基于核心素养的探究式教学活化复习课堂

—以“基因工程”的复习为例

作者：陈招弟  黄惠玲

文章已被中学生物学杂志社录用,中学生物学杂志投稿链接：http://www.zazhi114.cn/zhongxueshengwuxue

摘要：基因工程的核心为基因表达载体的构建，为有效突破基因表达载体构建过程中重点和难点，本节复习课创设三个探究活动，结合小组合作交流、模型构建等方法进行难点突破。

关键词：核心素养、活动探究、基因表达载体的构建

基因工程是高中生物人教版选修三《现代生物科技专题》的第一个专题，本节复习课选取基因工程的核心操作步骤进行专项复习，该内容为选修三的重点和难点，也是高考考察的重中之重。例如2018年全国Ⅰ卷第38题，2017年全国Ⅰ卷第38题，2016年全国Ⅰ卷第40题，考察内容均为基因工程。

本节复习课为达到良好的复习巩固效果，于课前了解学生对知识的掌握情况，课中激发学生的学习兴趣和探究欲望，课后布置适量的作业进行再巩固。在基因工程的基本操作程序中，核心为基因表达载体的构建，也是本专题的难点所在。为有效突破基因表达载体构建过程中，关于目的基因插入表达载体的位置、限制酶的选择、标记基因的作用这三个重点中的难点。基于生物学核心素养：生命观念、理性思维、科学探究、社会责任，借助希沃白板、希沃授课助手等教学软件，采用创设探究活动、小组合作交流、模型构建等方法来突破本节难点，区别于传统的复习课堂模式。

1    结合实际情境，导入复习

结合生物学核心素养中的社会责任，即结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题^[1]。借此设计导入情境：学校饱蠹泉饲养许多色彩艳丽、形态多样的锦鲤，锦鲤被誉为“水中活宝石、会游泳的艺术品”具有很高的观赏价值，同学们喜欢在课间到饱蠹泉观赏锦鲤，但晚上受光线限制，无法观赏。结合实际情境设计问题：能否根据我们所学的知识，让同学在夜晚也能够到饱蠹泉观赏锦鲤，提高锦鲤的观赏价值？同时结合配套学案，形成自主探究，对学生步步引导，最后让同学根据基因工程的相关知识，尝试设计培育荧光金鱼的大致方案。借助希沃授课助手进行学生学案展示，并引导其他学生对学案进行评价与分析。从探究活动进行总结，梳理基因工程的基本操作步骤，并强调其核心为基因表达载体的构建。通过设置真实情境，让学生在解决实际问题的过程中，将生物学核心素养的四个要素有机整合，全面提升生物学核心素养^[2]。

2    基因表达载体的构建-核心

明确基因表达载体的构建为基因工程的核心后，为有效、准确地构建表达载体，需对构建过程中存在的难点和疑点进行突破。为了避免传统复习课堂气氛沉闷，结合核心素养中的理性思维和科学探究，尝试在复习课堂中掌握学生理性思维发展的程度，改善学生理性思维的方法，发展学生理性思维、科学探究的品质^[3]。理性思维是科学探究的重要内涵，科学探究是理性思维的实证过程，让学生较好地掌握本节内容，设计三个探究活动、自制教具、设计学案、结合希沃电子白板等多种方式进行难点阐述与突破。

2.1          探究活动（一）：基因插入表达载体的位置

2.1.1设计意图

要准确构建基因表达载体，必须明确载体的各个组件及其位置关系。通过之前新课的学习，大部分同学能说出基因表达载体的基本组件，但对于启动子、目的基因、终止子、标记基因这四个组件的位置关系和功能并不是很明确。如：启动子位于目的基因的首段，是RNA聚合酶识别与结合的位点，由启动子驱动目的基因进行转录。部分同学并不能准确对其进行表述与作答。因此设计探究活动一，借助小组交流讨论，进行有效突破。

2.1.2活动设计

    用图a所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图b所示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物有       ,不能表达原因是                 。

2.2.1设计意图

限制酶作为基因工程的基本工具之一，限制酶的选择是基因工程重点中的难点。在目的基因获取和基因表达载体的构建过程中，限制酶的正确选择极为重要，那如何选择限制酶呢？因为DNA序列非常微观，学生只能凭借作图、空间想象、推理分析等进行作答。在传统的复习课堂，多以老师的讲授为主，学生主要为听和记，课堂气氛沉闷，无法凸显出学生的主体地位。为避免传统复习课的存在弊端，通过设计探究活动、小组交流讨论、自制教具构建物理模型（如图1）、借助希沃白板对模式图进行标注等方式，进而达到有效突破关于限制酶选择的相关难点。

                 图1

2.2.2活动设计

若要利用某目的基因（图甲）和噬菌体载体（图乙）构建重组DNA，图中箭头表示转录方向，三种限制性核酸内切酶的酶切位点分别是：BglⅡ（A^↓GATCT）、EcoRⅠ（G^↓AATTC）和HindⅢ  （A^↓AGCTT）。

讨论：下列限制酶的选用是否适合构建基因表达载体？并说明原因。

1、用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体；

2、用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因和噬菌体载体；

3、用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和噬菌体载体；

4、用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因和噬菌体载体。  

2.2.3活动小结

学生通过小组讨论交流，并尝试进行基因表达载体的模型构建，活动过程中，课堂气氛活跃，且可锻炼学生合作探究和动手操作的能力。引导学生对四个讨论题进行总结，用一种限制酶切割目的基因和载体，可能出现目的基因、载体的自我环化及反向黏连，因此得到重组质粒的概率低；若选用两种限制酶进行切割，应考虑粘性末端是否能够发生碱基互补配对、是否能够正向相连等问题。

2.3探究活动（三）：标记基因的作用

2.3.1设计意图

在基因表达载体的基本组件中，标记基因的作用极为重要，可以将含有目的基因的受体细胞筛选出来，常用抗性基因、荧光基因等作为标记基因。若只用一个标记基因进行筛选，学生掌握得较好，如果在筛选过程同时需要用到两个标记基因，学生容易出现混淆。因此如何用两个标记基因如何筛选出含目的基因的受体细胞设计为本节的第三个探究活动。

2.3.2活动设计

某一质粒载体如下图所示,外源DNA插入到Amp^r或Tet^r中会导致相应的基因失活(Amp^r表示氨苄青霉素抗性基因,Tet^r表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamH Ⅰ 酶切后,与用BamH Ⅰ 酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题。

1、如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，能够存活的大肠杆菌是                  ，其原因是___________          ；

2、在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有_______的固体培养基；并说明原因：                                  

2.3.3活动小结

    通过对2016年全国Ⅰ卷的高考试题进行改编，侧重于标记基因的筛选过程。需要学生提炼题目中的关键信息，并梳理出大肠杆菌的类型，进而再一步步进行作答，先用含有氨苄青霉素的培养基筛选，筛选出含质粒载体和含目的基因重组质粒的大肠杆菌。再用含四环素的培养基对筛选出来的大肠杆菌进一步鉴别，在含四环素的培养基上，含目的基因重组质粒的大肠杆菌无法生长，因此如何获得大量含有重组质粒的大肠杆菌成为疑问？

3    课堂延伸

为了解决活动探究三存在的问题：如何获得大量含有目的基因重组质粒的大肠杆菌？

在本节复习课的末尾补充扩展：影印培养法。将在含氨苄青霉素培养基上生长的菌落原位影印到含四环素的培养基上，并对菌落进行标记，无法生长的菌落为含目的基因重组质粒的大肠杆菌，可从母版培养基（含氨苄青霉素）挑取菌落进行分离纯化扩大培养。

4    教学反思

基于生物学核心素养进行探究活动设计，使本节复习课的课堂气氛比传统课堂活跃了许多，学生的参与度高，知识的掌握情况也较好。高二年的学生具有一定抽象思维，但仍然需要感性知识、形象知识作为支持，在教学过程，利用演示、讨论等多种教学方法比单纯讲授的方法效果好，合理运用所学的知识及自制的物理模型，将复杂抽象的知识具体化，增强学生的感性认识，便于学生接受。通过设计活动探究，让学生积极参与课堂活动，使学生由被动接受转变为主动汲取，优化知识结构、促进思维发展，进一步提升了生物学科核心素养和关键能力，且符合面向全体学生、倡导探究性学习的新课程理念。

参考文献：

[1]邓鹏.生物学科核心素养中“社会责任”的思考与落实[J].中学生物教学，2017（7）:69-70.

[2]徐连清.基于生物学核心素养的高考备考策略研究[J].中学生物教学，2017（5）:15-19.

[3]浦玲.基于理性思维的高中生物复习教学策略[J].中学生物教学，2018（1）:123-1125.