聚焦智慧课堂 探索未来教育——以“基因指导蛋白质的合成”一节为例

◎ 陈 健

笔者在“聚焦智慧课堂,探索未来教育”的背景下,于近期以《基因指导蛋白质的合成》为主题开设了一节市级生物课堂教学公开课,取得了较好的教学和效果,现将原教学设计加以梳理,特借贵刊一角发表,与各位同行交流、研讨,以便得到更好的提高。

一、教材分析

本节课是人教版高中生物学教材必修2 第4 章第1 节的内容,本节内容是本章学习的基础,并对“基因对性状的控制”“基因突变及其他变异”的学习奠定基础。《课程标准》中与本节相对应的要求是“概述遗传信息的转录和翻译”。通过本节的学习,学生要理解遗传信息的转录和翻译过程。除了要掌握这个主干知识以外,还需要掌握的有DNA 与RNA 结构的比较、三种不同种类的RNA 以及遗传密码的组成。由于本节内容较为复杂、抽象,因而对学生的理解、探讨和知识掌握方面,带来了一定的困难。

二、教学目标

1.知识目标

概述遗传信息的转录和翻译过程;理解密码子和反密码子的概念;比较并说出DNA 与RNA 结构方面的异同点。

2.能力目标

运用数学方法,分析碱基与氨基酸对应关系;通过软磁贴演示转录和翻译过程,培养学生理性思维。

3.情感态度价值观目标

认同结构与功能相适应的观点;感受生命之美以及大自然的无穷奥秘;认同人类探索基因表达奥秘的过程永无止境,培养学生的担当意识和社会责任感。

三、教学方法

模型演示法,智慧课堂PAD 辅助教学

四、教学流程

1.巧设游戏,导入新课

教师展示综艺节目《爸爸去哪儿》的三对父子,将其顺序打乱,让学生对他们分别进行配对连线,通过学生说明选择的理由,引出性状这一概念,进而分析蛋白质与性状的关系,父子之间的遗传物质DNA 上的基因与性状的关系,学生得出基因指导蛋白质的合成这一推论。

2.问题驱动,分析实验

教师呈现问题:DNA 的主要分布场所? 蛋白质的合成场所?通过摆设软磁贴对应的教具引导学生关注空间位置中DNA 与核糖体的分布决定基因不可直接做模板指导蛋白质合成。

接着呈现科学家的研究资料——酵母菌酶解实验:1955 年,J.Brachet 曾用洋葱根尖和变形虫进行实验,如果加入RNA 酶分解细胞中的RNA,蛋白质合成就停止,而如果再加进了从酵母中提取出来的RNA,则又可重新合成一定数量的蛋白质。学生明确RNA 与蛋白质的合成有关。继续呈现文字资料和图片——变形虫培养实验:A 组变形虫用3H 标记的尿嘧啶核糖核苷酸来培养,发现标记的RNA 分子首先在细胞核中出现,很快在细胞质中也发现放射性;B 组变形虫用正常的尿嘧啶核糖核苷酸来培养,变形虫的细胞质和细胞核中均未发现有标记的RNA。学生明确RNA 可以从细胞核中出来进入细胞质,综合之前的信息,推断RNA 最可能做信使。教师明确科学家研究结果是RNA 的确可以做信使。师生明确DNA→RNA→蛋白质的信息流,共同回顾DNA 和RNA 的区别,分析RNA 为何适合作为信使。

3.模型演示,层层递进

明确RNA 转移DNA 的遗传信息的过程为转录。软磁贴教具演示转录的起始过程,后请学生上台完成后续操作。学生通过学案总结转录的定义,条件,碱基配对原则,产物等,通过PAD 拍照上传,教师选取典型范例展示,师生共同评价。教师介绍转录产物RNA 的类型,设问RNA 上转录的信息如何转变成蛋白质中的氨基酸序列,请学生分析推导碱基决定氨基酸的原理,在确定三个碱基就可以决定所有的氨基酸之后,教师请学生简单分析为何生物不选择四个碱基决定氨基酸,五个碱基决定氨基酸,学生分析得出生命的进化会遵循最简化原则的推论。师生总结密码子的基本概念。随后教师展示科学家尼伦伯格和马太无细胞体系破译遗传密码的科学实验,进而展示密码子表。教师继续设问:蛋白质上的氨基酸和mRNA 上的碱基是不同的“语言”,如何“沟通”? 通过类比中文和英文的关系,学生明确该过程需要“翻译官”。教师展示tRNA 的基本信息和模型。介绍反密码子的基本概念,请学生将相应的转运RNA 软磁贴与被转运的氨基酸软磁贴一一对应。软磁贴教具演示翻译过程。教师手持翻译得到的多肽链模型,请学生分析其若作为分泌蛋白其最终去向。学生通过学案总结翻译的概念,条件,碱基配对原则,产物等。通过PAD 拍照上传,教师选取典型范例展示,师生共同评价。教师顺势在教具中再放置一个核糖体,请学生分析二者合成多肽是否相同,拓展多聚核糖体的知识点,请学生自主分析其存在的重要意义。

4.学以致用,升华主题

从人类认识基因直至今天对于基因表达的研究从未停止。教师介绍《Nature》杂志关于基因表达研究的最前沿信息:来自英国与德国的两支团队分别使用2017 年的诺奖技术——冷冻电镜研究了Pol III 启动转录过程的详细结构基础。这些发现无论对基础研究,还是对未来的新药开发,都有重要的意义。原来在许多癌细胞中,Pol III 的活性会失去调控,出现过分活跃,方便细胞进行增长和增殖。随后请学生分析由此获得的治疗癌症的启示。教师总结:这是基础科学造福人类的最佳方式之一,作为当代的优秀青年学子们,我们有义务承担起这样的责任。最后通过“天下兴亡,匹夫有责”结课。

五、教学反思

首先,本节课的开篇设计较为新颖,独特,有效,通过游戏引入新课,使学生很快进入学习状态,积极参与到课堂教学之中,收到良好的教学效果。在教授具体的学科内容时,选择软磁贴作为材料制作教具,实现了学生从“看中学”到“做中学”的转变,使原本复杂的生物学知识被大幅简化。

其次,纵观整节课,教师在各个环节的教学中始终关注对学生的生物学核心素养的培养。“学为主体、教为引导、疑为主轴、动为主线”的教育思想渗透始终,高效地实现了师生互动、生生互动。教师把探究、模拟、抢答等活动有机结合起来,有效地实现了智慧课堂和传统教学的有效融合。

最后,通过本节课的教学,笔者对智慧课堂有了更深层次的理解:智慧课堂不是单一指网络媒体、计算机,而是只有通过智慧课堂,才能实现有效教学。