基于“教学评”一体化教学设计理念的单元教学设计——以《基因的表达》为例

山西省晋中市榆次第二中学校 智 媛 杨 康

山西省晋中市教育局 岳 丽

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出，教学设计要以发展学生的核心素养为宗旨，生物学学科核心素养包括“生命观念、科学思维、科学探究、社会责任”，是生物学学科育人价值的集中体现，为教师教学活动的设计指明了方向。单元教学设计是一种介于课程规划与课时教学设计之间的中观层面的教学设计，是落实核心素养发展的行之有效的教学策略。“教学评”一体化教学设计理念强调学习目标、教学活动和达成评价之间的对应程度，关注“学生到哪里去、怎么去那里、是否去了那里”的问题。本文尝试以《基因的表达》为例，进行单元教学设计，从而促进学生生物学学科核心素养的发展。

一、单元教学内容分析

本单元探讨基因是如何起作用的，介绍了遗传信息的传递和表达、遗传信息对性状的控制、遗传信息表达的调控等内容，围绕三个核心问题的解决按照以下逻辑关系展开：首先，解决“基因在生物体中如何表达？”的问题，DNA的遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译表达为具有一定氨基酸序列的蛋白质，在遗传信息流动的整个过程中需要ATP提供能量，由此让学生形成“生命是物质、信息、能量的统一体”的生命观念；其次，解决“基因表达与性状之间有何种关系？”的问题，基因通过两种方式控制生物体的性状，一方面通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状，另一方面通过控制酶的合成控制代谢过程进而控制生物体的性状；同时，生物体多种性状的形成以细胞分化为基础，而细胞分化是基因选择性表达的结果；最后，解决“基因表达在生物体中是如何受到调控的？”的问题，基因什么时候表达、在哪种细胞中表达以及表达水平的高低都是受到调控的，而这种调控与表观遗传有着密切的联系。基于以上分析，建构本单元的知识结构图（见图1）。

图1 单元知识结构

本单元帮助学生建立的是两个次位概念：“次位概念1——概述DNA分子上的遗传信息通过RNA指导蛋白质的合成，细胞分化的本质是基因选择性表达的结果，生物的性状主要通过蛋白质表现。”“次位概念2——概述某些基因中碱基序列不变但表型改变的表观遗传现象。”进一步帮助学生构建重要概念“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”，对学生形成“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的核心概念具有重要作用，加深了学生对遗传本质的理解。

二、单元教学设计思路

本单元教学设计，以“教学评”一体化的教学设计理念为指导，基于课程标准、教材内容、学生学习情况制订单元学习目标，结合学业质量标准对核心素养的不同水平要求，设计评价任务和评价标准，以单元核心问题的解决为学习方向，采取“情境创设、问题导学、任务驱动”的教学策略，创设真实的问题情境，提出指向高阶思维的问题，布置进阶性的任务，组织体验化和探究化的活动，帮助学生建构概念并发展核心素养。

在《基因的表达》单元教学设计中，用大情境“1978年，科学家将人的胰岛素基因转入大肠杆菌中，利用大肠杆菌生产胰岛素”贯穿整个单元教学，共解决3个单元核心问题，具体设计方案如下。

单元核心问题1：基因在生物体中是如何表达的？在解决此单元核心问题时，提出“具体课时问题1：胰岛素的化学本质是蛋白质。转入的胰岛素基因是如何表达出胰岛素的？”设计两个学习任务，分别为“任务1：概述遗传信息的转录过程”和“任务2：概述遗传信息的翻译过程，阐明中心法则的内容”。

单元核心问题2：基因表达与性状之间有何种关系？在解决此单元核心问题时，提出“具体课时问题2：转基因大肠杆菌可以表现出产生胰岛素的新性状。基因如何控制生物体的性状？同一生物体的多种性状又是如何形成的？”设计的学习任务为“任务3：举例说明基因对性状的控制方式，阐明细胞分化是基因选择性表达的结果”。

单元核心问题3：基因表达在生物体中是如何受到调控的？在解决此单元核心问题时，提出“胰岛素基因在大肠杆菌体内不一定表达。基因的表达受哪些因素的调控或影响？”设计的学习任务为“任务4：概述表观遗传现象”。

三、单元学习目标

基于对课程标准中的内容要求和学业要求、教材内容以及学情的分析，制定本单元的学习目标如下。

（一）生命观念

能运用生命的信息观，阐明细胞中时刻进行着遗传信息的转录和翻译，举例说明基因、蛋白质、性状之间建立的关系实质上是遗传信息的传递、表达和调控；基于地球上几乎所有的生物共用一套遗传密码的事实，运用生物进化观，认识生物界的统一性，认同生物可能有共同的起源；运用结构与功能观，解释RNA作为DNA信使的条件。

（二）科学思维

能基于遗传密码破译的科学史，运用演绎推理的方法分析碱基与氨基酸的对应关系；能基于给定的生物学事实，分析归纳基因控制性状的两种方式，分析概括细胞分化是基因选择性表达的结果，分析阐明表观遗传的本质与机理；能基于生物学现象的分析，批判性地认识基因、环境、性状之间的关系。

（三）科学探究

运用科学探究的基本思路和方法，能基于给定的生物学实验现象，分析得出RNA作为DNA的信使；基于同卵双胞胎具有微小差异、高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常的果蝇成虫等现象提出假说。

（四）社会责任

运用表观遗传的知识，帮助学生认识吸烟等不良生活习惯的危害，从而养成健康文明的生活方式；运用表观遗传知识帮助慢性乙肝患者寻找治疗方案，关注身边的社会议题，并提出解决方案。

四、主要单元教学过程

本单元大致用4个课时解决3个核心问题，下面以核心问题的解决阐明本单元主要的教学过程。

（一）基因在生物体中是如何表达的？（2课时）

课时1：遗传信息的转录

活动1：分析经典实验得出RNA可以作为DNA的信使。首先，教师提出问题“基因指导蛋白质的合成可采取哪些方式？”指导学生根据已有知识从多角度进行解释，分析得出最合理的解释为“存在一种中介将DNA的遗传信息传递给蛋白质”；接着，教师进一步提出“哪种物质最有可能作为中介？为什么？”学生比较DNA和RNA的结构，作出假设“RNA最有可能作为信使”；最后，教师呈现“RNA与蛋白质的合成有关”“RNA可以在细胞核内合成进入细胞质”“RNA的合成以DNA链为模板”三个角度的实验证据，引导学生分析得出RNA可以作为DNA的信使。

活动2：概述遗传信息的转录过程。首先，教师播放遗传信息转录的视频，提出问题：（1）RNA合成的场所、模板、原料和酶分别是什么？（2）RNA合成的起始是如何决定的？结束又是如何决定的？（3）请给转录下一个定义。学生观看视频后分析回答上述问题，概述遗传信息的转录过程；随后，教师引导学生分析比较DNA的复制和转录，分析转录出的RNA碱基序列与DNA两条单链碱基序列的异同，进一步加深学生对转录过程的理解。

课时2：遗传信息的翻译及中心法则

活动1：分析碱基与氨基酸之间的对应关系。首先，教师引导学生运用数学方法演绎推理碱基与氨基酸之间的对应关系，并对此问题提出假说；其次，教师呈现课本《生物科学史话——遗传密码的破译》，引导学生分析克里克等科学家破译遗传密码的过程所蕴含的科学思维和科学方法；最后，教师引导学生分析21种氨基酸的密码子表，找出特殊的密码子（起始密码子和终止密码子），进一步分析密码子和氨基酸之间的对应关系，归纳密码子的特点，并阐明密码子简并性和普遍性的意义及其蕴含的生命观念。

活动2：概述遗传信息的翻译过程。首先，教师播放遗传信息翻译的视频，提出以下问题：（1）mRNA上的什么信息决定翻译的起始和终止？（2）核糖体、tRNA是如何协同配合读取mRNA上的密码子并合成肽链的？（3）将课本图4-7蛋白质合成示意图中所形成的氨基酸序列写出来。（4）翻译合成的肽链是否具有生物学功能？学生观看视频后分析回答上述问题；其次，教师提供核糖体、氨基酸、mRNA、tRNA的实物模型，学生以小组为单位模拟翻译的过程；最后，结合课本多聚核糖体的图示，教师引导学生分析多聚核糖体对生物体的意义。

活动3：了解中心法则的修正和提出。首先，教师引导学生根据基因表达过程和DNA复制过程写出遗传信息的流动方向，并用流程图的形式表达出来；随后，教师提供资料“RNA复制酶的发现及作用”和“逆转录酶的发现及作用”，引导学生分析资料并对遗传信息的流向进行补充，体会科学是不断发展的。

活动4：建立生命的信息观。结合遗传信息的流动，教师提出问题：（1）亲子代之间传递的是物质、能量还是信息？（2）遗传信息在传递的过程中需要哪些条件？（3）你认同生命是物质、能量、信息的统一体吗？你是怎样理解的？教师基于上述问题的分析，帮助学生建立生命的信息观。

（二）基因表达与性状之间有何种关系？（1课时）

活动1：举例说明基因控制性状的两种方式。首先，教师呈现资料“镰状细胞贫血症和囊性纤维化的症状及病因”，让学生分析两种病症的原因，归纳总结基因控制性状的方式之一是直接控制蛋白质的结构；随后，教师呈现资料“科学史上关于尿黑酸症症状及病因的研究”和“比德尔和塔特姆提出一个基因一个酶假说的研究”，学生阅读并分析资料，最终得出基因控制性状的另一种方式是控制酶的合成控制代谢过程。

活动2：阐明基因选择性表达与细胞分化的关系。教师呈现资料“鸡的输卵管细胞、红细胞、胰岛细胞的DNA和mRNA检测结果”，提出以下问题：（1）三种细胞合成的蛋白质种类有什么差别？（2）对比三种细胞的DNA和mRNA存在何种差异？（3）基于以上问题分析，阐明细胞分化的实质。学生通过分析，得出细胞分化是基因选择性表达的结果。

（三）基因表达是如何受到调控的？（1课时）

活动1：概述表观遗传现象。首先，教师呈现同卵双胞胎具有微小差异的事实，提出问题：基因的不同表达是如何实现的？然后，学生回顾基因、蛋白质、性状之间的关系以及基因表达的过程，在教师的引导下作出两种假设：（1）基因的不同表达是因为基因发生了变化；（2）基因的不同表达是在表达过程中发生的。接着，教师呈现课本资料“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”，引导学生思考课本问题，并以图示的形式表示两种生物性状改变的原因；最后，教师引导学生概述表观遗传现象，解释同卵双胞胎具有微小差异的事实。

活动2：了解表观遗传的调控机理。教师分别呈现转录水平调控和翻译水平调控的资料：资料1“胰岛素分泌受损与DNA甲基化”、资料2“组蛋白修饰与胰岛素表达”、资料3“RNA干扰技术的发现”，引导学生分析资料，总结表观遗传的机理（DNA的甲基化、组蛋白修饰、RNA干扰）。

活动3：说出表观遗传调控机理对健康生活的启示。教师提供科学家的调查研究结果：“结果1，祖父辈青春期前大吃大喝，其子孙患糖尿病的概率增加”“结果2，父亲少年抽烟，其儿子少年时体重超标的概率就会增加”“结果3，怀孕期间营养过剩会影响后代胰岛B细胞的功能。”引导学生说出表观遗传的调控机制对健康生活的启示。

活动4：简述基因、环境、性状之间的关系。首先，教师引导学生对课本“高温培养残翅果蝇幼虫得到翅长接近正常果蝇成虫的现象”提出假说；其次，学生运用课前收集的资料评价“基因决定生物体的性状”这一观点；最后，教师引导学生简述基因、环境、性状之间的关系。

五、单元评价任务

基于对学习目标达成情况的反馈，本单元设置如下评价任务：（1）用一个真核细胞结构模式图（以胰岛B细胞为例），提供DNA分子平面结构模具（可拆成两条链）、4种脱氧核苷酸若干、4种核糖核苷酸若干、核糖体、氨基酸、mRNA、tRNA的实物模型，模拟遗传信息转录和翻译过程。（2）用概念图的形式表示基因、蛋白质、性状、环境、表观遗传之间的关系，并用准确的语言描述所呈现的关系。（3）乙肝病毒（HBV）感染肝细胞后，会将其基因插入人体肝细胞基因组序列中导致慢性感染，抑制HBV基因在肝细胞中的表达是治疗慢性肝炎的重要手段。运用表观遗传的机理，提出治疗慢性乙肝的策略。

六、单元教学反思

单元教学设计聚焦以次位概念为基础的重要概念的建构，突破了传统教学以课时为单位传授零散知识的局限，有利于形成结构化的概念体系，有利于通过多个课时的教学共同达成学科核心素养的培育。本单元教学设计从核心素养的不同维度精准制订单元学习目标，为检测目标的达成情况，结合学业质量标准设计评价任务，践行了“教学评”一致的教学理念。此外，在具体教学过程中，运用“情境创设、问题导学、任务驱动”的教学策略，让学生对真实情境提出问题、作出假说，分析经典科学实验得出结论，运用建模、演绎推理等思维方法探讨生命规律，针对生活中常见疾病提出治疗策略，有力地发展了学生的科学探究和科学思维等生物学学科核心素养。