基于信息觀的高中生物學(xué)單元教學(xué)

于相梅　張健

［摘 要］單元教學(xué)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。文章以“遺傳信息的傳遞和表達(dá)”單元為例，從構(gòu)建單元概念關(guān)系圖、制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)、實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)、落實(shí)單元評(píng)價(jià)四個(gè)方面闡述基于信息觀的高中生物學(xué)單元教學(xué)的實(shí)施策略，旨在為一線教師實(shí)施生物學(xué)單元教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的信息觀、發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供借鑒。

［關(guān)鍵詞］信息觀；高中生物學(xué)；單元教學(xué)；遺傳信息；傳遞；表達(dá)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）14-0079-03

生命的信息觀是重要的生命觀念。生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體，信息傳遞在生物的生長(zhǎng)、繁殖和進(jìn)化過(guò)程中有著重要的作用。學(xué)生對(duì)生命信息本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，有利于他們進(jìn)一步理解生命多樣性和統(tǒng)一性的辯證關(guān)系［1］。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容的組織形式較為割裂、零散，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。而單元教學(xué)“長(zhǎng)時(shí)段”整體籌劃學(xué)科教學(xué)，注重學(xué)科整體組織化、結(jié)構(gòu)化知識(shí)的建構(gòu)［2］。單元教學(xué)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。本文以“遺傳信息的傳遞與表達(dá)”單元為例，闡述基于信息觀的高中生物學(xué)單元教學(xué)的策略。

一、明確單元主題，構(gòu)建單元概念關(guān)系圖

“遺傳信息的傳遞和表達(dá)”單元屬于必修模塊2的內(nèi)容，指向大概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”及重要概念“親代傳遞給子代的遺傳信息主要編碼在DNA分子上”。本單元包含“基因的本質(zhì)”和“基因的表達(dá)”兩部分內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)之后，從分子水平上對(duì)基因的本質(zhì)及作用進(jìn)行深入研究，凸顯了基因水平上的生命信息觀。本單元的概念關(guān)系如圖1所示。

二、立足實(shí)際學(xué)情，制訂單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

素養(yǎng)導(dǎo)向下的學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠明確學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期達(dá)到的結(jié)果，它是教師課堂教學(xué)的“導(dǎo)向標(biāo)”，能夠引領(lǐng)教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，錨定教學(xué)方向。核心素養(yǎng)的表現(xiàn)性要求遞進(jìn)式地劃分至單元學(xué)習(xí)目標(biāo)中，而后將其分解為課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)，使得課時(shí)學(xué)習(xí)之間結(jié)構(gòu)清晰、互為支撐，為單元整體學(xué)習(xí)搭建支架。

學(xué)生通過(guò)前期生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)能夠從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度解釋蛋白質(zhì)、核酸等分子的結(jié)構(gòu)組成與功能特性，能夠闡明細(xì)胞執(zhí)行各項(xiàng)生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)；能夠認(rèn)識(shí)到生命活動(dòng)中貫穿著物質(zhì)與能量的變化，但不能從本質(zhì)上闡釋遺傳物質(zhì)所具有的結(jié)構(gòu)特征及遺傳信息傳遞和表達(dá)的延續(xù)過(guò)程。因此，本單元的教學(xué)要在學(xué)生已有物質(zhì)與能量觀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從分子水平上理解生命的信息觀，體會(huì)遺傳信息的傳遞在生命延續(xù)過(guò)程中的重要意義，逐步認(rèn)識(shí)到生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。

結(jié)合以上分析，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)及核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，我們制訂了如下的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)：

（1）能夠通過(guò)對(duì)經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)的分析和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)，闡明DNA是主要的遺傳物質(zhì)；能夠運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀闡述DNA分子作為遺傳物質(zhì)所具有的結(jié)構(gòu)特征。（2）能夠基于DNA復(fù)制方式的多種假說(shuō)，運(yùn)用假說(shuō)—演繹法探究DNA的復(fù)制方式，概述DNA分子的半保留復(fù)制，進(jìn)一步理解遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎(chǔ)。（3）能夠基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)和圖文資料，概述遺傳信息的表達(dá)過(guò)程，并從信息傳遞的角度凝練、概括中心法則，認(rèn)同“生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體”這一觀念。（4）能夠通過(guò)實(shí)例分析，闡述基因及其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)與性狀的關(guān)系，說(shuō)明細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果；能夠概述某些基因中堿基序列不變但基因表達(dá)和表型發(fā)生變化的表觀遺傳現(xiàn)象，進(jìn)一步理解生命的獨(dú)特性與復(fù)雜性。（5）能夠通過(guò)資料查找與實(shí)例分析，體會(huì)環(huán)境和不良生活方式對(duì)遺傳信息的傳遞和表達(dá)的影響，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)遺傳信息的表達(dá)調(diào)控對(duì)生命體的重要性，形成健康文明生活的意識(shí)。

三、實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)生命的信息觀

單元教學(xué)需要真實(shí)性情境的引領(lǐng)和貫穿，基于發(fā)展性任務(wù)的真實(shí)性情境是實(shí)現(xiàn)情境價(jià)值最大化的途徑之一［3］。在單元教學(xué)中，教師可設(shè)置與真實(shí)性情境相關(guān)的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，以驅(qū)動(dòng)學(xué)生解決問(wèn)題，達(dá)成單元學(xué)習(xí)目標(biāo)。挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)要以單元學(xué)習(xí)目標(biāo)為導(dǎo)向，體現(xiàn)整體性、自主性和進(jìn)階性。因此，本單元利用教材中“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”這一真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生開(kāi)展探究活動(dòng)及解決問(wèn)題，進(jìn)而理解遺傳信息的控制和調(diào)節(jié)作用，逐步建構(gòu)概念，培養(yǎng)生命的信息觀。

（一）任務(wù)1：棉花、蘇云金桿菌的遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)（3課時(shí)）

需要解決的問(wèn)題：成功向棉花中導(dǎo)入蘇云金桿菌抗蟲基因的生物學(xué)基礎(chǔ)是什么？

活動(dòng)1：概述DNA是主要的遺傳物質(zhì)。蘇云金桿菌抗蟲基因?yàn)槭裁茨軐?dǎo)入普通棉花？?jī)烧叩倪z傳物質(zhì)是什么。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，教師展示遺傳物質(zhì)的早期推測(cè)資料，學(xué)生通過(guò)資料分析，思考遺傳物質(zhì)應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析如何鑒定兩者的遺傳物質(zhì)。教師引入科學(xué)史，學(xué)生沿著科學(xué)家的探索歷程分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步建構(gòu)“DNA是遺傳物質(zhì)”的概念，理解培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。教師進(jìn)一步提問(wèn)：“所有生物的遺傳物質(zhì)都是DNA嗎？”學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容完善“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一概念，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生命的物質(zhì)性。

活動(dòng)2：構(gòu)建DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA擁有怎樣的結(jié)構(gòu)才可成為多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)，并儲(chǔ)存大量的遺傳信息呢？針對(duì)此問(wèn)題，教師逐步呈現(xiàn)沃森和克里克DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史，學(xué)生通過(guò)小組討論、合作交流，從“點(diǎn)—線—面—空間”的邏輯層次構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型，加深對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生分析DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，領(lǐng)會(huì)其蘊(yùn)含大量遺傳信息的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，深化結(jié)構(gòu)與功能觀。

（二）任務(wù)2：棉花、蘇云金桿菌遺傳信息的傳遞（2課時(shí)）

需要解決的問(wèn)題：為什么外源抗蟲基因必須整合到棉花的DNA上才能發(fā)揮作用？

活動(dòng)1：探究DNA的半保留復(fù)制。整合抗蟲基因的棉花基因如何將“抗蟲”信息傳遞給子代？DNA上攜帶的遺傳信息如何傳遞？針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，教師呈現(xiàn)沃森和克里克論文中對(duì)DNA復(fù)制的推測(cè)，學(xué)生結(jié)合假說(shuō)演繹、推理等不同方式建構(gòu)子代DNA的模型。在教師的啟發(fā)下，學(xué)生利用同位素標(biāo)記法探究DNA的復(fù)制方式，推測(cè)可能出現(xiàn)的條帶類型，并結(jié)合梅塞爾森和斯塔爾的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，得出DNA半保留復(fù)制的結(jié)論。教師播放視頻，引導(dǎo)學(xué)生理解DNA復(fù)制的動(dòng)態(tài)過(guò)程，領(lǐng)悟DNA準(zhǔn)確復(fù)制是遺傳信息穩(wěn)定傳遞的基礎(chǔ)。

活動(dòng)2：探討基因與DNA的關(guān)系。導(dǎo)入棉花中的抗蟲基因是蘇云金桿菌的整個(gè)DNA分子嗎？針對(duì)此問(wèn)題，教師呈現(xiàn)蘇云金桿菌DNA的資料，引發(fā)認(rèn)知沖突，使學(xué)生深層次思考基因與DNA的關(guān)系。教師呈現(xiàn)教材資料，學(xué)生通過(guò)小組討論，歸納概括出基因與DNA的關(guān)系，即基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。

（三）任務(wù)3：抗蟲蛋白基因的表達(dá)（2課時(shí)）

需要解決的問(wèn)題：為什么導(dǎo)入棉花中的抗蟲基因能得到抗蟲蛋白并使棉花產(chǎn)生抗蟲性？

活動(dòng)1：探析基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。蘇云金桿菌的抗蟲基因?yàn)槭裁磿?huì)在棉花體內(nèi)得到抗蟲蛋白？抗蟲基因中的遺傳信息如何指導(dǎo)抗蟲蛋白質(zhì)的合成？針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考基因與蛋白質(zhì)的位置關(guān)系，以位置沖突引入信使物質(zhì)RNA，將問(wèn)題細(xì)化為：抗蟲基因儲(chǔ)存的遺傳信息如何傳遞給RNA？RNA中的遺傳信息在細(xì)胞質(zhì)中如何解讀成蛋白質(zhì)？

教師播放DNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程的動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生類比DNA復(fù)制過(guò)程，運(yùn)用概念圖闡述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生分析與綜合、歸納與類比的能力。教師首先利用堿基與氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系、密碼子表、“搬運(yùn)工”tRNA等相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析細(xì)胞解讀mRNA遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)生物界的統(tǒng)一性；然后播放DNA翻譯過(guò)程的動(dòng)畫，讓學(xué)生完善概念圖并闡明遺傳信息的翻譯過(guò)程；最后引導(dǎo)學(xué)生提煉概念：DNA分子上的遺傳信息通過(guò)RNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。

活動(dòng)2：構(gòu)建中心法則圖解。生物界還存在其他的遺傳信息傳遞方式嗎？針對(duì)此問(wèn)題，教師呈現(xiàn)新冠病毒、艾滋病病毒等的相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析這些病毒的遺傳信息傳遞過(guò)程，構(gòu)建中心法則圖解，闡明在遺傳信息的流動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)是信息的載體，能量為信息流動(dòng)提供能量，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)觀、能量觀和信息觀。

（四）任務(wù)4：抗蟲蛋白基因表達(dá)與抗蟲性狀的關(guān)系（2課時(shí)）

需要解決的問(wèn)題：遺傳信息的傳遞和表達(dá)對(duì)抗蟲棉乃至生物體的重要意義是什么？

活動(dòng)1：剖析基因表達(dá)與生物性狀的關(guān)系?？瓜x蛋白基因表達(dá)與抗蟲性狀有什么關(guān)系？針對(duì)這一問(wèn)題，教師提供“抗蟲棉不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期和相同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期不同器官的抗蟲蛋白基因表達(dá)量和抗蟲性表現(xiàn)”資料，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材中的“圓皺粒豌豆”“白化病”等資料，闡釋基因通過(guò)控制其表達(dá)產(chǎn)物直接或間接控制生物性狀，進(jìn)一步分析闡明細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，即基因表達(dá)受到調(diào)控。那抗蟲蛋白基因如何實(shí)現(xiàn)選擇性表達(dá)呢？針對(duì)這一問(wèn)題，教師提供“抗蟲蛋白基因內(nèi)部啟動(dòng)子甲基化”資料，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材資料進(jìn)一步分析建構(gòu)表觀遺傳的概念。

活動(dòng)2：論證基因表達(dá)與人類健康。課前，學(xué)生進(jìn)行資料查找，搜集環(huán)境和不良生活方式對(duì)遺傳信息傳遞和表達(dá)的影響的案例；課上，學(xué)生通過(guò)小組匯報(bào)、展示交流等方式，從遺傳信息的傳遞和表達(dá)的角度分析遺傳現(xiàn)象，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)遺傳信息的重要性，深化生命的本質(zhì)觀；課后，學(xué)生根據(jù)所選案例，從遺傳信息傳遞和表達(dá)的角度向家人、親友宣傳不良生活方式的危害，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生應(yīng)用信息觀參與到社會(huì)議題的討論，提高了自身分析和解決問(wèn)題的能力。

四、落實(shí)單元評(píng)價(jià)，測(cè)評(píng)生命的信息觀

單元教學(xué)重視對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，主要評(píng)測(cè)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)主題的理解、學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成和學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與［4］。依據(jù)單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，可制訂如下單元評(píng)價(jià)目標(biāo)：（1）在學(xué)習(xí)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)”時(shí)，能夠通過(guò)科學(xué)史資料分析、闡述DNA作為主要的遺傳物質(zhì)所具有的結(jié)構(gòu)特征；（2）在學(xué)習(xí)“DNA的半保留復(fù)制”時(shí)，能夠運(yùn)用“假說(shuō)—演繹法”以圖示的形式分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從遺傳信息傳遞的角度概述DNA分子的復(fù)制過(guò)程；（3）在學(xué)完“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”后，能夠以概念圖的形式闡明遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程，從信息傳遞的角度概括中心法則；（4）在學(xué)完“基因表達(dá)與性狀的關(guān)系”后，能夠通過(guò)資料查閱、小組合作等方式舉例說(shuō)明環(huán)境和不良生活方式對(duì)遺傳信息傳遞和表達(dá)的影響，進(jìn)而運(yùn)用信息觀解釋生活中的遺傳學(xué)現(xiàn)象，理解生命的本質(zhì)。

本單元的教學(xué)思路為從“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉體內(nèi)抗蟲基因的傳遞和表達(dá)”情境中總結(jié)概括出遺傳信息傳遞和表達(dá)的一般規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的信息觀。觀念的形成依托概念的建構(gòu)。因此，教師應(yīng)以不同層級(jí)的概念為錨定點(diǎn)，依據(jù)學(xué)生在不同層級(jí)概念間的具體表現(xiàn)，判斷學(xué)生對(duì)概念的理解水平，診斷學(xué)生觀念的培養(yǎng)情況。例如，在DNA雙螺旋模型建構(gòu)過(guò)程中，通過(guò)小組展示、對(duì)比交流，學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，建構(gòu)出科學(xué)美觀的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，這既是對(duì)活動(dòng)成果的評(píng)價(jià)，也是對(duì)學(xué)生合作、表達(dá)等綜合能力的評(píng)價(jià)。在探究抗蟲基因表達(dá)和抗蟲性狀的關(guān)系任務(wù)中，學(xué)生搜集影響遺傳信息傳遞和表達(dá)的案例，通過(guò)匯報(bào)展示、社區(qū)宣傳，從遺傳信息的角度認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象，既是對(duì)單元概念的應(yīng)用，也是對(duì)學(xué)生的信息觀發(fā)展水平的測(cè)評(píng)。教師構(gòu)建“遺傳信息的傳遞和表達(dá)”單元思維導(dǎo)圖，以箭頭、文字闡述概念內(nèi)涵及概念間的聯(lián)系，考查學(xué)生能否基于概念提煉和應(yīng)用生命的信息觀，并以此指導(dǎo)生活實(shí)踐。

本單元的教學(xué)以“轉(zhuǎn)基因抗蟲棉”真實(shí)性情境為載體，創(chuàng)設(shè)單元學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決情境問(wèn)題，建構(gòu)重要概念，培養(yǎng)信息觀。基于信息觀的單元教學(xué)以學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展為導(dǎo)向，聚焦學(xué)科概念的結(jié)構(gòu)化落實(shí)，圍繞真實(shí)的生物學(xué)情境設(shè)計(jì)單元學(xué)習(xí)任務(wù)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生去解決問(wèn)題，并貫穿多元化的單元學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息觀的進(jìn)階性培養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 張秀紅.核心素養(yǎng)視域下的生物學(xué)觀念：內(nèi)涵、價(jià)值、內(nèi)容體系及教學(xué)［J］.課程·教材·教法，2017（9）：91-97.

［2］? 周初霞.聚焦生物學(xué)重要概念的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究［J］.生物學(xué)教學(xué)，2019（4）：7-10.

［3］? 丁靜.基于發(fā)展性任務(wù)驅(qū)動(dòng)的生物學(xué)教學(xué)真實(shí)性情境創(chuàng)設(shè)［J］.生物學(xué)教學(xué)，2020（2）：24-26.

［4］? 張鋒，林靜.核心素養(yǎng)視閾下高中生物學(xué)單元設(shè)計(jì)教學(xué)策略：以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”為例［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2021（16）：4-7.

（責(zé)任編輯 黃春香）

［基金項(xiàng)目］江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的高中生物學(xué)大單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：SJCX22_1207）。

［通信作者］張?。?967— ），男，漢族，江蘇人，副教授，研究方向?yàn)橹袑W(xué)生物學(xué)教學(xué)研究。