基于新型冠狀病毒的中心法則教學(xué)設(shè)計(jì)

黃碧華

摘要：中心法則包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、逆轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制等內(nèi)容，是高中生物學(xué)教學(xué)的重要組成.該教學(xué)設(shè)計(jì)通過新型冠狀病毒侵染增殖、檢測(cè)、治療、預(yù)防等方面的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維、尋找規(guī)律，更深刻地理解中心法則的內(nèi)容.

關(guān)鍵詞：新型冠狀病毒;中心法則;教學(xué)設(shè)計(jì);高中生物

中圖分類號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2022）18-0143-03

1 教學(xué)內(nèi)容分析

中心法則是高中生物學(xué)教科書中的重要核心概念之一.人教版舊教材《生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化》中心法則內(nèi)容主要包括：DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、RNA復(fù)制、翻譯等過程.“基于新型冠狀病毒的中心法則”教學(xué)內(nèi)容包括三方面：（1）中心法則的提出及發(fā)展，（2）通過分析新型冠狀病毒有關(guān)資料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決新型冠狀病毒侵染增殖、檢測(cè)、治療與預(yù)防等相關(guān)問題，（3）面對(duì)新冠疫情，普通人的做法.本節(jié)內(nèi)容旨在幫助學(xué)生整合已有的認(rèn)知，以達(dá)到更深層次的整體認(rèn)識(shí)，以最終達(dá)到大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下多個(gè)小概念的復(fù)習(xí)目的.

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）以新型冠狀病毒為情境材料，通過其侵染增殖、檢測(cè)、治療、預(yù)防等方面的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維、尋找規(guī)律，更深刻地理解中心法則的內(nèi)容，以達(dá)到大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”下多個(gè)小概念的復(fù)習(xí)目的.（生命觀念、科學(xué)思維）

（2）以新型冠狀病毒的檢測(cè)、治療、預(yù)防為例，將學(xué)科、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)（STEM）知識(shí)和能力綜合運(yùn)用在實(shí)踐活動(dòng)中、解決生活中的實(shí)際問題.（科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任、生命觀念）

3 學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)生已掌握DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的相關(guān)知識(shí)，懂得基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，具備病毒相關(guān)知識(shí)且對(duì)新型冠狀病毒的危害有了一定的了解，這為新知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了認(rèn)知基礎(chǔ).這節(jié)課的學(xué)習(xí)能夠幫助學(xué)生理解DNA、RNA、蛋白質(zhì)等生物大分子之間的關(guān)系，構(gòu)建思維導(dǎo)圖，即“中心法則”.

4 教學(xué)過程

4.1 中心法則的提出及發(fā)展

教師活動(dòng)播放視頻：基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，講解中心法則的含義和由來，引導(dǎo)學(xué)生板書基因表達(dá)流程圖，閱讀課本P69內(nèi)容并完善中心法則，列表比較中心法則各過程.

學(xué)生活動(dòng)板書基因表達(dá)流程圖，閱讀課本P69內(nèi)容并完善中心法則，列表比較中心法則各過程.

設(shè)計(jì)意圖結(jié)合講解、閱讀、思考，能解釋中心法則，也為后面的學(xué)習(xí)做鋪墊.

4.2 新型冠狀病毒

探究一新型冠狀病毒的侵染增殖

教師活動(dòng)（1）介紹新型冠狀病毒（如圖1所示）：新冠疫情，其病原體是新型冠狀病毒（2019-nCoV）.該病毒由單股正鏈的RNA和多種蛋白質(zhì)組成，表面分布著像皇冠一樣的刺突蛋白（S 蛋白）.

（2）介紹新型冠狀病毒侵染宿主和增殖過程（如圖2所示）：新型冠狀病毒通過S蛋白與人體細(xì)胞膜上受體（ACE2 ）結(jié)合后，以膜融合或胞吞的方式進(jìn)入細(xì)胞.溶酶體去殼后，病毒正鏈RNA有部分片段在宿主核糖體上翻譯成RNA復(fù)制聚合酶 ，該酶可以使病毒的核酸在細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制形成全長(zhǎng)負(fù)鏈RNA和大小不等的負(fù)鏈RNA.形成的全長(zhǎng)負(fù)鏈RNA通過復(fù)制再合成正鏈RNA作為新病毒的遺傳物質(zhì)，而大小不等的負(fù)鏈RNA轉(zhuǎn)錄形成的正鏈RNA則翻譯成蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是病毒的不同結(jié)構(gòu)蛋白和組裝蛋白，組裝蛋白將結(jié)構(gòu)蛋白和 RNA組裝成新病毒，再以胞吐的形式釋放到細(xì)胞外.

（3）展示知識(shí)鏈接：根據(jù)不同方法可將病毒進(jìn)行如下分類：

按寄主類型可分為動(dòng)物病毒（如HIV）、植物病毒（如煙草花葉病毒）、真菌病毒（如釀酒母病毒）和細(xì)菌病毒（如噬菌體）.

按所含核酸類型可分為DNA病毒和RNA病毒，見表1.

學(xué)生活動(dòng)據(jù)圖1思考回答：新型冠狀病毒是一類主要引起呼吸道、腸道疾病的病原體，其主要成分是什么？屬于哪種類型的病毒（從所含的核酸類型思考）？如何培養(yǎng)？據(jù)圖2思考回答：（1）新型冠狀病毒基因組RNA（+）與其在宿主細(xì)胞中的mRNA功能相同嗎？請(qǐng)據(jù)圖說明理由.（2）請(qǐng)寫出新型冠狀病毒的中心法則.

設(shè)計(jì)意圖（1）通過新型冠狀病毒的表達(dá)的學(xué)習(xí)，知道新型冠狀病毒信息流動(dòng)為：RNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯.這一過程中也培養(yǎng)學(xué)生的識(shí)圖、分析能力.據(jù)2021年福建省高考試題分析，情景化試題具有信息量大、陌生性和復(fù)雜性特點(diǎn).本探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生閱讀能力，采集信息能力.（2）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納總結(jié)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有所提升和拓展.探究二新型冠狀病毒的檢測(cè)

教師活動(dòng)展示資料：常用檢測(cè)方法：口咽、鼻腔拭子法.用拭子反復(fù)擦拭口咽部或鼻腔3～5次，收集粘膜細(xì)胞進(jìn)行病毒檢測(cè).核酸檢測(cè)盒中的試劑：逆轉(zhuǎn)錄酶試劑、病毒核酸標(biāo)準(zhǔn)試劑、Taq酶、游離脫氧核糖核苷酸、引物、特異性的熒光DNA探針、緩沖試劑等（注：新冠病毒RNA易分解）.

學(xué)生活動(dòng)思考討論表達(dá)：核酸檢測(cè)包含哪些關(guān)鍵步驟？（預(yù)期答案：（1）采集鼻、咽試子;（2）提取樣本RNA;（3）逆轉(zhuǎn)錄;（4）擴(kuò)增;（5）檢測(cè).）

設(shè)計(jì)意圖（1）這一過程體現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄，PCR擴(kuò)增知識(shí)點(diǎn)在生活實(shí)際中的運(yùn)用.（2）培養(yǎng)學(xué)生合作能力，培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)問題能力.

探究三新型冠狀肺炎的治療

教師活動(dòng)（1）展示資料：新聞報(bào)道，法匹拉韋能有效治療新型冠狀病毒肺炎，它是一種RNA聚合酶抑制劑類的藥物.提問：該藥抑制中心法則的哪個(gè)過程？

（2）引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察圖2，采集信息并作答.新型冠狀病毒侵染人體細(xì)胞的關(guān)鍵是S蛋白與人體細(xì)胞膜上受體 （ACE2 ）的結(jié)合.因此，科研思路可以是：破壞S蛋白和ACE2的結(jié)合 ，使病毒無法進(jìn)入細(xì)胞，從而抑制病毒感染，請(qǐng)同學(xué)結(jié)合免疫調(diào)節(jié)知識(shí)，尋找破壞S蛋白和ACE2結(jié)合的方法.

學(xué)生活動(dòng)學(xué)生仔細(xì)觀察圖2，采集信息并作答：（1）新型冠狀病毒進(jìn)入細(xì)胞的鑰匙是什么？（2）新型冠狀病毒侵染人體細(xì)胞的關(guān)鍵步驟是什么？ （3）哪些可做為藥物靶點(diǎn)？（4）結(jié)合免疫調(diào)節(jié)知識(shí)，思考破壞S蛋白和ACE2結(jié)合的方法？

設(shè)計(jì)意圖（1）這一過程體現(xiàn)了RNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯在科學(xué)研究中的運(yùn)用.（2）讓學(xué)生在問題的驅(qū)動(dòng)下通過自己觀察、閱讀、思考發(fā)現(xiàn)知識(shí)，并加以創(chuàng)造性的應(yīng)用，建立相應(yīng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu).（3）設(shè)計(jì)的問題串，由易到難有步驟地加強(qiáng)學(xué)生的思維能力，符合學(xué)生的一般認(rèn)知規(guī)律.

探究四新型冠狀病毒的預(yù)防

教師活動(dòng)展示資料：疫苗的種類：（1）傳統(tǒng)的新型冠狀病毒疫苗—— 滅活疫苗：滅活病毒，保留抗原成分以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答.（2）新型的新型冠狀病毒疫苗：①重組蛋白疫苗：通過基因工程大量生產(chǎn)新型冠狀病毒的S蛋白，把它注射到人體，刺激人體產(chǎn)生大量抗體;②腺病毒載體疫苗：將新型冠狀病毒S蛋白基因與腺病毒重組，基因重組腺病毒在人體內(nèi)表達(dá)新型冠狀病毒S蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答;③美國(guó)mRNA疫苗：體外直接合成S蛋白的mRNA，注射到人體內(nèi)，表達(dá)出S蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答.

學(xué)生活動(dòng)閱讀、思考疫苗生產(chǎn)過程中遺傳信息的流動(dòng)并完成例題：改造后的腺病毒是一種對(duì)人體基本無害的病毒，研究人員將新型冠狀病毒的刺突蛋白S基因重組入改造后的腺病毒，成功研發(fā)出腺病毒載體疫苗，并已批準(zhǔn)上市.下列敘述正確的是（ ）.

A.腺病毒載體新冠疫苗屬于滅活疫苗

B.給患者注射腺病毒載體新冠疫苗是一種有效的治療手段

C.可通過檢測(cè)接種者血清腺病毒含量來判斷該疫苗的有效性

D.新型冠狀病毒為RNA病毒，獲得新型冠狀病毒S基因的過程一般為提取病毒RNA，通過逆轉(zhuǎn)錄過程獲取相應(yīng)DNA

設(shè)計(jì)意圖（1）使學(xué)生認(rèn)識(shí)到基因工程技術(shù)能實(shí)現(xiàn)外源基因在受體細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯.（2）通過分析材料、完成例題，提升學(xué)生信息提取與綜合分析應(yīng)用能力，且滲透STEM教育.

4.3 面對(duì)新冠疫情，普通人的做法教師活動(dòng)播放視頻《面對(duì)疫情，我們普通人應(yīng)該怎么做？》.

學(xué)生活動(dòng)觀看，了解，指導(dǎo)生活.

設(shè)計(jì)意圖通過視頻觀看，了解疫情現(xiàn)況，學(xué)習(xí)疫情防控知識(shí)，提高自我保護(hù)能力，培養(yǎng)防疫抗疫的社會(huì)責(zé)任.

4.4 課堂小結(jié)（略）

參考文獻(xiàn)：

[1]?盧媛.高中生物教科書中核心概念的百年變遷 [J].中學(xué)生物教學(xué)，2017（4）：4-7.

[2] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3] 陳新鵬，陳孔翔，王衛(wèi)東，等.中心法則與新型冠狀病毒[J].中學(xué)生物教學(xué)，2020（4）：8-10.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]