基于核心素養(yǎng)的“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”(第一課時(shí))的教學(xué)設(shè)計(jì)

樊熒熒

摘要：在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”（第一課時(shí)）中，通過創(chuàng)設(shè)故事情境、觀看轉(zhuǎn)錄翻譯視頻、利用自制物理模型模擬“翻譯”過程等環(huán)節(jié)將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)到課堂教學(xué)中。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);轉(zhuǎn)錄翻譯;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1教材分析

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是人教版高中生物學(xué)教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》模塊第四章第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)主要聚焦的問題是“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄”和“遺傳信息的翻譯”兩個(gè)相互聯(lián)系的過程，因?yàn)樵撨^程發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，比較微觀和抽象，而且這兩大過程中涉及較多新的概念，如mRNA、tRNA、rRNA、密碼子、反密碼子等，并且還涉及DNA上堿基和mRNA上堿基數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系以及mRNA上堿基和氨基酸的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系等，因此教學(xué)存在一定難度?；趯W(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)以及新課標(biāo)要求，筆者將所有內(nèi)容揉碎后重新整合，并對(duì)部分內(nèi)容合理取舍，圍繞重要概念組織教學(xué)，淡化了細(xì)枝末節(jié)內(nèi)容的講解，為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)留出更多時(shí)間，幫助學(xué)生通過對(duì)重要概念的深度學(xué)習(xí)，建構(gòu)一定的學(xué)科知識(shí)以及形成學(xué)科核心素養(yǎng)。

2教學(xué)目標(biāo)

（1）通過學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)mRNA和tRNA的結(jié)構(gòu)和功能，從而形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。通過Flash動(dòng)畫的觀察，認(rèn)識(shí)生命的運(yùn)動(dòng)性、連續(xù)性以及復(fù)雜性，形成科學(xué)的生命觀念。

（2）通過情境故事、自主學(xué)習(xí)、資料分析、思維導(dǎo)圖，逐步構(gòu)建“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”的概念和具體過程，提高類比推理、提取信息、分析資料、歸納概括等學(xué)習(xí)能力以及全局性、策略性的科學(xué)思維能力。

（3）通過構(gòu)建“翻譯”過程的物理模型，提高科學(xué)思維能力;在構(gòu)建過程中，嘗試通過試錯(cuò)，提高自我總結(jié)、自我反思的能力;在構(gòu)建過程中，通過小組合作的學(xué)習(xí)方式，提高合作學(xué)習(xí)能力和表達(dá)交流能力。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)故事情境，搭建主線

筆者先呈現(xiàn)一段自制的短視頻：“某外國老板，這個(gè)老板有某種產(chǎn)品的生產(chǎn)思想。該老板由于語言不通不能到車間去親自指導(dǎo)生產(chǎn)，于是他用英語把自己的想法告訴了秘書，秘書就帶著老板的設(shè)計(jì)思想從辦公室的門出來，到生產(chǎn)車間指導(dǎo)生產(chǎn)。秘書根據(jù)老板的設(shè)計(jì)思想，用漢語指揮叉車工把相應(yīng)的原料運(yùn)輸?shù)教囟ǖ奈恢?，組裝成了一個(gè)大型的產(chǎn)品。最后得到的產(chǎn)品完全是按照老板的思想生產(chǎn)出來的，老板表示很滿意?！比缓笳?qǐng)學(xué)生閱讀教材P62-67，思考下列情境問題，小組討論后總結(jié)歸納：①在這個(gè)故事中“老板”“生產(chǎn)思想”“秘書”“叉車工”“產(chǎn)品”分別指什么？②“辦公室“辦公室的門”“生產(chǎn)車間”分別指的是哪個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)？③“老板把設(shè)計(jì)思想告訴給秘書，秘書到車間指導(dǎo)生產(chǎn)”分別指基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成中的哪個(gè)重要過程？通過類比推理，學(xué)生能輕易找到情境故事和新課教材內(nèi)容的聯(lián)系并且積極發(fā)言回答上述3個(gè)問題。

設(shè)計(jì)意圖：在導(dǎo)入環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了一個(gè)有針對(duì)性的情境故事，吸引學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與性，同時(shí)設(shè)計(jì)了3個(gè)與教材內(nèi)容相聯(lián)系的情境問題，通過自主閱讀、小組討論、總結(jié)歸納，初步構(gòu)建出“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”的主體過程，并且使初步了解相關(guān)概念如遺傳信息、mRNA、密碼子、tRNA等，為后面繼續(xù)深入理解內(nèi)化知識(shí)作好鋪墊。在此過程中，學(xué)生的類比推理、歸納總結(jié)能力得以提升。

3.2觀看Flash動(dòng)畫，借助思維導(dǎo)圖構(gòu)建“轉(zhuǎn)錄”概念

教師先播放“轉(zhuǎn)錄”的Flash動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生在觀看視頻的過程中關(guān)注細(xì)節(jié)，思考轉(zhuǎn)錄的場(chǎng)所、轉(zhuǎn)錄的模板、轉(zhuǎn)錄所需的酶、轉(zhuǎn)錄的原料、轉(zhuǎn)錄過程中的堿基配對(duì)方式、轉(zhuǎn)錄的特點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物等。接著，請(qǐng)學(xué)生畫出“轉(zhuǎn)錄”的思維導(dǎo)圖，理清轉(zhuǎn)錄相關(guān)細(xì)節(jié)問題，從而自主構(gòu)建出“轉(zhuǎn)錄”的概念。

設(shè)計(jì)意圖：在之前情境故事的基礎(chǔ)上，教師利用視頻，讓學(xué)生對(duì)于轉(zhuǎn)錄這個(gè)動(dòng)態(tài)的過程有更直觀的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注細(xì)節(jié)，提取視頻信息，并借助思維導(dǎo)圖將零散的知識(shí)變成有組織且容易記憶的圖，最后自主構(gòu)建概念。在此過程中，學(xué)生的觀察力、歸納概括能力和科學(xué)思維能力得以提升。

3.3分析科學(xué)史料，動(dòng)靜結(jié)合，構(gòu)建“翻譯”概念。

教師逐步呈現(xiàn)下述科學(xué)史資料：

事實(shí)1：mRNA只有4種堿基，但組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種。

資料1：1954年，物理學(xué)家伽莫夫的數(shù)學(xué)推理：如果1個(gè)堿基決定1個(gè)氨基酸，4種堿基只能決定4種氨基酸。如果2個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，最多能編碼16種氨基酸。如果3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，足以組合出構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸。

資料2：1961年，克里克以T4噬菌體為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：在一段信使RNA中間插入1個(gè)或2個(gè)堿基——不能產(chǎn)生正常蛋白質(zhì);在一段信使RNA中間插入3個(gè)堿基——能產(chǎn)生正常蛋白質(zhì)，但多了一個(gè)氨基酸。

教師根據(jù)3則資料，提出問題，逐步突破“翻譯”的教學(xué)難點(diǎn)：

①mRNA上堿基序列與氨基酸之間是如何對(duì)應(yīng)的？

②根據(jù)教材的P65表4-1可知，密碼子共多少種？能編碼氨基酸的密碼子幾種？

③tRNA如何準(zhǔn)確轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸至指定位置？結(jié)合②思考，tRNA共有幾種？

基于上述問題的分析，教師再次播放“翻譯”的Flash動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生在觀看視頻的過程中關(guān)注mRNA在細(xì)胞核中合成好后如何出細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)、翻譯的場(chǎng)所、翻譯的模板、翻譯的原料、翻譯所需的搬運(yùn)工具、翻譯過程中的堿基配對(duì)原則以及翻譯的產(chǎn)物等細(xì)節(jié)問題，最后再請(qǐng)學(xué)生畫出“翻譯”的思維導(dǎo)圖，并自主構(gòu)建出“翻譯”的概念。

設(shè)計(jì)意圖：通過資料1的學(xué)習(xí)，學(xué)生能自主分析得出mRNA的堿基序列和氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而更深刻地理解密碼子的概念和作用。通過資料2的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)（圖1）和作用有了深刻的認(rèn)識(shí)。教師利用動(dòng)畫活化靜態(tài)知識(shí)，讓學(xué)生對(duì)于“翻譯”這個(gè)動(dòng)態(tài)的連續(xù)過程有更直觀的認(rèn)識(shí)。最后，借助思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生更好地自制建構(gòu)體系。在此過程中，學(xué)生的資料分析能力、問題剖析能力、觀察力以及和科學(xué)思維能力得以提升。

3.4利用物理模型模擬“翻譯”過程

在己知上述理論知識(shí)的前提下，教師設(shè)置了一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作問題：“若現(xiàn)有一條mRNA，堿基序列為GAAUGGAAUUGCUCUAAGC，以此mRNA為模板進(jìn)行翻譯，請(qǐng)利用所給材料模擬此過程獲得最終產(chǎn)物?！敝螅瑢W(xué)生小組合作（2人為一小組），利用提供的白板、mRNA、核糖體、tRNA、氨基酸、膠帶（代表肽鍵）（詳見圖2），模擬“翻譯”動(dòng)態(tài)過程，獲得最終產(chǎn)物。之后請(qǐng)一組順利翻譯合成“甲硫氨酸一谷氨酸一亮氨酸一亮氨酸”這個(gè)四肽的小組學(xué)生上黑板扮演小老師，展示模擬過程并講解每一步驟，幫助其他同學(xué)糾正錯(cuò)誤。最后，鼓勵(lì)學(xué)生從這次動(dòng)手實(shí)踐中悟出點(diǎn)出真知，產(chǎn)生點(diǎn)心得并進(jìn)行分享。

設(shè)計(jì)意圖：利用自制的物理模型小組合作，模擬“翻譯”過程，將抽象而微觀的生命過程外顯化、具體化、形象化、直觀化，加深學(xué)生對(duì)“翻譯”過程的理解，讓學(xué)生在動(dòng)手中主動(dòng)學(xué)習(xí)，并將其內(nèi)化為自己的知識(shí)。在構(gòu)建過程中，學(xué)生提高了科學(xué)思維能力、合作學(xué)習(xí)能力和表達(dá)交流能力。另外，在實(shí)際操作中，學(xué)生難免會(huì)暴露出問題，比如沒有考慮到翻譯的起點(diǎn)是起始密碼子，翻譯的終點(diǎn)是終止密碼子而最后合成了“谷氨酸-色氨酸-天冬酰胺-半胱氨酸-絲氨酸-賴氨酸”這個(gè)六肽，因?yàn)檫@些“意外”問題，學(xué)生有了自我反思自我總結(jié)的機(jī)會(huì)，從而不斷提高自己的科學(xué)思維。另外，由于教師設(shè)計(jì)的mRNA堿基序列中的第三個(gè)密碼子“UUG”和第四個(gè)密碼子“CUC”都是決定亮氨酸的。所以，在動(dòng)手實(shí)踐之后的總結(jié)心得過程中，學(xué)生可以輕易地總結(jié)出“一種氨基酸可以由一或多種密碼子決定”以及“一種氨基酸可以由一或多種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)”這兩個(gè)結(jié)論，這比傳統(tǒng)教學(xué)中直接告訴他們結(jié)論，更能提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.5完善概念圖，以詩結(jié)課

在學(xué)習(xí)完“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”兩大過程后，教師提問：在基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程中有幾種RNA參與其中？學(xué)生回答出“mRNA”和“tRNA”后，教師補(bǔ)充介紹第三種RNA“核糖體rRNA”，并引導(dǎo)學(xué)生反過來思考：為什么mRNA能充當(dāng)信使？、為什么tRNA能充當(dāng)搬運(yùn)工具？這樣從而使學(xué)生強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)。最后，請(qǐng)學(xué)生完善本節(jié)課的概念圖，同時(shí)教師以三行情詩“愿做一條RNA，即使是單鏈，卻能擁有U”來結(jié)課。

設(shè)計(jì)意圖：在完成主干概念之后再補(bǔ)充側(cè)枝，進(jìn)而完善概念圖，比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并在此過程中滲透了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一生命觀念中的“結(jié)構(gòu)與功能觀”。最后，教師以詩結(jié)課，引起學(xué)生情感共鳴，加深本節(jié)課在他們腦海中的印象。

4教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)對(duì)原有教材進(jìn)行了刪減和重新整合，聚集“遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”這個(gè)主線，主要采取故事情境教學(xué)法、觀看視頻構(gòu)建概念法、資料分析提取信息法、物理模型構(gòu)建法等主要教學(xué)方法開展教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的類比推理、歸納總結(jié)、資料分析、模型構(gòu)建等能力，提升了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。