张淼怡
北京市人大附中北京经济技术开发区学校 100176
摘要：利用建模教学策略对高三“基因工程复习”进行教学设计。通过模型建构，从生物学学科核心素养的视角，提高学生在新情境下有效获取信息，处理信息的能力，促进模型与建模等科学思维的达成。
关键词：基因工程 生物学学科核心素养 模型教学
1.教学指导思想及教学目标
1.1教学设计指导思想
《普通高中生物学课程标准》（2017 版）中将生命观念、科学思维、科学探究和社会责任确定为生物学学科核心素养。教学中贯彻“核心素养为宗旨；课程内容聚焦大概念；倡导研究性学习的课程理念，同时注重课程实施中以评价促进学生的学习和发展”。
以建构主义理论为指导，采用模型建构的教学方法，引导学生动手动脑参与，进而建构相关概念，提高科学思维能力。让学生通过建模活动深入理解知识形成过程的核心理念，思考和解决实际问题。学生在学习过程中逐步发展科学思维，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法探讨生命现象及规律，审视或论证生物学议题。
1.2教学目标
1.2.1生命观念：
通过对基因结构与基因工程原理和操作的复习，形成基因结构与功能密切相关的生命观念。
1.2.2科学思维：
通过建构基因编辑模型，能够运用模型与建模的科学思维解决基因敲除、基因治疗等相关问题。
1.2.3科学探究：
通过小组合作学习、建构模型等活动，探究基因编辑的原理和操作，并在此过程中复习基因工程的原理和技术。
1.2.4社会责任：
通过对基因编辑婴儿、基因编辑治疗等社会议题的探讨，能够对基因编辑形成辩证的观点和态度，能够认同此技术应用于人类必须持谨慎态度。
2.教学过程
2.1创设情境，导入新课
首先由教师创设情境：2018年底，有一件发生在生物科学方面的事件引起了全社会的关注：一对基因编辑的婴儿诞生了。接着提出：有没有同学关注此事件可以给大家介绍一下呢？学生结合自己对基因编辑婴儿事件的了解进行回答。此内容的设计目的是创设情境，激发学生参与社会事务的讨论，提高社会责任。
那么，基因编辑和我们学习过的基因工程有什么关系吗？教师带领学生复习回顾基因工程相关原理和技术，提问学生：基因工程的定义是什么；具体的操作步骤是怎样的？此部分的设计意图是将基因工程和基因编辑建立起联系，理解基因编辑的本质机理，体会它们之间的关联性。
2.2建构模型，理解基因编辑
本节课的重点是通过建构模型理解基因编辑的原理和技术路线。教师通过学案提供基因编辑的相关资料，学生通过资料建构出基因编辑的模型。在建构模型前，要提示学生明确几个问题：首先，要明确模型建构目的，提醒学生模型要能够清晰地表征出基因编辑的原理和技术路线。其次，要选择和使用合理的模型表征方式，提醒学生选择合适的建模方式，可以是流程图，也可以画模型图。在建模过程中教师要巡视指导，及时发现学生的困难并适当给出解决建议。
建模教学活动的步骤要体现科学思维的逻辑顺序。首先，明确构建此模型的目的是要能描述和解释“基因编辑”的基本原理和技术要点，为后续建模打下基础。教师可引导学生回顾基因工程的有关内容，重温基因工程的操作步骤。第二，需要考虑选择和使用何种模型表征方式。可以提示学生选择自己擅长的方式，学生应明白模型的呈现方式是不拘一格的，只要正确和合理都是可以接受的。第三，学生分小组进行建模活动。在此过程中，教师要留意学生活动的操作和讨论的内容，及时反馈和纠正学生出现错误理解和认知。第四，检验和评价模型。鼓励学生相互评价，课堂展示两组同学的模型，其他同学聆听观看，对模型的优缺点进行评价，教师总结。评价着重关注是否科学；是否达成建模目的；模型表现形式是否合理；是否有实用性、艺术性和创造性等。最后，修正模型。教师统筹课堂时间，鼓励学生在尽量短的时间修正原有模型，最终形成科学合理的“基因编辑”模型。
接下来，学案给出一些关于基因编辑的原理与操作技术的核心问题，学生通过回答这些问题来更好的理解相关技术细节。基于评价和反思，学生进一步修改所建构的模型。通过参与建模和修正，学生进一步理解基因编辑的原理与技术。
此部分的设计意图是帮助学生熟悉建模的各个步骤从而更有目的和针对性的建构模型。同时，基于模型评价的优缺点对模型进行修改或更新，从而最终达成建模目的。
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2.3应用模型
通过与基因工程的对比与联系对基因编辑技术进行总结，梳理完成板书，进而明确基因编辑的原理和技术。利用所建构的模型进行一道高考模拟题的解题，进一步梳理和总结基因工程和基因编辑的相关知识点，补充细节或方法等在模型无法体现出的内容，进一步认识基因编辑的本质。
2.4总结延伸
引导学生拓展阅读，归纳总结出基因编辑的原理与技术；参与基因编辑婴儿事件的讨论，分析应用中的利与弊；总结“基因编辑”技术在基因治疗、基因功能研究和基因育种方面的应用。此部分内容有助于提高学生的归纳总结和语言表达能力以及思辨能力，同时提高学生社会责任感。
3.教学反思
为了把立德树人的根本任务落到实处，教育部已对14门学科课程标准进行修订并于2018年1月正式出版。新课标首次提出学科核心素养，明确了学生学习学科课程后应形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。课程标准明确将生物学核心素养作为课程宗旨，指出“生命观念”“科学探究”“科学思维”和“社会责任”是本学科核心素养的基本组成。从学科核心素养来看，科学思维是理化生等理科课程标准所凝炼的学科核心素养的重要组成。
科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展科学思维，其中模型与建模是“科学思维”中的重要内容。
基于建模教学的基因工程复习课通过对“基因编辑”的模型建构活动，引导学生熟悉模型建构的步骤，帮助学生通过模型建构理解相关概念并加深对知识的直观感受。通过小组建模活动，既提高了学生模型与建模的科学思维能力，同时也加强了合作学习能力。在模型的建构过程中，教师引导学生根据资料反复推敲、反复修改已构建的模型，尊重科学事实与证据，从解决问题的过程培养学生做人做事的态度，体现一种负责任的教育理念。
在教学中能否引导学生进入一种最佳的学习状态是教学成败的关键，在本节课中，笔者以社会热点“基因编辑婴儿的诞生”这一真实情境为载体引导学生自主探究建模学习，在理解概念的同时提高学生解决生产生活问题的能力和担当，增强社会责任感。根据不同的内容以及难易程度，将教学的主导地位在老师与学生中间灵活变换，强调学生主动参与，充分发挥小组学生合作学习的优势，为学生提供一个能充分发挥自主性的空间。教师在学习过程中注重启发和引导并及时给予评价，尤其是在建模的关键步骤方面给予学生必要的指导，关注到每一个学生的个体差异和需求，帮助学生认识自我，改进学习方式，促进学习目标的达成。
总之，运用建模的方法组织生物学教学，有利于落实课标的基本理念，有利于学生的科学思维的发展，有利于生物学核心素养的提高。
课题项目：本文系北京市教育科学“十三五”规划2019年度一般课题“基于科学思维培养的中学生物建模教学案例研究”（课题编号CDDB19286）的研究成果之一 作者单位：人大附中北京经济技术开发区学校