基于小組合作式的教學設(shè)計與應(yīng)用

劉文娟 王淼 張要軍

[摘 要] 為了使小組各成員各司其職，將小組成員進行詳細的劃分，增強學生間的溝通合作能力。根據(jù)新課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量標準，并圍繞培養(yǎng)學生生物核心素養(yǎng)，對“基因表達與性狀的關(guān)系”一節(jié)進行教學設(shè)計，以期學生能夠達成知識學習和小組合作的共同發(fā)展，使學生獲得解決實際問題的探究能力和必備的思維品質(zhì)。同時，表觀遺傳屬于新課程標準中的內(nèi)容知識，能夠為高中生物教學提供一定的參考和應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞] 小組合作;教學設(shè)計;表觀遺傳

[基金項目] 2019年度河南大學本科教學改革研究與實踐項目“線上線下混合式‘金課’的探索與實踐——以生物科學明德班‘生態(tài)學’為例”（HDXJJG2019-101）;2019年度河南省高等學校青年骨干教師培養(yǎng)計劃“一流學科建設(shè)背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”（2019GGJS039）

[作者簡介] 劉文娟（1995—），女，河南睢縣人，河南大學生命科學學院2020級學科教學生物專業(yè)碩士研究生，研究方向為中學生物教學;張要軍（1987—），男，河南葉縣人，博士，河南大學生命科學學院教務(wù)辦公室主任，副教授（通信作者），主要從事生物學教學與研究。

[中圖分類號] G632.0 ? [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）14-0137-04 [收稿日期] 2021-08-02

一、教材分析

“基因表達與性狀的關(guān)系”選自人教版高中生物學必修二第4章第2節(jié)（2019版），本節(jié)內(nèi)容相較于2004版在內(nèi)容上做出了相應(yīng)的改動，將中心法則移到上一課時“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”，擴展了細胞分化的相關(guān)知識，增加了表觀遺傳的知識點。此節(jié)內(nèi)容承接了上一課時基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成和必修一細胞的分化的實質(zhì)——基因的選擇性表達。同時，表觀遺傳也是對遺傳學相關(guān)知識的補充，也為后面學習拉馬克的用進廢退和達爾文的自然選擇學說奠定了一定的知識基礎(chǔ)。

本節(jié)知識的難點是基因控制生物體性狀的機制。學生對日常生活中可以見到的性狀現(xiàn)象比較熟悉，比如書中的豌豆皺粒和白化病現(xiàn)象，只是不知道背后的機理。此外，學生的知識遷移能力和思維能力都還有待提高，雖然教材中的例子，學生在日常生活中接觸過，但對事物的觀察通常都是靜止狀態(tài)的，從而很難把現(xiàn)象與背后的原因，機制聯(lián)系起來。此時，可以借助多媒體技術(shù)設(shè)置問題情境，指引學生將觀察到的宏觀現(xiàn)象與生命系統(tǒng)的微觀變化聯(lián)系起來思考，完成知識的自主建構(gòu)，進而使學生獲得解決實際問題的探究能力和必備的思維品質(zhì)。

二、教學目標

根據(jù)新課程標準的內(nèi)容要求、學業(yè)要求和學業(yè)質(zhì)量標準，并圍繞培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)，制訂如下教學目標。

1.結(jié)合皺粒豌豆、白化病和囊性纖維化產(chǎn)生原因，闡述基因控制生物性狀的機理。

2.通過分析不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果，回顧并進一步理解細胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達;結(jié)合柳穿魚花的形態(tài)結(jié)構(gòu)和小鼠的毛色的遺傳，概述某些基因序列不變，但表型改變的表觀遺傳現(xiàn)象;通過小組合作交流與展示，形成自主學習和合作學習的能力。

3.通過學習性狀的表達不僅與基因有關(guān)系，還受到環(huán)境的影響，樹立起健康文明的生活方式意識。

三、教學過程

課前分組：將班級劃分成若干個小組，每個小組6個人左右（人數(shù)少，不利于討論，人數(shù)多，不好管理），每個小組選出小組長（負責組織和管理小組的紀律，學習人員的安排），監(jiān)督員（輔助組長），記錄員（1～2名），發(fā)言人（2～3名）。

（一）利用生活實際問題，激起學生的求知欲

向?qū)W生展示蒜苗和蒜黃的圖片，提出問題：蒜苗和蒜黃都是由大蒜種出來的，其基因是否一樣？為什么有兩種不同的形狀？劃分小組，讓學生討論。學生討論后，讓小組發(fā)言人回答組內(nèi)討論得出的答案，回答不充分的或者其他小組有別的想法，在教師指導(dǎo)下，讓其他小組發(fā)言進行補充。引入要講的主題：生物的性狀是由基因控制的，但是基因和性狀卻不是一一對應(yīng)的關(guān)系，環(huán)境也可以影響生物的性狀。

設(shè)計意圖：通過生活中常吃的蒜苗，蒜黃，引起學生的興趣，根據(jù)問題的答案，對曾經(jīng)學過的知識進行簡單的回顧復(fù)習，便于開展新課：小組的討論活動不僅體現(xiàn)了學生是課堂的主體，還能夠鍛煉學生的分析問題和語言表達能力。

（二）利用思維導(dǎo)圖，展開新課講授

1.基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系。利用學生很熟悉的豌豆，通過講解圓粒豌豆和皺粒豌豆的形成過程，得出基因可以通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物的性狀。給學生2分鐘的時間進行討論，各小組根據(jù)課本第71頁圖4～9皺粒豌豆的形成機制（圖1）。

運用類比推理法以思維導(dǎo)圖的形式寫出白化病的形成機制（圖2），并讓小組記錄員在黑板上展示出來。

隨后播放囊性纖維化患者的病狀以及形成原因的視頻，再利用圖3一步步講解囊性纖維化患者的形成機制。

向?qū)W生提問從中得到什么啟發(fā)？學生得出：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。

設(shè)計意圖：利用思維導(dǎo)圖的形式使學生能夠清晰直觀的了解基因表達產(chǎn)物與性狀的關(guān)系;通過讓學生討論寫出白化病的發(fā)病機制，可以增強小組的合作學習能力，提升推理論證能力，與此同時，檢測學生對知識的理解程度;通過講解囊性纖維化病的患病機制，不僅講述新知識基因控制生物性狀的直接過程——蛋白質(zhì)的合成，還會使學生意識到生命的可貴。

2.基因的選擇性表達與細胞分化。根據(jù)“思考·討論”模塊，帶領(lǐng)學生分析圖表“不同類型細胞中DNA和mRNA的檢測結(jié)果”，讓小組討論該模塊下的問題1和問題2。學生討論結(jié)束后，讓小組發(fā)言人回答本組的討論結(jié)果，其他小組可以質(zhì)疑并發(fā)表自己組的意見，之后師生共同分析得出結(jié)論：在含有相同基因的不同種細胞中，有些基因表達，有些不表達，這是基因選擇性表達的結(jié)果。在不同類型的細胞中，表達的基因大致可以分為兩類：一類是在所有細胞中都表達的基因，指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)是維持細胞基本生命活動所必需的;另一類是只在某類細胞中特異性表達的基因。細胞分化的本質(zhì)就是基因的選擇性表達[1]。

設(shè)計意圖：本小節(jié)知識點是在必修一第6章第2節(jié)延伸出來的內(nèi)容，學生在原有的知識上，利用課本資料，以及小組討論習得本節(jié)的知識點是不難的，教師稍加引導(dǎo)即可。通過對雞的三種細胞里的DNA和mRNA的分析，得出細胞分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，使學生基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括的方法闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律。

3.表觀遺傳。（1）讓各小組閱讀資料一和資料二，之后利用圖例講解什么是DNA甲基化，之后隨機讓小組長和副組長在黑板上畫出類似圖4和圖5遺傳圖譜。根據(jù)上述兩個實例分析得出：DNA的甲基化將會抑制該基因的表達，從而影響生物的性狀;DNA的甲基化是可以遺傳給下一代的[2]。（2）講解表觀遺傳的概念：生物體基因的堿基序列保持不變，但基因表達和表型發(fā)生可遺傳變化的現(xiàn)象[3]。

各小組閱讀資料一和資料二，畫出柳穿魚花和小鼠的遺傳色譜圖后，討論得出答案：一是柳穿魚和小鼠性狀的改變是由于體內(nèi)相應(yīng)基因的甲基化;二是Lcyc基因甲基化程度低，表現(xiàn)出來的性狀與植株A越相似，甲基化程度越高，與植株B越相似。

設(shè)計意圖：此部分內(nèi)容與傳統(tǒng)經(jīng)典遺傳學相呼應(yīng)，解釋了經(jīng)典遺傳學所不能解釋的現(xiàn)象，這一過程使學生尊重事實和證據(jù)，運用科學的思維方法認識事物;講述生活中有關(guān)表觀遺傳的現(xiàn)象，可以使學生意識到，知識來源于生活。

（三）進行思維訓(xùn)練，鞏固新知

教師利用課堂所用的圖表，快速帶領(lǐng)學生回顧所學知識并進行總結(jié)，之后向?qū)W生集體提出具有批判性思維的問題：基因決定生物的性狀，這一觀點是否正確？此問題在學習過前面大量知識后，學生比較容易作答：基因與性狀并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個性狀可以受到多個基因的調(diào)控;一個基因也可以影響多個性狀;基因決定生物的性狀，環(huán)境影響生物的性狀。針對學生的回答教師給出合理的解釋：基因決定生物的性狀是正確的，但是性狀的表現(xiàn)是由基因和環(huán)境共同控制的[4]。

設(shè)計意圖：簡單的問題，集體直接回答，復(fù)雜的問題，小組討論作答，使學生的知識概念由淺到深，由表及里的獲得;通過提問和思維訓(xùn)練模塊的練習，鍛煉學生的批判性思維和科學思維，培養(yǎng)學生的科學探究能力，同時學會運用所學的知識。

（四）與社會聯(lián)系，增強核心素養(yǎng)下的生命觀念

各小組課下自行查閱“與社會的聯(lián)系”模塊中的相關(guān)知識，并制作成以下案例的方式，以紙質(zhì)作業(yè)交上來，第二次上課時或者課下教師進行點評。

課外案例：組蛋白的甲基化如何調(diào)控烏龜?shù)男詣e。

烏龜?shù)男詣e決定方式與人不一樣，人是受精卵形成的那一刻起，就決定了性別，但是烏龜?shù)男詣e與溫度相關(guān)聯(lián)，烏龜?shù)牡霸?6℃孵化時，會全部發(fā)育成雄性，在32℃孵化時，會全部發(fā)育成雌性，從表象上看由于溫度決定的性別，其實是組蛋白的甲基化造成的。

決定機理：如圖6所示，溫度影響了K蛋白的量進而影響了組蛋白甲基化的量，從而激活或抑制了控制性腺的D基因，26℃時，組蛋白的表達被抑制，使得D基因啟動子區(qū)域的組蛋白維持較高水平的甲基化，從而抑制了D基因的表達，未分化的性腺向卵巢分化發(fā)育成雌性個體，而在32℃時，K蛋白表達上調(diào)，將D基因啟動子區(qū)的組蛋白去甲基化，激活D基因的表達，而D基因的表達產(chǎn)物促進性腺向精巢分化，從而發(fā)育成雌性個體。

小組學生可以分工合作，因為選題已經(jīng)確定——吸煙引起的表觀遺傳。兩個學生查閱吸煙引起的表觀遺傳變化是哪方面的，兩個學生查閱相關(guān)變化的機理，兩個學生畫出相關(guān)的表觀遺傳的機制圖，最后小組匯報時，總結(jié)吸煙的危害。

設(shè)計意圖：學生自己查詢關(guān)于吸煙危害的表觀遺傳知識，可以加深對表觀遺傳相關(guān)知識的理解，還可以借此機會向親戚朋友宣傳吸煙的危害，不僅影響自己的健康，很有可能遺傳給下一代，使人們熟知擁有健康的文明的生活方式的重要性，提升了小組的合作能力，增強同學間的友誼。

四、教學反思

通過合理的教學設(shè)計，發(fā)揮小組各成員的積極性和主觀能動性，能夠打破傳統(tǒng)的小組合作方式，每次組織活動都是小組長或者組內(nèi)核心人員發(fā)言，不利于小組所有同學的全面發(fā)展，將小組成員進行詳細的劃分，使每位同學都能各司其職，都有工作可干，才能使學生意識到“一個人走得快，一群人走得遠”團結(jié)理念。新教材目前還未進行全國應(yīng)用，只在部分省區(qū)開展，所以可參考的教學資料有限，表觀遺傳屬于新加入的內(nèi)容知識，許多教師不熟悉，這就需要教師在講解之前多查閱資料，增加理論知識。

參考文獻

[1]賀竹梅.遺傳學教材的先進性體現(xiàn)[C]//廣東省遺傳學會第九屆代表大會暨學術(shù)研討會論文及摘要匯編，2014：281-282.

[2]孫會.基于差異教學的小組合作學習教學設(shè)計研究[J].市場周刊（理論研究），2014，4（10）：125-126.

[3]朱凱.小組合作學習《基因?qū)π誀畹目刂啤方虒W設(shè)計[J].考試周刊，2014，4（49）：143.

[4]石翠娟，王樂，張克讓，等.EHD3和FREM3基因間相互作用與重性抑郁障礙的關(guān)聯(lián)分析[C]//中國的遺傳學研究：遺傳學進步推動中國西部經(jīng)濟與社會發(fā)展.2011年中國遺傳學會大會論文摘要匯編，2011：193.

Teaching Design and Application Based on Group Cooperation： Taking the Section of “The Relationship Between Gene Expression and Trait” as an Example

LIU Wen-juan， WANG Miao， ZHANG Yao-jun

（School of Life Sciences， Henan University， Kaifeng， Henan 475004， China）

Abstract： In order to make each member of the group perform their own duties and have work to do， the group members are divided in detail to enhance the communication and cooperation ability of students. According to the content requirements， the academic requirements， and the academic quality standards of the new curriculum standards， and in order to cultivate students’ biological core literacy， the teaching design of the section of “the relationship between gene expression and traits” is carried out， so as to achieve the development both in knowledge learning and group cooperation， and enable students to obtain the inquiry ability and necessary thinking quality to solve practical problems. At the same time， epigenetics is a part of the content of the new curriculum standards， which can provide some reference for senior high school biology teaching.

Key words： group cooperation; teaching design; epigenetics