識框架的過程。讓學生從調控COL5A1基因表達的角度提出治療思路，幫助其在理解“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”概念的基礎上形成“信息與調控”的生命觀念，并基于此審視生物學相關事件，解決實際問題。

2縱深境脈：分析經典例題，提升關鍵能力

學生提出的胃癌靶向治療思路，對應基因表達的不同調控方式：轉錄前水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平等。“RNA干擾”及“CRISPR/Cas9基因編輯技術”等技術既可以為實現胃癌的靶向治療提供參照，其機理又是學習基因表達調控方式的好素材。因此，以這些技術機理為背景，教師通過呈現高考真題、命制題目等方式，讓學生進行典例分析，復習基因的結構、基因的表達以及基因工程等知識，提高關鍵能力。下面以RNA干擾為背景的原創試題做詳細闡釋。

如下圖所示，RNA干擾（RNAi）是由小分子RNA介導的一種抑制特殊基因表達的現象，起作用的有miRNA和siRNA。miRNA是由基因組內源DNA編碼產生。siRNA主要來源于外來生物，例如宿主體內的病毒會產生異源雙鏈RNA（dsRNA），dsRNA經過核酸酶Dicer的加工后成為siRNA。

（1）miRNA基因的基本組成單位是_______。完成①過程需要的條件有_______（至少答出兩點），其產物能形成發夾結構（分子內雙螺旋）是由于_______。（2）核酸酶Drosha和Dicer都可以切割RNA分子，催化_______鍵的水解，使前體RNA形成成熟RNA。比較成熟nuRNA和siRNA結構，二者都是_______。（3） miRNA和siRNA在細胞內都可以解鏈成單鏈，其中一條鏈可與一種RNA干擾的特異蛋白復合物結合，形成RNA誘導的沉默復合體（RISC）。過程③miRNA與目標mRNA之間不完全互補，進而導致_______終止，過程④RISC復合體中的siRNA與mRNA之間_______，最終導致mRNA被水解。（4）根據RNA干擾的機理，推測寄生在宿主體內的病毒形成siRNA的意義是_______。

設計意圖：《中國高考評價體系》指出考試應以情境為載體。典例以RNA干擾機制為情境，讓考生在真實的背景下發揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決與生物學有關的實際問題，全面展現學生的學科核心素養水平。RNA干擾機理較為復雜，將其以非選擇題的形式呈現。學生通過圖文分析，掌握RNA干擾的兩種作用機制，一種是抑制mRNA的翻譯，另一種是觸發基因編碼的mRNA的降解，二者都是對基因表達過程中翻譯水平的調控，從而影響蛋白質的合成，實現對生物性狀的控制。題（1）、（2）、（3）按照機理圖的流程呈現，引導學生逐步識圖、分析圖，提升提取信息和解題能力；內容上考查基因的組成、結構以及基因表達的過程和條件，注重基礎性。生物學是研究生命現象和生命活動規律的科學，通過題（4）讓學生認同科學技術的發展源于對生命世界的探索，形成結構與功能觀。學生通過圖文閱讀，結合已有知識理解與分析，強化邏輯思維和生物學術語的科學表達能力。

3拓展境脈：技術遷移運用，培養探究能力

通過上一個教學環節對技術機理的學習思考，教師布置的任務：為了研究RNA干擾降低COL5A1基因表達，抑制胃癌細胞增殖，如何設計實驗？教師點評學生觀點后，緊接著呈現相關實驗的操作和結果：科研人員用三種COL5A1 siRNA，分別與含脂質體的試劑混勻，靜置一段時間后加入培養有胃癌細胞的6孔板，放入恒溫培養箱培養。培養結束后，通過蛋白質電泳等技術檢測COL5A1蛋白表達量和胃癌細胞增殖情況。教師布置任務：科研人員將COL5A1 siRNA和脂質體混勻的目的是什么？實驗中以B-actin（一種細胞骨架蛋白）作為參照標準，排除或校準實驗操作等無關變量對實驗結果的影響，原因是什么？實驗結果說明什么？

設計意圖：在前面的教學環節中，學生從調控基因表達的角度提出了治療思路，并學習了基于不同調控水平的技術機理。教師引導學生學以致用，設計實驗驗證想法，加深對單一變量原則等實驗原則的理解。教師以圖文形式呈現科研人員的實驗操作和結果，學生獨立思考、小組討論后得出，將COL5A1 siRNA和脂賡體混勻，是用脂質體包裹COL5A1 siRNA，保護并把siRNA送入細胞內（通過胞吞進入細胞），而實驗中以p-actin作為參照標準，是因為細胞骨架蛋白在不同細胞中的表達量相對穩定。

實驗結果表明三種siRNA都能有效降低COL5A1在胃癌細胞中的表達，并使胃癌細胞的增殖能力降低，證實了RNA干擾技術在研究胃癌靶向治療中具有一定的作用。以真實的實驗情境為載體，發展學生設計實驗、分析實驗并對實驗結果進行交流和討論的能力，從而培養學生的科學探究素養。

4升華境脈：溯源研究成果，感悟社會責任

教師展示胃癌靶向治療的研究成果：目前已有多種胃癌相關標志物被發現，2021年，我國自主研發的抗HER2（人表皮生長因子受體2）的單克隆抗體已獲國家藥品監督管理局批準并用于治療，但是胃癌的主要治療手段，也是目前能治愈胃癌的唯一方式是手術切除。

教師呈現患胃癌的高風險因素和幽門螺桿菌的傳播途徑，提問：人們如何遠離胃癌？課堂進入尾聲，讓學生結合基因表達調控的不同方式，完善知識框架。

設計意圖：胃癌的靶向治療取得了一定的進展，讓學生認同技術能夠造福人類，但是技術不是萬能的。學生通過分析患胃癌的高風險因素和幽門螺桿菌的傳播途徑，能夠發現養成良好的飲食、生活習慣，具有體檢早篩的意識才是最重要的。教師引導學生關注健康，崇尚健康文明的生活方式；鼓勵學生運用所學的生物學知識向他人宣傳關愛生命的觀念和知識，成為健康中國的促進者和實踐者。最后，學生通過修正與完善知識框架，構建完整的結構化概念體系。

5總結

境脈視角下的教學關鍵是要建立連續情境化的學習活動主線，高三復習需要學生提高綜合能力，應以學生思維活動和科學探究活動為主要的學習活動方式。教學中選擇真實的問題情境，收集、篩選、組織豐富的圖文資料創設子情境，在子情境中布置具體任務，在環環相扣的問題解決過程中推動活動情境的發展。高三復習還需要回歸基礎，擊中典型考點、高頻錯點，采用“微專題”的形式展開復習，具有“因微而準、因微而細、因微而深”等特點，也為復習課堂帶來新的生機，提高學生復習的主動性和效率。

本節課基于胃癌的靶向治療創設境脈，從高校教材、學術期刊、社會熱點等方面獲取素材，含有新穎、豐富的圖文，以分析經典例題、小組合作學習等形式組織教學，引導學生在生命科學史的子情境中解決問題，充分調動學生思維的活躍性，提升信息獲取、理解和處理的能力和解題能力。教學內容打破教材章節壁壘，提高復習的針對性和有效性，也有助于建立生物學知識的橫向聯系。教學過程中注重健康文明的生活方式和STS教育的滲透，有效促進了學生學科核心素養的培養。