基于5E教學(xué)模式的“基因突變和基因重組”教學(xué)設(shè)計(jì)

（貴州省凱里市第一中學(xué) 貴州凱里 556000）

5E教學(xué)模式是美國生物學(xué)課程研究（BSCS）開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義教學(xué)理論模式，包括引入、探究、解釋、精致、評價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)。筆者嘗試將5E教學(xué)模式落實(shí)在“基因突變和基因重組”一節(jié)的教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的理解和知識(shí)的建構(gòu)，從而提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教材分析

“基因突變與基因重組”是人教版高中生物學(xué)教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》第五章第一節(jié)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生很多疑問：有些細(xì)胞在生命歷程中會(huì)發(fā)生癌變。同樣，基因在代代相傳的過程中，會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？為什么會(huì)發(fā)生變化？怎樣變化？變化后會(huì)對生物產(chǎn)生怎樣的影響？除基因突變外，還有哪些變異？在學(xué)習(xí)后，學(xué)生就能解決這些疑問了。因此，第五章是前面章節(jié)的邏輯延續(xù)，也是第六章和第七章的重要基礎(chǔ)。本課內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)為基因突變，教材從實(shí)例入手，通過對鐮刀型細(xì)胞貧血癥的分析，引入基因突變的概念，然后詳細(xì)闡述基因突變的原因和特點(diǎn)。由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)很多基因重組的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，因此，本節(jié)課重點(diǎn)放在基因突變上，對基因重組則進(jìn)行舉例歸納講解。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）依據(jù)基因突變的類型，分析和比較基因突變對生物性狀造成的影響。（2）能夠根據(jù)基因突變產(chǎn)生的原因，提出避免基因突變的可行性措施。（3）能夠評價(jià)基因突變在生物進(jìn)化中的作用和意義。（4）能夠利用事實(shí)和數(shù)據(jù)分析有性生殖中子代多樣性的原因，分析基因重組的生物學(xué)意義。（5）依據(jù)基因突變和基因重組的知識(shí)，提出人類遺傳病預(yù)防和治療的途徑。

3 教學(xué)過程

教師按照5E教學(xué)模式的思想和內(nèi)涵，組織和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究、合作學(xué)習(xí)和交流討論，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.1 引入

教師創(chuàng)設(shè)情境，在充分了解學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和學(xué)生已有背景知識(shí)的前提下，利用問題激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)任務(wù)產(chǎn)生興趣，并促進(jìn)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突。

教師創(chuàng)設(shè)情境：一個(gè)世代都開紅花的植物，在一次突然性冰凍后，有一株開了白花。白花性狀產(chǎn)生的原因是什么？科學(xué)工作者將白花植株的一個(gè)枝條扦插和植物組織培養(yǎng)后獲得的植株，將它們栽培到相同且適宜的環(huán)境條件下。若開出的都是紅花，推測該白花植株出現(xiàn)的原因是什么?若開出的都是白花，則該白花植株出現(xiàn)的原因又是什么?白花基因的測序和白花植株進(jìn)行自交實(shí)驗(yàn)——利用PCR技術(shù)和基因測序技術(shù)，將情境中的白花植株和紅花植株的花色基因進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)白花植株的花色基因發(fā)生了堿基對序列的變化?？刂苹ㄉ虻膲A基序列發(fā)生了怎樣變化?教師引導(dǎo)學(xué)生思考、討論相關(guān)問題，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)的情境發(fā)展中。

學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境中，針對教師的問題、情境和現(xiàn)象進(jìn)行思考，聯(lián)系已具有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，暴露出錯(cuò)誤概念，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)出探究欲望，實(shí)現(xiàn)概念的轉(zhuǎn)化。這些是學(xué)習(xí)基因突變概念的重要基礎(chǔ)和前提。

3.2 探究

教師根據(jù)引入環(huán)節(jié)產(chǎn)生的認(rèn)知沖突，提供學(xué)生必需的背景知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，及時(shí)了解學(xué)生探究的進(jìn)程和深度。學(xué)生也要主動(dòng)地針對特定的內(nèi)容，進(jìn)行探究活動(dòng)，觀察現(xiàn)象、建立事物之間的聯(lián)系，概括規(guī)律、識(shí)別變量，這是學(xué)習(xí)基因突變新概念的重要前提。教師引導(dǎo)學(xué)生開展一系列活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

活動(dòng)一：教師展示患鐮刀型細(xì)胞貧血癥病人圖片，與正常的紅細(xì)胞的性狀和功能作對比，引導(dǎo)學(xué)生一步步由宏觀到微觀尋找病因。教師提出問題：假設(shè)你是科學(xué)家，結(jié)合“結(jié)構(gòu)功能觀”，能分析出病因嗎？寫出大致思路流程圖。并提供學(xué)生活動(dòng)的要求和相關(guān)資料。小組合作完成教科書81頁中“思考與討論”的圖解，并利用投影展示闡述學(xué)習(xí)成果。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下總結(jié)病因：由于血紅蛋白基因中堿基對替換導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)改變，從而引起性狀的改變。

活動(dòng)二：教師提供血紅蛋白基因的一段堿基序列，引導(dǎo)學(xué)生思考探討“基因結(jié)構(gòu)的改變是否一定會(huì)造成生物性狀的改變”。學(xué)生分別進(jìn)行替換、增添、缺失任意一個(gè)堿基，根據(jù)中心法則，寫出轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生的多肽鏈，觀察三種情況的變化。教師進(jìn)一步整理歸納基因突變的類型及對蛋白質(zhì)造成的影響。師生共同探討得出“基因突變不一定導(dǎo)致生物性狀的改變”的結(jié)論。

活動(dòng)三：學(xué)生暢所欲言，列舉出生活中有關(guān)基因突變原理的實(shí)例。教師提出問題：“基因如此穩(wěn)定為什么會(huì)發(fā)生突變？”隨后展示三種因素的圖片，促進(jìn)學(xué)生在討論過程中實(shí)現(xiàn)次級概念的形成（描述細(xì)胞在某些化學(xué)物質(zhì)、射線以及病毒的作用下，基因突變概率可能提高，而某些基因突變能導(dǎo)致細(xì)胞分裂失控，甚至發(fā)生癌變）。學(xué)生聯(lián)系生活中基因突變的生物學(xué)事實(shí)，自主學(xué)習(xí)教材83頁，歸納總結(jié)基因突變的特點(diǎn)。接著，教師提出問題，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突：自然條件下基因突變率低，大多數(shù)是有害的，這對生物的進(jìn)化有什么意義？并展示達(dá)爾文研究的加拉帕戈斯群島的地雀及生物進(jìn)化歷程示意圖，提出問題串，以幫助學(xué)生理解和總結(jié)基因突變的意義：①產(chǎn)生新基因的途徑是什么？②生物進(jìn)化的原始材料是什么？③生物變異的根本來源是什么？

學(xué)生獲得概念相關(guān)的客觀事情的感性認(rèn)識(shí)主要來源于生活經(jīng)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)和教學(xué)語言喚起的表現(xiàn)。通過這三個(gè)探究活動(dòng)，學(xué)生對基因突變有了一定的感覺和知覺，進(jìn)入了概念的感性認(rèn)識(shí)階段，是學(xué)生獲得基因突變新概念的基礎(chǔ)。

3.3 解釋

探究完成后，學(xué)生要用自己的語言解釋探究結(jié)果，形成初步解釋。教師引導(dǎo)學(xué)生將在引入、探究環(huán)節(jié)的經(jīng)歷與新的解釋或概念之間建立聯(lián)系，要求學(xué)生表達(dá)的基因突變概念簡潔、清晰和直接，同時(shí)也使基因突變的概念、特點(diǎn)或意義明確化和可理解化。最后，教師采用視頻、多媒體軟件、思維導(dǎo)圖等多種方式，將基因突變的內(nèi)涵、外延、原因、結(jié)果、特點(diǎn)、意義等概念要素進(jìn)行整合（圖1）。

3.4 精致

學(xué)生在獲得新的概念后，需要利用這些概念嘗試解決問題或解釋新現(xiàn)象。因此，教師為學(xué)生提供時(shí)間和空間，要求學(xué)生以小組合作學(xué)習(xí)的形式進(jìn)行討論，制訂解決方案，使學(xué)生通過參與討論而獲取信息，以加強(qiáng)對新概念的理解，最終將新概念內(nèi)化到自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。這個(gè)過程就是新概念不斷精致化的過程，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生對相應(yīng)的概念、過程和方法進(jìn)行歸納總結(jié)，使其從術(shù)語到內(nèi)涵全方位地理解新概念。

教師布置習(xí)題：基因突變是真核生物可遺傳變異的根本來源，請回答下列問題：基因突變既可由顯性基因突變?yōu)殡[性基因（隱性突變），也可由隱性基因突變?yōu)轱@性基因（顯性突變）。若某種自花受粉植物的AA和aa植株分別發(fā)生隱性突變和顯性突變，且在子一代中都得到了基因型為Aa的個(gè)體，則最早在子_____代中能觀察到該顯性突變的性狀；最早在子_____代中能觀察到該隱性突變的性狀；最早在子_____代中能分離得到顯性突變純合體；最早在子_____代中能分離得到隱性突變純合體。

概念是客觀對象的共同屬性和本質(zhì)特征在人腦中的反映，是在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上通過思維加工而形成的。在“精致”環(huán)節(jié)過程主要就是抽象和概括，最終確立概念的內(nèi)涵與外延。通過對這個(gè)環(huán)節(jié)的強(qiáng)化，學(xué)生習(xí)得的概念就較少與其他概念發(fā)生聯(lián)系了。

3.5 評價(jià)

教師需要觀察學(xué)生如何應(yīng)用新的概念和方法來解決問題，并提出開放性的問題來評價(jià)學(xué)生對新概念或方法的理解和應(yīng)用情況。綜合評價(jià)的方式可以采用提問、小組討論、記錄學(xué)生的動(dòng)手操作能力、紙筆評價(jià)、自評和互評相結(jié)合等形式進(jìn)行。

教師展示人類單基因遺傳?。ú⒅?、紅綠色盲、白化病等）的發(fā)病率、患者的生活、家系圖等資料。學(xué)生根據(jù)自己對遺傳物質(zhì)和可遺傳變異的認(rèn)識(shí)，提出人類遺傳病預(yù)防和治療的可行途徑。最后，教師可適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)的生命科學(xué)前沿內(nèi)容，如基因組編輯技術(shù)原理、熒光技術(shù)等，發(fā)展學(xué)生的生命觀念，增強(qiáng)其社會(huì)責(zé)任感。教師引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用概念，讓學(xué)生在新的情境中創(chuàng)造性的解決問題，幫助學(xué)生形成對自己學(xué)習(xí)成果的價(jià)值評價(jià)。

評價(jià)環(huán)節(jié)可以視為概念的活化和結(jié)構(gòu)階段。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)用概念來分析或解決一些生產(chǎn)或生活或自然界中的實(shí)際問題，將新概念納入到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中以形成一個(gè)新的“概念系統(tǒng)”。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課基于5E教學(xué)模式開展教學(xué)，將5個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，始終以學(xué)生為中心。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師發(fā)揮組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，充分利用情境、合作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，最終促進(jìn)學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)生物知識(shí)意義的建構(gòu)，落實(shí)了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。