浅谈在“基因工程”教学中培养学生的学习能力
2022-06-08
摘 要 通过对“基因工程‘三维目标的解读及教学现状的简要分析，对在生物学教学中提高学生的生物科学素养和培养学生的学习能力等方面，提出了相应的教学策略。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词 基因工程 教学策略 能力培养
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
下面通过对“基因工程”教学现状的简要分析，谈谈教师在高中生物教学中应该采取的基本教学策略。
1 课程标准中有关“基因工程”的三维目标解读
在《普通高中生物课程标准（实验）》以下简称《标准》中有关“基因工程”的教学内容，究其课程的具体内容标准来说，主要包括：简述基因工程的诞生;简述基因工程的原理及技术;举例说出基因工程的应用;关注转基因生物和转基因食品的安全性;调查基因工程产品在社会中的应用情况，讨论转基因生物的利与弊等。
该部分内容从知识目标上看，属于“了解”水平;从情感目标上看，属于经历和反应水平。初看似乎要求的层次不高，且看不出能力目标的要求。但仔细挖掘“基因工程”及相关的学习内容，就不难发现其中蕴含着比较丰富的能力目标要求。例如，在简述基因工程操作的步骤中，需要用到的“微生物培养”、“植物组织培养”等实验技术，就涉及到“尝试”等操作水平和“运用、进行、测定”等独立操作水平的能力目标要求。
在以《标准》为纲要编写的人教版高中生物教科书中，关于“基因工程”及其相关的知识内容主要见于：必修二《遗传与进化》第六章第二节“基因工程及其应用”和选修三《现代生物科技专题》专题1“基因工程”等部分。从这些内容上看，虽然篇幅并不多，但从全面落实课程目标出发，教师要组织好探究性学习，以及落实科学、技术、社会相互关系的教育;从考试大纲框定的4项能力要求的考查上，涵盖的知识目标与能力目标却非常丰富，教师在教学中应高度重视。
2 目前高中生物教学中存在的问题简析
“基因工程”的学习内容在高中生物课中所占课时较少，教科书呈现的内容文字简要，配套的插图又相对抽象，加之学生的认知层次处于提升阶段，由此使教学难度增大，教师在教学中不易把握尺度。更何况受时下应试教育之风的影响，不管是新课教学，还是复习教学，教师对考点较少的内容普遍存在着轻描淡写的现象。其结果是，应该完成的课程目标不能真正落实，学生的知识掌握和能力训练也不能准确到位，从而导致学生对高考试题的求解得分率并不高。
笔者通过对近五年全国卷、京津卷、川渝卷等多套高考试题的简要分析后发现，关于“基因工程”的考题大多以填空题的形式出现，考查的内容不多，究其分值所占比例都不超过10%;究其考题难度多属于容易题，或最多达到中等难度;究其能力要求，多侧重理解能力的考查。
就“基因工程”的考点来说，试题的命制者常常结合“孟德尔遗传定律”“减数分裂”“基因的表达”等主干内容的遗传考点，通过选取新的情境材料，进行巧妙的穿插设问，使试题更加灵活多样。这样可以比较全面地考查考生的思维宽度和建构知识体系和分析解决问题的能力。
基于上述分析，在高中生物有关“基因工程”内容的教学中，教师加强对学生认知能力、思维能力等的培养，有着十分重要的意义。
3 基于课程标准的常态教学应该采取的策略
依据《标准》提出的四项课程理念和三维课程目标，不论是新课内容的学习，还是复习课的教学，教师都应该着眼于学生终生发展的需要，特别是应对高考内容的复习教学，应该按照《考试大纲》框定的考试范围与突显的能力要求，对“基因工程”的知识要点，通过有序的简要重组，从以下几个方面来组织教学内容，从而可收到比较明显的成效。
3.1 注重知识的前后联系，培养学生的理解能力
在“基因工程”部分的教学中，教师可通过联系前后所学知识，使学生温故知新，学会融会贯通，提升对问题的理解能力。
基因工程操作的最基本工具是高考最常考的知识点。其中的“工具酶”，又几乎是历年试题都要涉及到的内容。在新课学习乃至高考的复习过程中，学生很容易将涉及到DNA结构和功能的多种酶，如解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶与限制酶、DNA连接酶等混为一谈，分辨不清。由此，学生会对进一步理解基因工程的操作步骤，带来一些新的困惑。在教学中，教师有必要带领学生理顺以下知识脉络。
教师首先可引导学生逐步回忆：① DNA分子的结构特点;② DNA复制的过程中，涉及到解旋酶、DNA聚合酶的作用;③ DNA转录形成mRNA时，涉及到RNA聚合酶的作用……
再进而引导学生采用列表比较的方式，将解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几种酶与“基因工程”中的限制酶、DNA连接酶等工具酶，从催化化学反应的类型、酶发生作用的部位等方面进行比较，从而使学生进一步加深对酶专一性的理解。
在认识限制酶、DNA连接酶的作用部位时，教师还可充分利用学生对《必修二?遗传与进化》第六章图6-4的认识，要求学生在图中标注出相应酶的作用部位。最后辅以跟踪练习，检测学生对上述几种酶的区分与认知情况。
3.2 创设实验情境，培养学生的实验与探究能力
例如，《选修3?现代生物科技专题》的“基因工程”专题学习中，“将目的基因导入受体细胞”就涉及到前面学过的“植物组织培养”等实验技术。“植物组织培养”在《必修1?分子与细胞》的“细胞的分化”中首次提出。在《必修2?遗传与进化》的“单倍体育种”部分，所谈到的“花药离体培养”也属于该项技术。只有在《选修1?生物技术与实践》专题3“植物的组织培养技术”的学习中，才真正涉及到实验与探究过程的认识与具体操作。
在《选修3?现代生物科技专题》专题1中，谈到“基因工程操作的基本程序”时，提出“目的基因的受体细胞需要培养”，涉及到前面所学的“植物组织培养”“微生物培养”等实验技术的运用。在教学时，教师有必要引导学生恰当地联系前后知识，使学生清楚地理解操作步骤的真正内涵。又如学习“目的基因的检测与鉴定”步骤，对于目的基因表达出的性状之检测与鉴定，教师也可引导学生再次设计个体生物学水平的鉴定实验（如转基因抗病植株可采用抗病的接种实验），以确定目的基因是否表达。 因此，不管是新知识的学习还是高考复习中，教师都可以采用创设不同的实验情境，检验学生是否已经熟悉、理解并能灵活运用所学到的相关实验技术。这样突出探究性的学习过程，还有利于学生自主建构相关的知识体系（包括概念图构建）。
3.3 图文结合，培养学生获取信息的能力
在《必修2?遗传与进化》第六章的“基因工程及其应用”中谈到基因工程操作的基本步骤时，教材只有一个简单的示意图（图6-6）;在《选修3?现代生物科技专题》专题1“基因工程操作的基本程序”一节中，教材则除了有一个文字流程图（图1-6）外，还有配图1-11、1-14等多个插图。要帮助学生对这一抽象难懂的学习内容有一个较为清楚的理解，很显然，教科书插图中蕴含信息的提取与图文结合的分析就是教学中最为重要的一环。
若教师细心审视上述教科书中的插图，尤其是《遗传与进化》第六章图6-6，可发现其中蕴含了“基因工程”操作四部曲完整丰富的信息。教师有必要带领学生一步步去读懂插图，从中提取出有关的具体学习信息，从而理解“基因工程”操作的四个步骤。
例如，针对《遗传与进化》第六章图6-6中“用限制酶切断DNA”这一步骤，教师可通过对图中示意的“运载体”和“目的基因”及两者关系，试作简析：这里的“DNA”，指的是“目的基因”和“相应运载体片段（质粒DNA）”;这里用到的“限制酶”是同一种限制酶。同时提醒学生在图中恰当位置，做出清楚的补注，即在图中“用限制酶切断DNA”处，写出“用同种限制酶切断目的基因和运载体”。这样的识图与剖析可有效地化解图示基因工程操作步骤中的一个认知难点，也有助于学生理解《选修3?现代生物科技专题》专题1中“基因工程操作的基本程序”。
又如，在认识基因工程操作的运载工具――运载体时，教师可提出以下问题：为什么常用的运载体是质粒？质粒为什么能做运载体？作为运载体应该具备什么条件？……教师通过一系列问题引导学生在《遗传与进化》第六章图6-5的细读中，挖掘出隐含的知识点，如：质粒基因和拟核基因的比较;发现质粒上有抗生素抗性基因的存在，而抗生素抗性基因可作为标记基因又恰巧是质粒作为运载体的必备条件之一。判断负载目的基因的质粒（重组质粒）是否导入大肠杆菌等受体细胞，可通过配制特定的选择培养基来进行检测与筛选。
这种图文结合分析的学习过程，将图像信息转变成文字信息，就是学生应该获得的一种学习能力。这样的学习也是对学生思维转化的一个训练过程。在遇到有关“基因工程”图文结合的试题时，学生就比较容易破解。
基因工程及其在农业、工业、医药等诸多领域的应用，对人类的生产、生活带来了深刻的改变，也不断地影响着人们的思想观念和思维方式。在“基因工程”的教学中，教师除了以“基因工程的原理及技术”等知识为基础，帮助学生主动建构知识，发展科学探究能力，还可让学生收集“转基因食品安全性”等资料，开展“关于转基因食品安全性”等问题的讨论。教师要引导学生运用已学的生物学知识，对有关“转基因食品”等的报道，做出正确判断，学会关注生活、关爱生命。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003
[2] 人民教育出版社生物课程教材研究开发中心，普通高中课程标准实验教科书：生物必修2?遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2004.
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关键词 基因工程 教学策略 能力培养
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
下面通过对“基因工程”教学现状的简要分析，谈谈教师在高中生物教学中应该采取的基本教学策略。
1 课程标准中有关“基因工程”的三维目标解读
在《普通高中生物课程标准（实验）》以下简称《标准》中有关“基因工程”的教学内容，究其课程的具体内容标准来说，主要包括：简述基因工程的诞生;简述基因工程的原理及技术;举例说出基因工程的应用;关注转基因生物和转基因食品的安全性;调查基因工程产品在社会中的应用情况，讨论转基因生物的利与弊等。
该部分内容从知识目标上看，属于“了解”水平;从情感目标上看，属于经历和反应水平。初看似乎要求的层次不高，且看不出能力目标的要求。但仔细挖掘“基因工程”及相关的学习内容，就不难发现其中蕴含着比较丰富的能力目标要求。例如，在简述基因工程操作的步骤中，需要用到的“微生物培养”、“植物组织培养”等实验技术，就涉及到“尝试”等操作水平和“运用、进行、测定”等独立操作水平的能力目标要求。
在以《标准》为纲要编写的人教版高中生物教科书中，关于“基因工程”及其相关的知识内容主要见于：必修二《遗传与进化》第六章第二节“基因工程及其应用”和选修三《现代生物科技专题》专题1“基因工程”等部分。从这些内容上看，虽然篇幅并不多，但从全面落实课程目标出发，教师要组织好探究性学习，以及落实科学、技术、社会相互关系的教育;从考试大纲框定的4项能力要求的考查上，涵盖的知识目标与能力目标却非常丰富，教师在教学中应高度重视。
2 目前高中生物教学中存在的问题简析
“基因工程”的学习内容在高中生物课中所占课时较少，教科书呈现的内容文字简要，配套的插图又相对抽象，加之学生的认知层次处于提升阶段，由此使教学难度增大，教师在教学中不易把握尺度。更何况受时下应试教育之风的影响，不管是新课教学，还是复习教学，教师对考点较少的内容普遍存在着轻描淡写的现象。其结果是，应该完成的课程目标不能真正落实，学生的知识掌握和能力训练也不能准确到位，从而导致学生对高考试题的求解得分率并不高。
笔者通过对近五年全国卷、京津卷、川渝卷等多套高考试题的简要分析后发现，关于“基因工程”的考题大多以填空题的形式出现，考查的内容不多，究其分值所占比例都不超过10%;究其考题难度多属于容易题，或最多达到中等难度;究其能力要求，多侧重理解能力的考查。
就“基因工程”的考点来说，试题的命制者常常结合“孟德尔遗传定律”“减数分裂”“基因的表达”等主干内容的遗传考点，通过选取新的情境材料，进行巧妙的穿插设问，使试题更加灵活多样。这样可以比较全面地考查考生的思维宽度和建构知识体系和分析解决问题的能力。
基于上述分析，在高中生物有关“基因工程”内容的教学中，教师加强对学生认知能力、思维能力等的培养，有着十分重要的意义。
3 基于课程标准的常态教学应该采取的策略
依据《标准》提出的四项课程理念和三维课程目标，不论是新课内容的学习，还是复习课的教学，教师都应该着眼于学生终生发展的需要，特别是应对高考内容的复习教学，应该按照《考试大纲》框定的考试范围与突显的能力要求，对“基因工程”的知识要点，通过有序的简要重组，从以下几个方面来组织教学内容，从而可收到比较明显的成效。
3.1 注重知识的前后联系，培养学生的理解能力
在“基因工程”部分的教学中，教师可通过联系前后所学知识，使学生温故知新，学会融会贯通，提升对问题的理解能力。
基因工程操作的最基本工具是高考最常考的知识点。其中的“工具酶”，又几乎是历年试题都要涉及到的内容。在新课学习乃至高考的复习过程中，学生很容易将涉及到DNA结构和功能的多种酶，如解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶与限制酶、DNA连接酶等混为一谈，分辨不清。由此，学生会对进一步理解基因工程的操作步骤，带来一些新的困惑。在教学中，教师有必要带领学生理顺以下知识脉络。
教师首先可引导学生逐步回忆：① DNA分子的结构特点;② DNA复制的过程中，涉及到解旋酶、DNA聚合酶的作用;③ DNA转录形成mRNA时，涉及到RNA聚合酶的作用……
再进而引导学生采用列表比较的方式，将解旋酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几种酶与“基因工程”中的限制酶、DNA连接酶等工具酶，从催化化学反应的类型、酶发生作用的部位等方面进行比较，从而使学生进一步加深对酶专一性的理解。
在认识限制酶、DNA连接酶的作用部位时，教师还可充分利用学生对《必修二?遗传与进化》第六章图6-4的认识，要求学生在图中标注出相应酶的作用部位。最后辅以跟踪练习，检测学生对上述几种酶的区分与认知情况。
3.2 创设实验情境，培养学生的实验与探究能力
例如，《选修3?现代生物科技专题》的“基因工程”专题学习中，“将目的基因导入受体细胞”就涉及到前面学过的“植物组织培养”等实验技术。“植物组织培养”在《必修1?分子与细胞》的“细胞的分化”中首次提出。在《必修2?遗传与进化》的“单倍体育种”部分，所谈到的“花药离体培养”也属于该项技术。只有在《选修1?生物技术与实践》专题3“植物的组织培养技术”的学习中，才真正涉及到实验与探究过程的认识与具体操作。
在《选修3?现代生物科技专题》专题1中，谈到“基因工程操作的基本程序”时，提出“目的基因的受体细胞需要培养”，涉及到前面所学的“植物组织培养”“微生物培养”等实验技术的运用。在教学时，教师有必要引导学生恰当地联系前后知识，使学生清楚地理解操作步骤的真正内涵。又如学习“目的基因的检测与鉴定”步骤，对于目的基因表达出的性状之检测与鉴定，教师也可引导学生再次设计个体生物学水平的鉴定实验（如转基因抗病植株可采用抗病的接种实验），以确定目的基因是否表达。 因此，不管是新知识的学习还是高考复习中，教师都可以采用创设不同的实验情境，检验学生是否已经熟悉、理解并能灵活运用所学到的相关实验技术。这样突出探究性的学习过程，还有利于学生自主建构相关的知识体系（包括概念图构建）。
3.3 图文结合，培养学生获取信息的能力
在《必修2?遗传与进化》第六章的“基因工程及其应用”中谈到基因工程操作的基本步骤时，教材只有一个简单的示意图（图6-6）;在《选修3?现代生物科技专题》专题1“基因工程操作的基本程序”一节中，教材则除了有一个文字流程图（图1-6）外，还有配图1-11、1-14等多个插图。要帮助学生对这一抽象难懂的学习内容有一个较为清楚的理解，很显然，教科书插图中蕴含信息的提取与图文结合的分析就是教学中最为重要的一环。
若教师细心审视上述教科书中的插图，尤其是《遗传与进化》第六章图6-6，可发现其中蕴含了“基因工程”操作四部曲完整丰富的信息。教师有必要带领学生一步步去读懂插图，从中提取出有关的具体学习信息，从而理解“基因工程”操作的四个步骤。
例如，针对《遗传与进化》第六章图6-6中“用限制酶切断DNA”这一步骤，教师可通过对图中示意的“运载体”和“目的基因”及两者关系，试作简析：这里的“DNA”，指的是“目的基因”和“相应运载体片段（质粒DNA）”;这里用到的“限制酶”是同一种限制酶。同时提醒学生在图中恰当位置，做出清楚的补注，即在图中“用限制酶切断DNA”处，写出“用同种限制酶切断目的基因和运载体”。这样的识图与剖析可有效地化解图示基因工程操作步骤中的一个认知难点，也有助于学生理解《选修3?现代生物科技专题》专题1中“基因工程操作的基本程序”。
又如，在认识基因工程操作的运载工具――运载体时，教师可提出以下问题：为什么常用的运载体是质粒？质粒为什么能做运载体？作为运载体应该具备什么条件？……教师通过一系列问题引导学生在《遗传与进化》第六章图6-5的细读中，挖掘出隐含的知识点，如：质粒基因和拟核基因的比较;发现质粒上有抗生素抗性基因的存在，而抗生素抗性基因可作为标记基因又恰巧是质粒作为运载体的必备条件之一。判断负载目的基因的质粒（重组质粒）是否导入大肠杆菌等受体细胞，可通过配制特定的选择培养基来进行检测与筛选。
这种图文结合分析的学习过程，将图像信息转变成文字信息，就是学生应该获得的一种学习能力。这样的学习也是对学生思维转化的一个训练过程。在遇到有关“基因工程”图文结合的试题时，学生就比较容易破解。
基因工程及其在农业、工业、医药等诸多领域的应用，对人类的生产、生活带来了深刻的改变，也不断地影响着人们的思想观念和思维方式。在“基因工程”的教学中，教师除了以“基因工程的原理及技术”等知识为基础，帮助学生主动建构知识，发展科学探究能力，还可让学生收集“转基因食品安全性”等资料，开展“关于转基因食品安全性”等问题的讨论。教师要引导学生运用已学的生物学知识，对有关“转基因食品”等的报道，做出正确判断，学会关注生活、关爱生命。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003
[2] 人民教育出版社生物课程教材研究开发中心，普通高中课程标准实验教科书：生物必修2?遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2004.