基于“教学评”一体化的教学实践——以《基因突变》为例
摘要
关键词
生物学科核心素养 ;“教、学、评”一体化;评价任务;评价量规;实践研究;基因突变
正文
“教、学、评”一体化是指教学中教师的“教”、学生的“学”以及教学过程中的“评”有机融合,以教学目标指导评价活动及标准的制定,落实评价结果反馈机制的教学模式,从而实现“以评促教”、“以评促学”。
笔者以“基因突变”教学为例,开展了“教、学、评一体化”模式的实践探索,尝试多角度设计评价量规,根据不同教学环节设计自评和互评;根据生物学核心素养的维度设计评价量规并尝试在课堂中应用。
本节课教学过程设计四个教学环节,对应四个资料分析,对应四个评价任务,并且设置了对应的评价量规,让学生对每个学习环节进行自评和他评。教学中坚持“教学评”一致性原则,持续对学生学习活动进行评价,及时发现问题并改进,同时以评价促进学生的学习方式改变,课堂教学效果能够得到更好的落实。
1.教学背景分析
1.1课标分析
根据课标内容要求,学生需要构建碱基的替换、插入或缺失会引发基因中碱基序列的改变;基因中碱基序列的改变有可能导致它所编码的蛋白质及相应的细胞功能发生变化,甚至带来致命的后果;细胞在某些化学物质、射线以及病毒的作用下,基因突变概率可能提高,而某些基因突变能导致细胞分裂失控,甚至发生癌变”三个次位概念,进而形成“由基因突变引起的变异是可以遗传的”重要概念。
对于各概念所需要达到的学习标准,分别使用了“概述”“阐明” “描述”这三个行为动词。其中“阐明”属于理解水平,其余属于了解水平。因此,本节的学业要求是:学生要能够主动构建出基因突变的概念,并阐明基因突变对蛋白质、对性状造成的影响。基于证据,论证可遗传变异可来自于基因突变(科学思维,科学探究)。并运用遗传和变异的观点,解释诱变育种在现实生产中的应用(生命观念,社会责任)。
因此,教学中需要通过资料分析和课堂探究活动,推理构建基因突变的概念,并分析基因突变对蛋白质和性状的影响。通过完成教材中思考与讨论,分析癌症的成因并总结基因突变的原因。分析航空育种的原理和结果。通过资料归纳总结基因突变的特点及在生物进化中的意义。
1.2教材分析
本节课为人教版必修二第五章第一节《基因突变和基因重组》第一课时。前4章是从分子水平来研究基因的本质和表达,第5章开始学习遗传物质在传递过程中所发生变化,先学习基因突变会产生新基因,从分子水平来研究生物的变异,再从细胞水平( 染色体变异)来研究生物的变异。本节内容包括基因突变的实例(镰状细胞贫血,细胞的癌变),基因突变的(内外)原因、特点,意义。教材是按照“情境(现象) -原因 意义”的认知逻辑进行编写的,分析资料构建概念,分析癌变的原因,并总结基因突变的特点和意义,便于学生理解抽象的概念,并训练学生的科学思维。
1.3学情分析
学生在初中阶段已经了解了生物的变异首先与遗传物质有关,其次与环境有关,在本章教学中将深人探讨遗传物质和环境是怎样引起生物变异的。学生前面学习了基因的表达等有关知识,能够分析基因的碱基排列顺序和蛋白质的氨基酸序列的对应关系。学生同时具备蛋白质分子的结构与功能观。能够分析基因的改变可造成性状的改变。本节课内容涉及癌症和航空诱变育种的内容,与学生的生活实际联系密切,能激发学生学习的积极性,培养学生的认知能力和研究精神。
2.学习目标
(1)构建基因突变的概念,阐明碱基的替换、增添或缺失会引发基因中碱基序列的改变可能引起蛋白质结构改变进而引起性状改变。形成结构与功能观。分析基因突变对生物进化的影响,建立进化与适应观。(生命观念)
(2)通过资料分析和探究活动,分析基因突变对蛋白质和性状的影响,归纳总结基因突变的原因、特点和意义。训练学生归纳与概括的科学思维和科学探究能力。
(3) 通过结肠癌实例分析基因突变的内外因素,讨论如何减少癌症的发病,关注健康生活。通过学习诱变育种的原理和方法,认识生物学知识在农业生产中的应用。(社会责任)
3.评价任务设计
(1)阅读学习任务单镰状细胞贫血资料并完成图解,阐释病因。
(2)小组合作讨论交流分析白化病和贫血症患者2号两个实例,结合镰状细胞贫血碱基替换实例构建基因突变的概念及其模型。
(3)分析基因突变对蛋白质、对性状造成的影响。
(4)分析结肠癌发病的原因,并归纳总结基因突变的原因。
(5)分析太空育种原理和结果。
(6)根据基因突变的概念和图片资料归纳基因突变的特点和意义。
4.教学过程
4.1创设真实情境,导入新课
教师播放太空南瓜育种视频,抛出问题:为什么会产生这么多种新的性状呢?
评价要点:学生能够说出发生了变异。
设计意图:基于问题链接新旧知识,激发学生好奇心。
4.2分析病症实例,构建基因突变的概念
学生活动1:分析镰状细胞贫血产生的分子机制。
教师出示资料1:
【科学史】镰状细胞贫血的发现:
(1)1910年,一个美国黑人青年由于发烧、肌肉疼痛和严重贫血到医院看病,检查发现患者的红细胞不是正常的圆饼状,而是弯曲的镰刀状,人们称这种疾病为镰刀型红细胞贫血症。其红细胞容易破裂发生溶血性贫血,严重时导致死亡。
(2)1956年,英格拉姆等人用酶将正常的血红蛋白和镰刀型细胞的血红蛋白在相同条件下切成肽段,通过电泳和纸层析方法联合使用对二者进行分析,发现正常的谷氨酸在镰刀型细胞的血红蛋白中替换成了缬氨酸。
教师提出问题:患者为什么供氧不足?研究发现发病的直接原因是什么?为什么会发生氨基酸的替换?学生填写基因表达的过程图总结病因。(人教版生物学必修二 81页思考与讨论)
评价要点:
1、能够说出是缬氨酸取代了谷氨酸。进而引起蛋白质空间结构的改变,引起性状改变。
2、能够正确完成DNA、RNA和氨基酸的对应关系的填写。
3、能够分析得出基因的碱基替换导致氨基酸序列的改变,进而引起生物性状的改变。
4、能够概括镰状细胞贫血的发病原因:碱基对的替换(根本原因)导致mRNA序列改变,进而引起氨基酸的改变(直接原因),最终导致性状的改变。
学习活动1 评价量规设计(自评)
学习活动 | 优秀 | 良好 | 合格 |
建立基因指导蛋白质的联系 | 能够按照确定模板链,碱基互补配对原则有逻辑的填写 | 需要借助教师指导或比对才能填写 | 只能按照密码子表拼凑或不明白题意 |
基于结构与功能阐明病因 | 能够建立现象与本质之间联系,逻辑清晰的阐述病因 | 需要借助教师指导才能完成,逻辑表述不够清晰 | 逻辑断点、不明白题意 |
学生活动2:小组合作讨论交流
资料2:白化患者1号的酪氨酸酶基因测序结果。
分析GGGTTC//CCCAAG→GGGGTTC//CCCCAAG(基因的929位和930位之间插入G//C对)
贫血患者2号
教师提出问题:
1、你能推测白化病患者酪氨酸酶氨基酸序列的变化吗?
2、请说出贫血症患者的基因、mRNA和蛋白质分别发生了什么变化?
评价要点:1、能够说出从第310个氨基酸开始,氨基酸序列都发生变化。
2、能够说出基因中缺失了一个碱基对G//C,使得mRNA上终止密码子延后出现,肽链变长,蛋白质空间结构改变。
通过分析的三个例子,同学们是否构建基因突变的概念及其模型。
DNA分子中碱基对的替换、增添、缺失而引起的基因碱基序列的的改变,叫做基因突变。
评价任务:能够构建出基因突变的概念及其模型。
DNA碱基序列改变,引起mRNA序列改变,可引起氨基酸序列改变,可引起性状改变。
能够说出碱基对的替换主要影响氨基酸种类变化;增添和缺失会影响氨基酸的种类和数量变化,进而造成性状的改变。
小结:基因突变对蛋白质(或氨基酸)、对性状的影响。
设计意图:
通过分析镰状细胞贫血等三个真实病例和学生活动分析碱基对的改变,对蛋白质的氨基酸序列,以及生物性状的影响,提升学生分析推理的能力。认识到蛋白质的结构决定其功能,形成结构与功能相适应的生命观念。完成课标概念3.3.1和3.3.2的学习。
学习活动2 评价量规设计(小组互评)
学习活动 | 优秀 | 合格 | 不合格 |
分析白化病患者1号和贫血症2号的病因 | 能够在小组讨论中起主导作用,基于活动1的逻辑,引领全组按照“基因→mRNA→蛋白质→性状”线索,对问题做出正确解释 | 在合作讨论的基础上,厘清思路,按照“基因→mRNA→蛋白质→性状”线索,对问题做出正确解释 | 没有思路和主观想法,仅依据别人作答记录或不参与、不记录。 |
4.3以结肠癌为例,分析基因突变的原因。
基因突变如果发生在某些特定基因,可能带来致命的后果。教师出示资料3:
资料3:结肠癌
结肠癌是常见的发生于结肠部位的消化道恶性肿瘤,结肠癌与人们食用红肉(如牛肉)有着很大的相关性。常发于直肠与乙状结肠交界处,以40~50岁年龄组发病率最高,男女之比为2~31发病率占胃肠道肿瘤的第3位。结肠癌主要为腺癌、黏液腺癌、未分化癌。大体形态呈息肉状、溃疡型等。结肠癌可沿肠壁环行发展,沿肠管纵径上下蔓延或向肠壁深层浸润,除经淋巴管、血流转移和局部侵犯外,还可向腹腔内种植或沿缝线、切口面扩散转移。慢性结肠炎患者、结肠息肉患者、男性肥胖者等为易感人群。
教师提出问题:1、从基因角度看,结肠癌发生的原因是什么?
2、健康人的细胞中存在原癌基因和抑癌基因吗?
3、根据图示推测(人教版生物必修二82页思考与讨论),癌细胞与正常细胞相比,具有哪些明显的特点?设问:基因为什么会发生突变?
评价要点:1、能够说出结肠癌的发病原因是原癌基因、抑癌基因发生突变的积累。
2、能够说出原癌基因和抑癌基因功能功能相互配合维持正常细胞分裂,表达异常会引起不正常分裂。
3、能够说出癌细胞的特点。
4、能够对致癌因子进行分类。
5、能够提出远离致癌因子,选择健康生活方式的建议。
过渡设问:基因为什么会发生突变?教师出示资料4:
资料4:
DNA复制尽管精确,但仍有10-9的错误率,那么约为31.6亿个碱基对的人类基因组复制一次产生3个错误,这些错误会产生的影响很大。
二战时,美国在日本的广岛、长崎投下两颗原子弹,导致以后大量畸形胎儿出生,畸形生物出现。肝炎病毒的基因融合于肝细胞的基因,使肝细胞发生变异。肝脏炎症的不断刺激,使肝细胞进一步变异,肝细胞不凋亡,而且不断地再生,就形成了肿瘤。2018年我国国家癌症中心统计数据显示,肺癌居全国癌症发病率和致死率的首位,发病人数为78.1万人,其中男性发病率为女性的二倍,这与男性有较高吸烟率有关。研究表明,烟草的烟雾中含有的多种成分如多环芳烃等具有致癌作用。
1、 你能将致癌因子分类吗?
2、你能提出减少癌症发生的建议吗?
评价要点:学生能够总结基因突变的原因:物理、化学、生物等因素引发基因突变的原理。(外因)。DNA复制出现错误等(内因)。
过渡:自然条件下,基因突变的频率很低,但有物理、化学、生物等因素可大大提高突变率。这在育种中给了人们很大启发。
设计意图:引导学生分析实例,概括癌变的原因。总结基因突变的原因。培养学生对事物进行调查研究及分类的科学思维。提升远离致癌因子,选择健康生活方式的社会责任感。
通过对结肠癌发病原因的分析,完成概念3.3.3的学习。引导学生深入理解自发突变具有低频性的特点,外因的诱导可增加突变率,为诱变育种提供理论支持。
4.4回扣课堂情境,分析太空育种的原理和结果
回扣课前抛出的问题,思考并回答太空育种应用的原理是什么?
评价要点:能够说出太空辐射和微重力等。能够说出基因突变是可以遗传的,是多代选育航天南瓜的理论基础。
设计意图:通过对航空育种原理的分析,引发学生对于基因突变作为可遗传变异内涵的思考。完成本节课“由基因突变引起的变异是可以遗传的”重要概念的达成目标。并认同科学技术的发展能够促进生产,增强社会责任感。
社会责任评价量规(自评)
健康生活 | 能够对致癌因子进行分类。 能够提出减少癌症发生的建议。 |
生产实践 | 能够说出航天育种原理是太空辐射和微重力等引发的基因突变。 能够说出多代选育航天南瓜是依赖于基因突变是可以遗传的。 |
说明 | 符合项目打√,√越多,相关社会责任越强。 |
4.5从现象中总结基因突变的特点和意义
资料5:
1、 自然界中的白化现象。
2、 不同部位不同时期突变的多肉植物。
3、 自然条件下的各种生物的突变率。
4、 果蝇多种眼色突变的图片(略)。
评价要点:总结基因突变具有普遍性、随机性、不定向性和低频性。
总结基因突变的意义。
设计意图:获取图文信息,总结基因突变特点,发展科学思维。
分析基因突变对生物进化的影响,建立进化与适应观。
教学反思:本节课重点和难点是构建基因突变的概念模型和分析基因突变对生物性状的影响。
因此通过设计分析镰状细胞贫血、白化病和贫血症2号等真实情境案例的学生活动,基于对生物学事实的分析,逐步构建概念模型。在此过程中提升学生分析推理的能力,进一步强化结构与功能相适应的生命观念,并关注健康生活和科技进步对人类社会发展的促进作用,增强社会责任感。
教学中坚持“教学评”一致性原则,持续对学生学习活动进行评价,及时发现问题并改进,同时以评价促进学生的学习方式改变。评价任务可以是多样化的。可以分析资料,可以设计学生活动,甚至可以只是一道选择题。但要能够通过评价任务,很好的诊断学生掌握学习内容的程度。
但由于这种方式刚刚起步,师生都有很多不适应,比如评价的方式、评价结果的高效使用等等,这需要我们不断探索,在教学中坚持“教学评”一致性原则,以评价促教学。
参考文献
[1] 高中化学“教、学、评”一体化教学的有效设计[J]. 施惠英.中学教学参考,2023(05)
[2] 学科核心素养引领下高中化学高效课堂教学模式研究[J]. 黄培硕.高考,2023(02)
[3]教学评一体化的实践困境与优化路径.郭林.江苏省徐州市教育科学研究院.思想政治课教学,2022(09)
[4] 基于地理核心素养培养的高中地理实验设计与实践——以“海水的性质与运动”为例. 张健.地理教学,2022
[5] 基于实践活动的高中生地理实践力表现性评价研究. 孙裕钰.地理教育,2022
[6] “教、学、评”一体化落实化学核心素养的实践研究. 陈子敏.天津师范大学,2020
[7]高中化学教师“教、学、评”一体化教学现状研究. 张志超.东北师范大学,2019
[8]“教、学、评一体化”的高中化学教学实践研究. 周师捷.湖南师范大学,2019
...