基于学生经验的探究性学习活动设计——以“基因表达载体的构建”教学为例

（福州市屏东中学，福建福州350003）

基于学生经验的探究性学习活动设计
——以“基因表达载体的构建”教学为例

刘萍

（福州市屏东中学，福建福州350003）

以“基因表达载体的构建”一课教学为例，阐述探究性学习活动设计应关注和收集学生经验，将学生学习中产生的问题作为学习活动设计的起点，应用恰当的教学策略和教学手段，将学生经验转化为课程资源，促进学生对科学概念的深层次理解。

学生经验；探究性学习活动；科学探究；设计

教学论认为,教学的本质是学,教要转化为学。教师在教学设计时,如果仅站在自己的立场，这样的教学设计只是关注了将科学结论教给学生,没有立足学生的学。最为常见的表现是，教师觉得自己对某知识点都“讲透了”，可学生做题还是不会。究其原因在于教师忽略了学生原有的知识结构与知识理解。基于学生经验的学习活动设计是为学生“学”的教学设计，一旦学生“先前知识”被激活，则会促进学生对科学概念的理解。本文以“基因表达载体的构建”为例，阐述基于学生经验的探究性学习活动设计。

一、为“教”设计走向为“学”设计，关注和收集学生经验

“基因工程的基本操作程序”是人教版选修3专题1“基因工程”的重点内容，“基因表达载体的构建”是基因工程的基本操作程序的第二个步骤，是基因工程的核心，也是学生学习难点。以往教学更多是通过大量的练习来突破此重难点，而不是通过课堂教学让学生理解问题的本质。实践证明这种教学方法费时低效。

在“基因表达载体的构建”教学时，笔者通过课堂观察、与学生交谈等方式，发现学生对基本概念停留在识记水平，而没有深入地理解，阻碍了其进一步的学习。另一方面，学生每每做到相关练习感觉到难的原因，主要在于常用的运载体质粒是一个环状DNA分子，具有空间结构，而教科书呈现的是平面结构，学生缺乏空间想象，难以理解目的基因和质粒连接时为什么是有一定方向、一定次序的？怎么选择合适的酶切，怎样才能让目的基因和质粒连接上，并且让目的基因能正确表达？而微生物知识的缺乏，又是影响学生理解如何利用基因表达载体上的标记基因筛选出含目的基因的受体细胞。

二、为“教”设计走向为“学”设计，关键是学生学习活动的设计

课堂教学设计的基本理念之一是“为学生的有效学习而设计教学”，学生主动、有效地学习必须通过学习活动情境去实现。因此，学生学习活动的设计是课堂教学设计的关键。

“基因表达载体的构建”一课主要教学目标是学生能够“基于中心法则，根据基因表达的过程，利用恰当的工具酶，构建基因表达载体”。运用“抗性基因插入失活法、影印培养法”，利用“标记基因筛选含有目的基因的受体细胞”，建立“为了让目的基因导入受体细胞并在其中稳定存在、复制和表达，需要在体外构建表达载体”的认识。因此，在学生对限制酶、DNA连接酶等的作用有了初步认识基础上，创设理论探究情境，引导学生模拟可视化的探究活动。让学习的重心从记忆事实转移到对可迁移的重要概念和知识结构的深层理解，促进学生思维能力的发展。

由于本节内容思维容量大，难度大，因此选择基于微课的先学后教的模式。课前，学生通过微课初步了解表达载体的重要性以及基因表达载体的组成成分及其作用。带着思考和疑惑走进课堂。开展三个探究学习活动，通过激疑——释疑——再激疑，层层深入探究，以达成教学目标。

1.“单酶切”模拟与分析活动

在学习了“DNA重组技术的工具”后，让学生用剪刀模拟SalI限制酶、胶带模拟DNA连接酶，模拟酶切和连接两种反应体系。要求：①经过酶切后，回收所需的目的基因片段和切割好的质粒。②连接产物限于两个及两个以下片段的连接。③用模型的方法推测实际可能产生的连接产物有几种？

通过模拟活动，学生得出，连接产物有：①目的基因和目的基因连接；②质粒和质粒连接；③目的基因的自身环化；④目的基因和质粒连接；⑤质粒的自身环化等。

接着，教师引导学生分析“为什么会出现这么多种连接产物？”“找出目的基因与质粒连接的产物”“试比较小组所构建模型之间的不同”。教师实物投影学生发现的目的基因-质粒的“正向连接”和“反向连接”，引导学生分析两种连接方式表达出的蛋白质是否一样？为什么？启动子和目的基因的方向正确了，目的基因是不是就一定能正确表达？引导学生利用微课学习的启动子、终止子的作用进行深入分析。

学生通过“单酶切”模拟与分析活动，发现原来并不是只有理想化的目的基因-质粒的连接产物，化微观为直观，激发学生进一步学习的热情。同时检测了学生课前微课学习的效果。

2.探究标记基因在筛选中的作用

引导学生思考，目的基因导入受体细胞，实际产生的多种连接产物，都有可能进入受体细胞（大肠杆菌），但只需要哪一种受体细胞？如何筛选？具体怎么操作？学生在已有知识与经验的基础上，有的认为在培养基中加入氨苄青霉素，有的认为在培养基中加入氨苄青霉素和四环素。教师进一步引导学生逐一分析连接产物上的抗性基因，以判断大肠杆菌存活还是死亡，进而判断方法的可行性。学生通过充分思考、讨论，提出完善方案是培养基中先加氨苄青霉素，再加入四环素，在氨苄青霉素培养基上存活，加入四环素后死亡的就是导入“目的基因-质粒”的大肠杆菌。但这种观点又遭到某些同学的质疑：“大肠杆菌死了还怎么培养？”教师适时地释疑，介绍“抗性基因插入失活法”和“影印培养法”。

3.探究如何保证目的基因定向插入

教师进一步激疑，筛选出的是含目的基因-质粒，是否全都是我们所需要的？学生立刻想到导入目的基因-质粒的大肠杆菌有2种，正向连接和反向连接，但无法筛选出来，看来“单酶切”不能解决此问题。科学家也在寻找解决方法，随着科学发展，越来越多的限制酶被发现。如何解决目的基因定向插入这个问题呢？用这种方法实际可能产生的连接产物有几种？

学生思考、讨论后认为，可以用两种不同的限制酶切产生不同的黏性末端的方法解决目的基因定向插入这个问题。但必须选择两种合适的限制酶。所以在学生展示交流的环节应先请未能及时完成任务的小组说说没完成的原因，暴露学生在思维上的困惑，进而分析原因，归纳“双酶切”比“单酶切”有哪些优势。

开展探究如何保证目的基因定向插入的活动，能很好地解决探究标记基因在筛选中的作用所产生的“单酶切的局限性”问题，让学生领悟科学探究过程的曲折和不易，激发学生进一步探究的热情。而课堂上的动手模拟“双酶切”，可以大大降低难度，化抽象为形象，使“定向连接”的问题迎刃而解，同时提高了学生发现问题，解决问题的能力。

三、探究性学习活动设计反思

1.基于学生经验，开展科学探究

教师要研究学生经验，诊断学生的理解程度，分析值得探究的问题、学生探究过程中可能产生的问题，创造条件引导学生探究，以及应用适当的方法来检验探究活动效果，进而创造性使用包括教材在内的课程资源。

同时，设计探究性学习活动时应遵循以下原则：①科学可接近原则。例如“基因表达载体的构建”空间想象难度大，思维跨度大，如果处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，导致教学流于形式。所以在教学过程中必须整合学生可以理解的情境，教师搭建好“脚手架”，使科学的学习与学生的生活、先前经验具有相关性，加深对科学方法、科学精神的理解。②思考可视化原则。利用模型、图片、实物等教学手段，化微观为直观，帮助学生基于感性认识的基础上进行抽象的逻辑思维。

2.创设联结，促进深度理解

学生并不总能洞察新知识与已有知识之间的联系，如果学生的知识没有形成一定的知识网络或图式，遇到实际问题或新情境，仅靠零散而非结构化的知识，是不利于访问和提取的。因此，教师设计探究学习活动时，必须帮助学生将学习材料纳入概念图之中，围绕核心概念与其他概念之间联系精心设计一个比一个更深入的问题情境，激发学生积极思考、深入探究、培养学生的思维能力，真正做到知识的内化和融会贯通。

总之，教师应从学生经验出发，基于学生经验，运用学生经验，积极探索有效途径，真正做到围绕学科的核心思想组织教学，发展学生的核心素养。一堂成功的课不是展示教师的才智、形象、语言，更要通过学生的成功来反映。

［1］〔美〕琳达.达林－哈蒙德等.高效学习：我们所知道的理解性教学［M］.上海：华东师范大学出版社，2009.

［2］周然，苏明学，刘爽.“基因工程的基本操作程序”的教学组织［J］.生物学通报，2013（9）.

［3］李娇.试论将学生经验作为课程资源的开发策略［J］.现代教育科学，2007（2）.

（责任编辑：陈欣）

本文系福建省教科所“十三五”规划2016年度教育科学改革专项课题“参与者知识观下高中生物课内外一体化教学模式研究”（项目编号：FJJG16－17）阶段性研究成果。