走進新型冠狀病毒

段紫星

摘要 以“基因的本質(zhì)和表達”為例，以新型冠狀病毒為情境，對單元知識的邏輯線索進行了整理，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)新型冠狀病毒如何將遺傳信息傳給子代等重要概念，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 單元設(shè)計 生物學(xué)學(xué)科 核心素養(yǎng) 基因 遺傳物質(zhì)

中圖分類號 G633.91????????????? 文獻標志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》提出以學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨、內(nèi)容聚焦大概念等基本理念，引領(lǐng)生物學(xué)教師進行指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元整體教學(xué)設(shè)計，幫助學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)化的知識體系，并提升解決復(fù)雜情境中問題的能力。

1 單元教學(xué)內(nèi)容分析

“基因的本質(zhì)和表達”單元的重要概念為：親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在 DNA 分子上。本單元教學(xué)設(shè)計應(yīng)呈現(xiàn)知識內(nèi)容的邏輯性，體現(xiàn)了人類不斷追求科學(xué)真理的過程：遺傳物質(zhì)是什么→DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)→遺傳信息如何傳遞→遺傳信息如何表達。

2 單元教學(xué)思路

教師創(chuàng)設(shè)以新型冠狀病毒的生活及疫苗研制為主線的問題情境，學(xué)生圍繞次級問題展開討論：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么？RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)？新型冠狀病毒如何在活細胞內(nèi)增殖？如何制備新型冠狀病毒的疫苗？教師在此過程中引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)活動解決具體問題。單元教學(xué)設(shè)計思路框架見表1。

3 單元教學(xué)目標

（1）學(xué)習(xí)肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗及噬菌體侵染細菌實驗，設(shè)計實驗驗證新型冠狀病毒是 RNA 病毒，概述 DNA是主要的遺傳物質(zhì)，闡明自變量的控制方法及實驗設(shè)計思路，并嘗試設(shè)計實驗解決具體情境中的問題。

（2）討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程，分析 DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)，闡明運用假說—演繹法進行科學(xué)探究的基本思路，認同科學(xué)結(jié)論的獲得離不開嚴謹?shù)耐评砗痛_鑿的證據(jù)，以及科學(xué)技術(shù)進步對科學(xué)發(fā)展的作用。

（3）制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，模擬對DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程的模擬，概述DNA 適于儲存豐富的遺傳信息的結(jié)構(gòu)特點、DNA半保留復(fù)制機制及其生物學(xué)意義、基因的表達過程，初步形成遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，認同生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，認識DNA 的多樣性和特異性。

（4）基于有關(guān)事實與證據(jù)，闡明基因與遺傳信息的關(guān)系?；谛滦凸跔畈《厩秩咎囟ǖ幕罴毎氖聦嵟c證據(jù)，以及對研制新型冠狀病毒疫苗的探討，闡明遺傳信息的流向、基因與性狀的關(guān)系，嘗試在新情境下運用這些概念解釋問題，并關(guān)注新型冠狀疫苗研發(fā)的社會議題。

4 單元教學(xué)的主要過程

4.1主題1：新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)是什么

活動1：學(xué)生閱讀格里菲思的肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗。教師引導(dǎo)學(xué)生分析第四組中S 型菌的來源，比較不同組別，得出實驗結(jié)論。教師提出問題：這種轉(zhuǎn)化因子是什么？接著，學(xué)生閱讀艾弗里的實驗，教師引導(dǎo)學(xué)生描述實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論，總結(jié)實驗設(shè)計中自變量控制的科學(xué)方法以及實驗設(shè)計的思路。

活動2：教師介紹噬菌體的結(jié)構(gòu)模式圖，播放噬菌體侵染細菌過程的動畫。教師提出問題：如何將噬菌體的 DNA 和蛋白質(zhì)區(qū)分開？選用哪種同位素進行標記？怎樣將35S 標記到噬菌體的蛋白質(zhì)上？教師將學(xué)生分成兩組，指導(dǎo)學(xué)生分別畫出同位素35S 和32P 標記噬菌體的過程示意圖，并基于噬菌體侵染細菌的過程，分別演繹35S 和32P 標記的噬菌體侵染未標記的細菌后其蛋白質(zhì)外殼和DNA 的去向，從而促進學(xué)生深入理解噬菌體侵染大腸桿菌的實驗過程、結(jié)果及誤差，領(lǐng)悟3個實驗中最關(guān)鍵的設(shè)計思路以及選材上的巧妙之處。

活動：3：學(xué)生分組完善驗證新型冠狀病毒是RNA 病毒的實驗。教師要求學(xué)生利用減法原理控制自變量，并依據(jù)“新型冠狀病毒是RNA病毒”這一假設(shè)來預(yù)測實驗結(jié)果，以此培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計的思路和方法，提升控制變量、設(shè)計對照實驗的科學(xué)探究能力。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納不同生物的遺傳物質(zhì)，建構(gòu)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一重要概念。

4.2主題2：RNA 為什么能作為新型冠狀病毒的遺傳物質(zhì)

活動1：學(xué)生閱讀“DNA 結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建”內(nèi)容，總結(jié) DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點。利用教師所提供的4種脫氧核苷酸紙片，學(xué)生分組制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，比較不同小組的DNA模型之間的異同點，分析得出DNA與儲存遺傳信息相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點，培養(yǎng)了從結(jié)構(gòu)與功能觀認識生命活動的一般規(guī)律。

活動2：教師引導(dǎo)學(xué)生分析“基因與DNA 的關(guān)系”相關(guān)資料，歸納基因的概念。接著，教師展示果蠅各種基因在染色體上的相對位置，指導(dǎo)學(xué)生畫出基因與 DNA 的關(guān)系模式圖，歸納基因與DNA 的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生基于事實，通過歸納、建模等科學(xué)方法建構(gòu)“基因是什么”這一重要概念。

活動3：教師提出問題：假設(shè)密碼是3位數(shù)，有多少種密碼？假如決定臉型的一個基因只有17個堿基對組成，那么這種排列有多少種可能？兩個人出現(xiàn)相同臉型的可能性有多大？學(xué)生通過計算，闡釋DNA分子的多樣性和特異性，遺傳信息與DNA 的堿基排列順序的關(guān)系。

活動4：教師引導(dǎo)學(xué)生比較RNA和DNA 的分子組成，解釋 RNA 如何攜帶新型冠狀病毒的遺傳信息，為 RNA適合做DNA 的信使以及遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯做好鋪墊。

4.3主題3：新型冠狀病毒如何在活細胞內(nèi)增殖

活動1：教師展示DNA進行半保留復(fù)制和全保留復(fù)制的示意圖，提出問題：①以什么為依據(jù)來區(qū)分這兩種 DNA 的復(fù)制方式？②怎樣分辨子鏈和母鏈呢？用什么元素進行標記？學(xué)生閱讀教材第54頁的“思考討論”，教師指導(dǎo)學(xué)生演繹大腸桿菌以DNA 半保留復(fù)制和全保留復(fù)制這兩種方式進行復(fù)制的不同結(jié)果，從而得出DNA 的復(fù)制是以半保留的方式進行的。

活動2：教師提供相關(guān)材料，指導(dǎo)學(xué)生模擬 DNA 的復(fù)制過程，歸納DNA 復(fù)制的概念、場所、時期、條件、特點，探討DNA分子準確復(fù)制的原因及意義。學(xué)生分組模擬以不同的DNA 片段為模板轉(zhuǎn)錄RNA 的過程以及蛋白質(zhì)合成過程，歸納轉(zhuǎn)錄和翻譯的概念、場所、時期、條件、特點，感性認識基因的選擇性表達，運用建立模型的方法深入理解遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，為分析新型冠狀病毒的增殖過程打基礎(chǔ)。

活動3：教師提供新型冠狀病毒在宿主細胞中增殖過程示意圖，引導(dǎo)學(xué)生分析新型冠狀病毒的RNA 復(fù)制酶、RNA和結(jié)構(gòu)蛋白的合成，如合成的場所、所需的模板、宿主細胞提供的原料、能量等，幫助學(xué)生深入理解基因的表達。學(xué)生利用概念圖總結(jié)DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，以及新型冠狀病毒的 RNA 復(fù)制和翻譯，建構(gòu)中心法則。教師注意引導(dǎo)學(xué)生基于事實，運用歸納和概括的方法建構(gòu)模型。

4.4主題4：如何制備新型冠狀病毒的疫苗

活動1：教師引導(dǎo)學(xué)生分析皺粒豌豆、白化病和囊性纖維病的形成機制，分析不同類型細胞中 DNA 和 mRNA 的檢測結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生基于事實和證據(jù)進行分析能力。學(xué)生歸納出“基因通過控制蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和酶的合成來控制生物體的性狀”的結(jié)論，理解細胞分化的本質(zhì)。

活動2：教師提供新型冠狀病毒侵染宿主細胞并在細胞內(nèi)增殖的相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析新型冠狀病毒與宿主細胞之間的信息交流過程，分析新型冠狀病毒只感染特定細胞的根本原因，深入理解細胞分化的本質(zhì)以及基因與性狀之間的關(guān)系，為進一步學(xué)習(xí)特異性識別等免疫調(diào)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容打基礎(chǔ)。

活動3：教師介紹利用腺病毒和和新型冠狀病毒S 蛋白基因獲得重組新型冠狀疫苗的研制技術(shù)路線，引導(dǎo)學(xué)生分析該路線中涉及的遺傳信息傳遞過程以及重組病毒適合作為疫苗的原因等問題，培養(yǎng)學(xué)生基于基因的表達等概念，探討具體的社會議題，為進一步學(xué)習(xí)基因工程的相關(guān)知識打基礎(chǔ)，并提升學(xué)生的社會責(zé)任素養(yǎng)。

5 單元教學(xué)反思

教師以建構(gòu)重要概念和培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標，根據(jù)具體任務(wù)設(shè)計學(xué)生活動，解決具體的問題，培養(yǎng)學(xué)生運用生物學(xué)概念解釋生活問題的能力。通過分析資料、制作模型以及模擬基因的表達等活動，學(xué)生能夠運用歸納、演繹、建模等科學(xué)思維，解釋遺傳物質(zhì)對性狀的控制機制。教師組織學(xué)生運用遺傳知識討論防疫的熱點議題，能夠提升其社會責(zé)任素養(yǎng)，培養(yǎng)其解決真實問題的能力。