基于重要概念的高中生物单元教学设计

高慧芳　钱慧婷　何晓宗　赵美荣

摘 要：在传统的课堂教学中，教师通常以单独的课时讲解碎片化的知识，忽略了知识的内在联系，这不利于学生构建完整的知识结构体系。为此，教师有必要进行整合性的单元教学设计，以提升学生的学习效果。文章以“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”这一重要概念的教学为例，对单元教学设计进行了深入探讨。

关键词：重要概念；遗传；单元教学设计；生物学科核心素养

基金项目：2022年度赤峰学院研究生教育教学改革项目暨研究生课程建设项目“研究生精品课建设——以生物学科前言专题为例”（项目编号：CFXYYKC2260）。

作者简介：高慧芳（1998—），女，赤峰学院化学与生命科学学院。

钱慧婷（1987—），女，内蒙古自治区赤峰市第十二中学。

何曉宗（1999—），男，赤峰学院化学与生命科学学院。

赵美荣（1981—），女，赤峰学院化学与生命科学学院。

一、单元内容分析

“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”这一重要概念，涉及人教版高中生物教材遗传与进化第3章和第4章的内容。这两章内容按照科学史的顺序，根据学生的认知规律，一步步引导学生探究了基因的本质和表达，解决了“基因是什么”以及“DNA如何传递遗传信息”等问题。各部分内容之间联系密切，在逻辑上层层递进，可作为一个教学单元。

二、单元教学思路

按照单元教学设计的基本思路，教师首先要创设相关的大情境，然后提出单元核心问题，最后根据问题设计学习主题，引导学生经历一个完整的知识建构过程［1］。本文以“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”这一重要概念的教学为例，结合人教版高中生物教材遗传与进化第3章和第4章的内容，从教学目标、教学过程、教学评价三个方面进行单元教学设计，构建“遗传信息控制生物性状，并代代相传”这一知识体系，从而培养学生的生物学核心素养。基本的思路见表1。

三、单元教学目标

单元教学目标的设计，应以学习活动为基础，渗透生物学科核心素养的内容，发挥学科的育人价值。

1.通过分析肺炎双球菌转化实验、模拟噬菌体侵染细菌的实验，明白DNA是遗传物质；通过设计实验证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，阐明DNA是主要的遗传物质。（科学思维、科学探究）

2.通过构建DNA双螺旋结构模型的过程、探索DNA的复制方式的过程，了解假说—演绎法的流程，认同科学技术进步对科学发展的作用。（科学思维、社会责任）

3.通过构建DNA的复制、转录和翻译模型，阐明DNA半保留复制的实验过程和基因的转录和翻译过程，形成DNA的结构与功能相统一的生命观念，进而了解生命承载着物质、信息和能量。（生命观念、科学思维）

4.通过同位素标记法的学习、转化实验的设计，了解多学科交叉与生物学发展的关系。通过分析、讨论生活中常见的几种表观遗传现象、了解吸烟对人体的危害，学会选择健康的生活方式。（社会责任）

四、单元教学过程

（一）主题1：DNA是主要的遗传物质（2课时）

活动1：探索肺炎双球菌体内转化实验。教师首先介绍R型细菌和S型细菌的特点及区别；然后指导学生进行“肺炎双球菌转化实验”的探索和讨论，让学生思考“与第三组实验对比，第四组实验中小鼠死亡的原因是什么？”这一问题，引导学生得出实验结论：加热杀死的S型细菌中，有使R型细菌变成S型细菌的物质——转化因子；最后引导学生进一步探索转化因子是什么。艾弗里在实验中把S型细菌中的各种物质进行分离提纯，制成细胞提取物并将之加入有R型细菌的培养基中，观察各种物质的作用，最终得出结论：转化因子是DNA。

活动2：探讨噬菌体侵染细菌的实验。教师首先讲解T2噬菌体的结构特点、繁殖方式等；然后引导学生了解如何用同位素标记法追踪噬菌体中DNA和蛋白质的去向，明确本次实验的关键思路；接着结合图例详细讲解噬菌体侵染细菌的过程；最后让学生利用教具（磁铁纸）模拟噬菌体侵染细菌的实验，分析搅拌离心后沉淀物放射性高低的问题。这样能帮助学生建构概念：DNA是噬菌体的遗传物质。

活动3：设计实验方案探究烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。本实验使用的是烟草花叶病毒，该病毒只由RNA和蛋白质组成。该实验的过程是利用该病毒的蛋白质和RNA分别去侵染烟草，最后观察到的现象是用RNA侵染烟草，烟草会出现花叶，用蛋白质侵染烟草，烟草没有变化。学生通过该实验能得出：烟草花叶病毒的遗传物质是RNA。

（二）主题2：探究DNA的结构（1课时）

活动1：梳理DNA分子结构的探索过程并构建DNA结构模型。首先，教师设置“DNA是由几条链组成的？”“构成DNA的基本骨架的物质是碱基还是脱氧核糖和磷酸？”“位于DNA内侧的碱基是如何连接的？”等问题，让学生阅读相关的资料回答问题，了解DNA分子结构的探索过程。然后，教师设置“组成DNA的基本单位是什么？”“脱氧核苷酸是如何连接形成多核苷酸单链的？”“多核苷酸链是如何构成DNA双螺旋结构的？”等问题，引导学生解决问题并利用手中的剪纸工具，构建DNA的结构模型。最后，师生共同总结DNA的结构特点。

活动2：首先，教师带领学生分析基因与DNA关系的实例，得出结论：基因是有遗传效应的DNA片段。然后，教师引导学生分析DNA片段中遗传信息的特性。最后，教师让学生小组讨论脱氧核苷酸、基因、DNA与染色体之间的关系。

（三）主题3： DNA的复制、转录和翻译（2课时）

活动1：首先，教师依据示意图解释DNA复制的两种假说，并提出问题：你认可哪种复制方式？如何证明？其次，教师结合相应实验进行演绎推理：用15N标记亲代大肠杆菌细胞内的DNA分子，并将大肠杆菌转移到含14N的培养基中培养2代，分别按照半保留复制和全保留复制的假说，演绎推理子代DNA的分子组成。由此得出结论：DNA的复制是以半保留的方式进行的。再次，教师采取问题驱动的方式教学DNA复制过程知识，设置与DNA复制相关的问题，指导学生根据所学模拟DNA的复制过程。最后，师生一起归纳总结DNA复制的相关知识点。

活动2：结合视频和示意图学习转录和翻译的过程。转录过程的学习：教师先结合两种核酸的结构，得出RNA适合成为DNA信使的原因；然后结合示意图和视频，详细讲解转录的四个步骤；最后检验学生的学习效果，检测学生对相应概念的掌握情况。翻译过程的学习：教师先结合视频解说遗传信息的翻译过程，分析DNA的碱基、RNA的碱基与氨基酸之间的对应关系；然后带领学生使用剪纸教具模拟翻译过程并展示成果；最后总结相关知识。模拟翻译的过程能培养学生的创造性思维，加深学生对相应知识的理解。

活动3：分析资料，构建遗传信息流动的中心法则。教师呈现科学家发现RNA复制酶、逆转录酶的资料，组织学生以小组为单位，从信息传递的角度，用流程图总结细胞中遗传信息的传递规律。

（四）主题4：基因控制生物体的性状和表观遗传（1课时）

活动1：列举实例，分析基因表达产物与性状的关系。教师先对比分析圆粒和皱粒豌豆的形成原因，解释皱粒豌豆形成机制：基因可影响酶的合成，进而影响生物性状；然后指导学生以小组为单位，学习人白化病和囊性纤维病的形成过程，探究这两种病的形成机制，并绘制思维导图；最后归纳基因表达产物与生物性状的关系。

活动2：举例说明细胞分化的实质。教师根据鸡的三种不同类型的细胞中DNA和mRNA的检测结果，对比分析这三种细胞中的DNA和合成的蛋白质，说明细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。之后，教师提出问题：基因的表达是如何调控的呢？

活动3：分析表观遗传现象。教师先引导学生阅读教材中“柳穿鱼花的形态结构和小鼠毛色的遗传”这一则资料，引导学生思考讨论相应问题，分析总结柳穿鱼花形态不同和小鼠毛色改变的原因；接着举例说明表观遗传现象，联系生活，指出吸烟会影响人的身体健康，帮助学生树立健康的生活态度；最后指导學生搜集相关资料，解释生活中一些常见的表观遗传现象，了解生物学科前沿知识，将生物学知识运用到实际生活中。

五、单元教学评价

结合教学内容和教学方式，本次单元教学设计将表现性学习任务贯穿于整个学习过程，因此，教师可采用基于真实情境的教学评价方式来评价学生在任务中的表现，追踪学生学科核心素养的发展［2］。 以探究DNA的结构的教学设计为例，笔者将表现性任务设置为动手制作DNA双螺旋结构模型，同时设置了相应的评价标准：（1）能够准确完成DNA双螺旋结构模型的构建，并对模型进行评价，同时能根据模型阐述DNA的结构特点，得5分；（2）能够准确完成DNA双螺旋结构模型的构建，但是不能完整地说出DNA的结构特点，得4分；（3）能够准确构建脱氧核苷酸模型、脱氧核糖核酸单链模型、DNA双螺旋结构模型，得3分；（4）能够准确构建脱氧核苷酸模型、脱氧核糖核酸单链模型，得2分；（5）能够准确构建脱氧核苷酸模型，得1分。

六、单元教学反思

人教版高中生物教材遗传与进化第3章和第4章的内容相互联系，层层递进，可以作为一个教学单元，让学生掌握“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”这一重要概念。本次的大单元教学设计，以重要概念为统领，内容涵盖了基因的本质和表达，以恐龙的遗传物质为切入点展开探讨，结合学生的认知规律，设计了与学习主题相关的活动，改变了碎片化知识教学的情况，注重知识之间的内在联系，能促进学生核心素养的培养。

［参考文献］

赵玥.“人体的免疫调节”单元教学设计［J］.生物学教学，2020，45（8）：31-33.

束欣卓，刘娴.大概念统摄下的高中生物单元教学设计策略例析：以“遗传的细胞基础”为例［J］.中学生物学，2022，38（5）：18-21.