论文部分内容阅读
【摘要】本文以《基因突变和基因重组》一节复习课为例，探讨如何在高三生物一轮复习中培养学生的生物学核心素养。
【关键词】生物学核心素养 一轮复习 基因突变
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）48-0160-02
新一轮高考改革中，考试中心把“立德树人，服务选才，引导教学”作为高考的核心功能，进一步深化了高考考试内容的改革，生物学科命题注重考查学生的核心素养。高三生物教学应该是基于学科核心素养的教学。指向学科核心素养培养的教学，其目标定位在体验知识的发现过程和领悟知识的意义，其教学过程是通过调取原有经验将新旧知识前后贯通与自主思考或探究获得学习经验的过程，是学科经验累积进阶后归纳提升获得的关于学科价值、自然规律、社会问题的一般看法的过程。本文以《基因突变和基因重组》一节复习课为例，对生物学一轮复习中如何培养学生的核心素养提出以下几点思考。
1.联系生活，培养社会责任
“社会责任”是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，尝试解决生产生活的生物学问题的担当和能力。高三一轮复习中，教师要善于联系生活，结合社会热点话题，精选教学素材，引发学生对相关问题的思考，并在问题解决中形成正确的态度和价值观，提升社会责任意识。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，课前笔者对网络上一则“用基因疗法改造皮肤，拯救蝴蝶男孩”的新闻加以加工整理，以此生活案例为教学主线展开复习教学。在课堂伊始，我截取其中的一个片段以故事的形式作为课堂导入：
哈桑（Hassan）就要死了，他才7岁。2015年6月，哈桑被送進了德国波鸿鲁尔大学（Ruhr University）附属儿童医院烧伤科，他看上去就像受过非人的虐待——整个人都是血红色，全身上下的皮肤几乎都是破损、水泡和感染。住院后不久，他失去了全身60%的皮肤。又过了几周，他失去了80%的皮肤。只有头部和左腿上还剩了点整块的皮肤（图片展示）。只有注射吗啡，才能略为缓解他的痛苦。
哈桑问他的父亲：“为什么我会得这种病？为什么我要过这样的生活？”
父亲无言以对。
故事到此我作了暂停，学生深深被故事中小男孩的遭遇所震撼，都急于知道哈桑得了什么病，能不能治好？
我接着讲述：皮肤中，在表皮与真皮之间有一层“细胞外间质”，把表皮牢牢地“粘”在真皮之上。细胞外间质中的层黏连蛋白-332（laminin-332），其编码基因有两个，其中一个叫LAMB3基因，编码这个蛋白的β3亚基。哈桑正是LAMB3基因出了问题。2个微小的碱基突变，让哈桑的这种蛋白失去了作用。他的皮肤变得像纸一样脆弱。那些普通人根本不会在意的微小划痕，在他身上都会变成一个巨大的伤口。
这种先天遗传病，叫交界型大疱性表皮松解症（JEB）。大概200万个人里才会有一个人出现这种变异。
然后笔者结合故事情景，提出问题，让学生应用已学知识进行解答。问题如下：
①层黏连蛋白是细胞结构中的哪种蛋白质？它有什么功能？
②为什么哈桑的LAMB3基因发生了2个碱基的突变，会使层黏连蛋白失去了黏性？
③“大概200万个人里才会有一个人出现这种变异”体现了基因突变的什么特点？基因突变还有其它什么特点？
以生活案例为故事导入，以问题引发学生思考，引导学生把生活中出现的问题与他们所学的知识进行联系，并尝试用所学知识解释这些问题，可以唤起学生的共鸣，拉近学生与科学知识的距离，逐步养成自觉关注社会问题的习惯，提升社会责任意识。
2.重构核心概念，培养生命观念
“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。学生只有在较好地理解生物学的核心概念的基础上才能形成生命观念。高三复习教学中，要特别重视引导学生对所学的核心概念进行重构，在概念重构中建立知识体系，发展思维，形成生命观念。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在围绕哈桑所患的疾病，我继续进行设问：
①请根据上述资料概括什么叫做基因突变？
②基因突变对基因、DNA、蛋白质、染色体、生物个体性状分别会造成什么影响？
③基因结构具有相对的稳定性，为什么会突变呢？基因突变通常发生在什么时间？
④基因突变会不会遗传给后代？
问题①的目的是让学生在资料分析的基础上概括基因突变的概念，使学生在获得感性材料的真切体验中生成概念，真正理解基因突变的内涵。问题②的目的是使学生理清基因突变的结果：在基因层面，分子结构发生改变，产生新基因，从而可能改变其编码蛋白质的结构，进而使生物体性状发生改变。而对于DNA或染色体，除突变的基因以外的其它基因不变，甚至基因的数量和位置也不会发生改变。问题③和问题④则是对基因突变概念的补充，若学生思维陷入僵局，则需要教师及时给学生搭建思维台阶，“细胞分裂的什么时期基因结构会变得不稳定？生物个体生长发育过程中又是什么时期会发生细胞分裂？基因突变发生在体细胞中会不会遗传？若发生在生殖细胞中呢？”最终使学生清楚诱发基因突变的因素、基因突变发生的时间、以及基因突变的遗传方式。
学生基于上述案例中的生物学事实和证据的基础上，重构“基因突变”的概念模型，清晰认识了基因结构与其功能的关系，形成正确的结构与功能观。
3.问题解决，培养科学思维
“科学思维“是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力。高三生物复习教学中，要精心设置问题情境，以问题激发学生的学习兴趣，引发学生的高阶思维，促进深度学习，培养科学思维能力。 以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在学生重建了基因突变的概念之后，笔者继续回应最初的情境，请学生结合案例，应用所学知识为哈桑的疾病治疗提出一个合理建议。
这个问题具有一定的挑战性，需要教师搭建思维的台阶，引导学生结合哈桑的病因，应用高中阶段所学的基因工程和干细胞培养的相关知识去寻找治疗方案。学生进行思考讨论后提出建议，教师及时给以评价，最后呈现科学家治愈哈桑的过程：第一步，从哈桑的左腿内侧，取下一小块边长4厘米的、比较完好的皮肤。在体外培养他的皮肤细胞。第二步，制造带有完好LAMB3基因的逆转录病毒。第三步，将逆转录病毒加入皮肤细胞里，等着病毒将基因插入皮肤细胞的基因组内。然后这些细胞就会带着完好的LAMB3基因不断复制。这些在纤维蛋白基质上长成单层细胞，都被贴到哈桑身上，覆盖了哈桑80%的皮肤。而且没有排异反应出现，免疫系统毫无反抗地接受了新皮肤。
建构主义认为，学习不是教师把知识传递给学生的被动接受过程，而是学生在一定情境中主动建构知识结构、发展思维能力的过程。学生对哈桑的病情非常关切，此时让学生為哈桑的疾病治疗提供建议，他们学习的积极性被充分调动起来，深入思考，积极探索，思维得到锻炼与提升。当他们把自己的方案与科学家的治疗方案进行对比时，既可以体验成功的乐趣，也能发现自身方案的不足，思维品质得到进一步改善。
4.引用经典例题，培养科学探究能力
“科学探究“是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。高三生物复习时培养科学探究能力，除了可以引用课本中的科学史经典实验加强对学生的实验方法和实验思想的训练外，还可以引用历年的经典高考试题，训练学生进行实验设计，培养学生的科学探究能力。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在课堂训练环节，笔者引用了13年全国1卷31题作为例题：一对相对性状可受多对等位基因控制，如某植物花的紫色（显性）和白色（隐性）。这对相对性状就受多对等位基因控制。科学家已从该种植物的一个紫花品系中选育出了5个基因型不同的白花品系，且这5个白花品系与该紫花品系都只有一对等位基因存在差异。某同学在大量种植该紫花品系时，偶然发现了1株白花植株，将其自交，后代均表现为白花。回答下列问题：
（1）假设上述植物花的紫色（显性）和白色（隐性）这对相对性状受8对等位基因控制，显性基因分别用A、B、C、D、E、F、G、H表示，则紫花品系的基因型为________；上述5个白花品系之一的基因型可能为______。（写出其中一种基因型即可）
（2）假设该白花植株与紫花品系也只有一对等位基因存在差异，若要通过杂交实验来确定该白花植株是一个新等位基因突变造成的，还是属于上述5个白花品系中的一个，则：该实验的思路______。
预期的实验结果及结论。
参考答案：（1）AABBCCDDEEFFGGHH；aaBBCCDDEEFFG
GHH（写出其中一种即可）（2）用该白花植株的后代分别与5个白花品系杂交，观察子代花色；若杂交子一代全部是紫花则该白花植株为一个新等位基因突变造成的；若在5个杂交组合中如果4个组合的子代为紫花，与其中的1个组合的杂交子一代为白花，则该白花植株的突变与之为同一对等位基因造成的。
这道题目第（1）小题基因型的书写使学生清楚认识基因和基因之间的关系、基因和性状之间的关系，巩固并加深学生对基因突变理解和应用。第（2）小题要求学生设计实验方案，并对结果和结论进行讨论，锻炼学生的逻辑推理能力和表达能力，使学生掌握科学探究的思路和方法。
通过这道题目的训练使学生清楚认识基因突变在个体水平对生物性状造成的影响，也培养了学生的科学探究能力。
【关键词】生物学核心素养 一轮复习 基因突变
【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）48-0160-02
新一轮高考改革中，考试中心把“立德树人，服务选才，引导教学”作为高考的核心功能，进一步深化了高考考试内容的改革，生物学科命题注重考查学生的核心素养。高三生物教学应该是基于学科核心素养的教学。指向学科核心素养培养的教学，其目标定位在体验知识的发现过程和领悟知识的意义，其教学过程是通过调取原有经验将新旧知识前后贯通与自主思考或探究获得学习经验的过程，是学科经验累积进阶后归纳提升获得的关于学科价值、自然规律、社会问题的一般看法的过程。本文以《基因突变和基因重组》一节复习课为例，对生物学一轮复习中如何培养学生的核心素养提出以下几点思考。
1.联系生活，培养社会责任
“社会责任”是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，尝试解决生产生活的生物学问题的担当和能力。高三一轮复习中，教师要善于联系生活，结合社会热点话题，精选教学素材，引发学生对相关问题的思考，并在问题解决中形成正确的态度和价值观，提升社会责任意识。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，课前笔者对网络上一则“用基因疗法改造皮肤，拯救蝴蝶男孩”的新闻加以加工整理，以此生活案例为教学主线展开复习教学。在课堂伊始，我截取其中的一个片段以故事的形式作为课堂导入：
哈桑（Hassan）就要死了，他才7岁。2015年6月，哈桑被送進了德国波鸿鲁尔大学（Ruhr University）附属儿童医院烧伤科，他看上去就像受过非人的虐待——整个人都是血红色，全身上下的皮肤几乎都是破损、水泡和感染。住院后不久，他失去了全身60%的皮肤。又过了几周，他失去了80%的皮肤。只有头部和左腿上还剩了点整块的皮肤（图片展示）。只有注射吗啡，才能略为缓解他的痛苦。
哈桑问他的父亲：“为什么我会得这种病？为什么我要过这样的生活？”
父亲无言以对。
故事到此我作了暂停，学生深深被故事中小男孩的遭遇所震撼，都急于知道哈桑得了什么病，能不能治好？
我接着讲述：皮肤中，在表皮与真皮之间有一层“细胞外间质”，把表皮牢牢地“粘”在真皮之上。细胞外间质中的层黏连蛋白-332（laminin-332），其编码基因有两个，其中一个叫LAMB3基因，编码这个蛋白的β3亚基。哈桑正是LAMB3基因出了问题。2个微小的碱基突变，让哈桑的这种蛋白失去了作用。他的皮肤变得像纸一样脆弱。那些普通人根本不会在意的微小划痕，在他身上都会变成一个巨大的伤口。
这种先天遗传病，叫交界型大疱性表皮松解症（JEB）。大概200万个人里才会有一个人出现这种变异。
然后笔者结合故事情景，提出问题，让学生应用已学知识进行解答。问题如下：
①层黏连蛋白是细胞结构中的哪种蛋白质？它有什么功能？
②为什么哈桑的LAMB3基因发生了2个碱基的突变，会使层黏连蛋白失去了黏性？
③“大概200万个人里才会有一个人出现这种变异”体现了基因突变的什么特点？基因突变还有其它什么特点？
以生活案例为故事导入，以问题引发学生思考，引导学生把生活中出现的问题与他们所学的知识进行联系，并尝试用所学知识解释这些问题，可以唤起学生的共鸣，拉近学生与科学知识的距离，逐步养成自觉关注社会问题的习惯，提升社会责任意识。
2.重构核心概念，培养生命观念
“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。学生只有在较好地理解生物学的核心概念的基础上才能形成生命观念。高三复习教学中，要特别重视引导学生对所学的核心概念进行重构，在概念重构中建立知识体系，发展思维，形成生命观念。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在围绕哈桑所患的疾病，我继续进行设问：
①请根据上述资料概括什么叫做基因突变？
②基因突变对基因、DNA、蛋白质、染色体、生物个体性状分别会造成什么影响？
③基因结构具有相对的稳定性，为什么会突变呢？基因突变通常发生在什么时间？
④基因突变会不会遗传给后代？
问题①的目的是让学生在资料分析的基础上概括基因突变的概念，使学生在获得感性材料的真切体验中生成概念，真正理解基因突变的内涵。问题②的目的是使学生理清基因突变的结果：在基因层面，分子结构发生改变，产生新基因，从而可能改变其编码蛋白质的结构，进而使生物体性状发生改变。而对于DNA或染色体，除突变的基因以外的其它基因不变，甚至基因的数量和位置也不会发生改变。问题③和问题④则是对基因突变概念的补充，若学生思维陷入僵局，则需要教师及时给学生搭建思维台阶，“细胞分裂的什么时期基因结构会变得不稳定？生物个体生长发育过程中又是什么时期会发生细胞分裂？基因突变发生在体细胞中会不会遗传？若发生在生殖细胞中呢？”最终使学生清楚诱发基因突变的因素、基因突变发生的时间、以及基因突变的遗传方式。
学生基于上述案例中的生物学事实和证据的基础上，重构“基因突变”的概念模型，清晰认识了基因结构与其功能的关系，形成正确的结构与功能观。
3.问题解决，培养科学思维
“科学思维“是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力。高三生物复习教学中，要精心设置问题情境，以问题激发学生的学习兴趣，引发学生的高阶思维，促进深度学习，培养科学思维能力。 以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在学生重建了基因突变的概念之后，笔者继续回应最初的情境，请学生结合案例，应用所学知识为哈桑的疾病治疗提出一个合理建议。
这个问题具有一定的挑战性，需要教师搭建思维的台阶，引导学生结合哈桑的病因，应用高中阶段所学的基因工程和干细胞培养的相关知识去寻找治疗方案。学生进行思考讨论后提出建议，教师及时给以评价，最后呈现科学家治愈哈桑的过程：第一步，从哈桑的左腿内侧，取下一小块边长4厘米的、比较完好的皮肤。在体外培养他的皮肤细胞。第二步，制造带有完好LAMB3基因的逆转录病毒。第三步，将逆转录病毒加入皮肤细胞里，等着病毒将基因插入皮肤细胞的基因组内。然后这些细胞就会带着完好的LAMB3基因不断复制。这些在纤维蛋白基质上长成单层细胞，都被贴到哈桑身上，覆盖了哈桑80%的皮肤。而且没有排异反应出现，免疫系统毫无反抗地接受了新皮肤。
建构主义认为，学习不是教师把知识传递给学生的被动接受过程，而是学生在一定情境中主动建构知识结构、发展思维能力的过程。学生对哈桑的病情非常关切，此时让学生為哈桑的疾病治疗提供建议，他们学习的积极性被充分调动起来，深入思考，积极探索，思维得到锻炼与提升。当他们把自己的方案与科学家的治疗方案进行对比时，既可以体验成功的乐趣，也能发现自身方案的不足，思维品质得到进一步改善。
4.引用经典例题，培养科学探究能力
“科学探究“是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。高三生物复习时培养科学探究能力，除了可以引用课本中的科学史经典实验加强对学生的实验方法和实验思想的训练外，还可以引用历年的经典高考试题，训练学生进行实验设计，培养学生的科学探究能力。
以《基因突变和基因重组》这节复习课为例，在课堂训练环节，笔者引用了13年全国1卷31题作为例题：一对相对性状可受多对等位基因控制，如某植物花的紫色（显性）和白色（隐性）。这对相对性状就受多对等位基因控制。科学家已从该种植物的一个紫花品系中选育出了5个基因型不同的白花品系，且这5个白花品系与该紫花品系都只有一对等位基因存在差异。某同学在大量种植该紫花品系时，偶然发现了1株白花植株，将其自交，后代均表现为白花。回答下列问题：
（1）假设上述植物花的紫色（显性）和白色（隐性）这对相对性状受8对等位基因控制，显性基因分别用A、B、C、D、E、F、G、H表示，则紫花品系的基因型为________；上述5个白花品系之一的基因型可能为______。（写出其中一种基因型即可）
（2）假设该白花植株与紫花品系也只有一对等位基因存在差异，若要通过杂交实验来确定该白花植株是一个新等位基因突变造成的，还是属于上述5个白花品系中的一个，则：该实验的思路______。
预期的实验结果及结论。
参考答案：（1）AABBCCDDEEFFGGHH；aaBBCCDDEEFFG
GHH（写出其中一种即可）（2）用该白花植株的后代分别与5个白花品系杂交，观察子代花色；若杂交子一代全部是紫花则该白花植株为一个新等位基因突变造成的；若在5个杂交组合中如果4个组合的子代为紫花，与其中的1个组合的杂交子一代为白花，则该白花植株的突变与之为同一对等位基因造成的。
这道题目第（1）小题基因型的书写使学生清楚认识基因和基因之间的关系、基因和性状之间的关系，巩固并加深学生对基因突变理解和应用。第（2）小题要求学生设计实验方案，并对结果和结论进行讨论，锻炼学生的逻辑推理能力和表达能力，使学生掌握科学探究的思路和方法。
通过这道题目的训练使学生清楚认识基因突变在个体水平对生物性状造成的影响，也培养了学生的科学探究能力。