基于素材分析和自主探究的“基因突变”教学设计

杨勇

摘 要 以新闻视频素材创设教学情境，充分激发学生的学习兴趣；合作探究镰刀型细胞贫血症的患病原因，自主书写四个不同基因片段的转录和翻译产物，进一步构建基因突变的概念；以具体案例和资料分析的形式，合作学习与交流展示，来突破基因突变对生物性状的影响、遗传特点、原因和意义。

关键词 基因突变 自主构建 素材分析 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 教材分析

“基因突变”是人教版教材《必修2·遗传和进化》第五章第一节“基因突变和基因重组”中第1课时的内容，主要介绍了基因突变的概念、原因、特点和意义。本节内容是在学生学习了生物的遗传规律和伴性遗传以及基因的本质和基因的表达基础上，引入生物的可遗传变异内容，突出了生物变异的根本来源——“基因突变”，也为后面育种方式和生物进化的学习做好铺垫。

2 教学目标

2.1 知识目标

概述基因突变的概念含义；阐述基因突变的原因；举例说明基因突变的特征；概述基因突变的意义。

2.2 能力目标

在自主构建基因突变概念过程中，提高归纳总结的能力；在探究基因突变对生物性状影响过程中，提高分析问题和解决问题的能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

通过基因突变的诱发因素的学习，建立起健康的生活方式。

3 教学重点和难点

3.1 教学重点

基因突变的概念和原因；基因突变的特征。

3.2 教学难点

基因突变对生物性状的影响；基因突变的原因和意义。

4 教学过程

4.1 播放新闻视频，激发兴趣，导入新课

教师播放神州飞船上天和“太空南瓜”的视频素材片段，引导学生思考：随飞船携带的是普通南瓜休眠的种子，还是萌动的种子？它们在太空中受到了什么因素的影响？由普通南瓜的种子发育为太空南瓜是因为什么发生了改变？回到地面种植后得到的都是这样的“太空南瓜”吗？

设计意图：通过给学生以视觉刺激的视频片段创设教学情境，充分激发学生的学习兴趣和积极性，使学生产生探究欲望。

4.2 分析教材实例，合作探究，构建概念

教师通过PPT展示正常人的红细胞和镰刀型贫血症患者的红细胞图片，结合所学的知识引导学生观察两种红细胞中血红蛋白的不同，然后用PPT展示正常的血红蛋白分子和异常的血红蛋白分子中部分氨基酸的序列。要求学生结合教材P65的密码子表，小组合作完成镰刀型细胞贫血症病因图解（图1），并相互交流展示。在此基础上，教师引导学生进一步分析探讨：镰刀型细胞贫血症的直接原因和根本原因、基因突变的时间。

教师利用4个基因的片段素材（图2），引导学生学习小组合作写出：以a链为模板转录产生的mRNA碱基组成；翻译形成的多肽链上的氨基酸组成。学习小组相互展示后，探讨：2号与1号相比碱基对发生的变化？3号与1号相比碱基对发生的变化？4号与1号相比碱基对发生的变化？在此基础上，师生总结出基因突变的概念。同时教师要求学生思考：是否发生在DNA上任意部位碱基对的增添、缺失、替换都属于基因突变？

设计意图：通过学生相互合作，共同思考，增强了凝聚力。并且这样既复习了已学过的知识，又在分析镰刀型细胞贫血症这一实例的基础上，引导学生自主构建了新的知识——基因突变的概念。

4.3 分析具体案例，问题引导，突破要点疑点

教师提供自己收集的案例素材，设计系列环环紧扣的问题，层层深入，引导学生自主探究：基因突变是否一定或导致生物性状的改变？基因突变是否都能传递给后代？诱发基因突变的原因有哪些？我们应该拥有怎样的健康生活方式？

案例材料：

材料1：已知血红蛋白是由早幼红细胞产生的，镰刀型细胞贫血症产生的原因是早幼红细胞中第11号染色体（每个人有两条即为一对同源染色体）上血红蛋白基因发生突变所致，正常基因为A，突变后的基因为a。

材料2：有甲、乙、丙三个人，因为工作环境长期接触放射性物质，甲患镰刀型细胞贫血症，乙、丙不患病，现检测这三人早幼红细胞中第11号染色体上血红蛋白基因，发现甲、乙、丙三人的基因都发生了突变（如图），但检测这三人的精子中第11号染色体上的该基因都未发生突变。

问题设置：

① 甲的基因型是什么？乙和丙发生了基因突变为什么不患病？

② 这三人所发生的基因突变都可以传递给后代吗？

③ 材料中诱发基因突变的因素是什么？诱发基因突变的因素还有哪些？基因突变一定有外界因素的诱导吗？

④ 举例说出我们应拥有哪些健康的生活方式？

设计意图：联系具体案例，让学生用学到的知识来分析，鼓励学生相互合作，积极思考，通过小组讨论得出结论，既能对需要掌握的要点疑点印象深刻，又能培养学生良好的语言表达能力，还能适时对学生进行健康的生活方式引导。如学生们各抒己见，提出了：夏天外出涂防晒霜；避免喝反复沸腾水；少用电脑手机；少吃油炸的东西等健康的生活方式。

4.4 呈现有效资料，提取信息，总结特点和意义

教师在课前布置相应的任务，要求学生上网收集与基因突变有关的材料。课前，教师经过筛选，挑出其中与学习目标有关的信息，通过材料卡片呈现给各小组，以小组为单位，让学生从中提取信息，总结基因突变的特点以及基因突变的意义。

资料呈现：

资料1：1935年，美国科学家联合英国科学家在非洲大陆对11 270种植物进行了检查，结果发现在过去的7年间，98.7%的植物都曾发生过突变。但就其中任何一种植物而言，在自然状态下，发生一次变异的概率为1/1 988。

资料2：基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，可以发生在细胞内不同的DNA分子上，也可发生在同一DNA分子的不同部位。

资料3：经诱变处理的玉米的籽粒有紫色、白色、黄色，突变率是4×10-10；红色玫瑰花种子经过诱变种植出的花有白色黑色等多种颜色，突变率是3×10-9。经诱变处理的黑色家鼠产生的子代有灰色有白色突变率是5×10-9。

资料4：基因突变可能破坏生物体与环境的协调关系，而对生物有害（例如镰刀型细胞贫血症的产生），但有些突变也可能使生物产生新的性状，适应改变的环境，获得新的生存空间。有学者研究表明，基因突变对生物适应性的影响并不是非益即害或非害即益的，大量的基因突变是中性的，自然选择对这些基因突变不起作用。

资料5：椒花蛾有两种体色浅色（aa），黑色（AA、Aa），19世纪工业革命之前，浅色的地衣覆盖在树干和岩石上，相对于这种浅色的背景，浅色是保护色，黑色蛾子很容易被鸟类捕获。这时黑色的椒花蛾在英国很少见。黑色蛾子很难将黑色基因传递给下一代。到了19世纪之后，工业污染杀死了大部分地衣，暴露出深色的树皮，黑色成为保护色，这时浅色的蛾子存活率明显低于黑色蛾子，黑色蛾子多了起来。

设计意图：通过小组合作分析与展示，学生相互交流，补充完善，自主总结出基因突变的特点（普遍性、低频性、随机性、不定向性以及突变性状的多害少利性）和意义（生物变异的根本来源、提供生物进化的原材料），培养了学生对信息的提取和分析归纳能力。

5 教学反思

本节课注重各类素材的运用，如新闻视频、教材实例、教师收集的案例、学生收集的各类相关资料等，在教学过程中，笔者避开了直接讲授，而是利用素材和设置的问题，引导学生相互合作、自主探究，这样既激发了学生的兴趣，又促进学生积极参与思考，自主构建了基因突变的概念，解决了以下一系列要点和疑点基因突变是否都引起性状的改变？基因突变是否都能传递给后代？哪些因素能引起基因突变？基因突变有哪些特点？基因突变有什么意义？这样的教学取得了较好的教学效果。但也存在着不足之处，如“太空南瓜”新闻视频的引入与镰刀型细胞贫血症的实例分析之间缺乏一定的连贯性；由于本节中涉及的素材资料较多，而学生可能还未完全习惯这种教学模式，开始时进程显得略微缓慢。

参考文献：

[1] 闫立.“基因突变”一节的教学设计[J].生物学教学，2014，39（11）：34-36.

[2] 苏科庚.“基因突变”教学设计[J].中学生物教学，2012，5：：43-45.

[3] 张玉明.“基因突变大多数有害”的概念转变及应对策略[J].中学生物学教学，2014，10：26-28.

[4] 吴相钰，陈守良，葛明德，陈阅增.普通生物学[M].北京：高等教育出版社，2011.