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摘要 以“基因突变”为例，阐述了基于整体备课策略，进行单元整体教学设计，以核心素养为教学目标，设置核心问题、围绕生物学重大概念组织并开展教学活动。
关键词 整体备课 核心素养 单元整体教学设计 基因突变
中图分类号 G633.91
文献标志码 B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出高中生物教学要“以核心素养为宗旨，内容聚焦大概念”等基本理念。培养学生的生物学学科核心素养是高中生物课程的价值追求，也是课程预期的教学目标。大概念处于学科中心位置，是对学生学习具有引领作用的基础知识。在生物学课程中，大概念包括了对原理、理论等的理解和解释，是生物学科知识的主干部分。
整体备课是指教师从课程、模块、单元、一节课四个层面思考学科知识的教育价值。课程和模块层面的整体备课是对课标的研究和解读，单元层面的整体备课是教师落实课标理念的重要环节。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。单元教学设计有助于教师突破“只见树木不见森林”的课时思维，转变教师只注重零散知识点落实的传统课堂教学理念，帮助教师从“长时段”整体发筹划学科教学，注重学科整体组织化、结构化知识的建构。在单元备课层面，思考单元知识的育人价值可以有效地实现核心素养与课堂教学的对接。一节课要为实现单元教育价值服务，核心素养的培养要通过每一节课达成。教师基于整体备课，进行单元整体教学设计，以落实核心素养为教学目标，设计核心问题，围绕生物学大概念和重要概念组织并开展教学活动，能有效地提高教学效益，有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。下面以人教版必修2第五章“基因突变及其他变异”中“基因突变”一节为例，说明基于整体备课以达成核心素养的教学设计。
1单元重要概念及解读
由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的。遗传和变异是生物的基本特征，两者在物种繁衍过程中是对立统一的。基因突变、基因重组和染色体变异是可遗传变异的来源，是生物进化的原材料。基于可遗传变异，以及变异可能带来的生存与繁殖优势等方面的实例，解释了生物的适应是自然选择的结果。
该教学单元是大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的重要组成部分，也是学生理解生物进化本质的基础。单元重要概念与其他概念的关系如图1所示。
2指向核心素养的单元教学目标
通过基因或染色体结构和数量的改变可能导致相关蛋白质及细胞功能发生变化，树立结构与功能观。通过生物产生的可遗传变异为生物进化提供原材料，自然选择保留有利变异，少量的有利变异逐渐积累，量变会引起质变，形成新的物种，树立进化与适应观。
根据基因突变和染色体变异的实例，归纳概括基因突变和染色体变异的概念和特点;根据有性生殖过程中的基因重组产生变异的多样性，分析有性生殖在生物进化过程中的意义，培养科学思维。
通过对资料的搜集和分析，了解人类遗传病的类型、致病原因及预防，了解基因诊断在遗传病检测中的应用，以及人类基因组计划对科学发展、人类健康、社会伦理等方面的影响，指导健康生活，培养科学探究能力及社会责任。
通过学习遗传学原理在育种上的应用、遗传病的检测与预防，形成正确的科学价值观。
3单元核心问题
为什么生物在遗传过程中存在变异现象？其意义和價值是什么？
4单元重点课例分析：基因突变
4.1教学内容分析
基因突变是基因中碱基序列的改变。这种改变是可遗传的，可能导致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。基因突变是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料，在生物育种上有重要作用。
4.2学情分析学生已经学习了基因的遗传规律、基因的本质、
基因的表达等内容，知道基因是有遗传效应的DNA片段，DNA的双螺旋结构和半保留复制的机制都保证了亲代DNA的遗传信息能够准确传递给子代DNA。这就与亲子代之间、子代个体之间性状的变异现象相矛盾。在此基础上，教师抛出问题，使学生在新旧知识之间产生疑惑：为什么会出现变异？发生的变化对生物会产生什么影响？
4.3指向单元核心素养的教学目标
概述基因突变的概念，阐明基因突变的结果，说出基因突变的意义及其在育种上的应用（生命观念）;了解生活中的诱变因素，指导健康生活（社会责任）;基于已有概念，分析基因突变的特点（科学思维）。
4.4教学重难点与核心问题教学重点：基因突变的概念及特点;基因突变的原因。教学难点：基因突变的意义。核心问题：基因突变对于生物的意义和价值是什么？
4.5教学过程
4.5.1任务1：学习基因突变的概念、结果及诱发因素
教师展示亲本性状为黄色圆粒和绿色皱粒的豌豆杂交的F2代出现黄色皱粒和绿色圆粒的重组性状、同种植物在不同环境下生长的差异和正常人与镰形细胞贫血症患者的血红蛋白基因序列及血红蛋白的氨基酸序列的图片。教师提出问题：哪张图片中的变异属于基因突变？原因是什么？
接着，教师以镰形细胞贫血症为例，引导学生讨论基因突变的概念及结果，使学生认识到：基因结构的改变，可能导致其所编码的蛋白质功能发生变化，进而使性状发生改变。学生从而树立结构与功能观。
学生结合生活常识和生物学知识，讨论诱发基因突变的因素，说出物理、化学、生物诱变因素，从而认识到生活方式及饮食习惯对于健康的重要性，培养社会责任。
4.5.2
并任务2：学习基因突变的特点教师设计问题串，引导学生讨论以下问题：
1 哪些生物、哪些细胞、哪些基因可以发生基因突变？基因突变可能发生在生长发育的哪些时期？（涉及基因突变的普遍性、随机性） 2 诱变因素会导致基因的碱基发生定向的变化吗？（涉及基因突变的不定向性）
3 为什么基因突变发生的频率很低？基因突变在什么时期最容易发生？（涉及基因突变的低频性）
4 为什么大多数的基因突变对生物有害？（涉及基因突变的少利多害性）
教师引导学生联系生活，讨论：为什么吸烟者中患肺癌的比例高？
学生基于基因突变的概念，联系实例，分析基因突变的特点，发展科学思维;通过对基因突变的低频性、少利多害性的讨论，建立结构与功能观、进化与适应观;通过对吸烟致癌率高的讨论，倡导健康生活，培养社会责任。
4.5.3任务3：学习基因突变的意义
教师提供相关资料，组织学生分析基因突变对人类进化及人类社会生产方式的影响。
资料1——人类语言的发展与FOXP2的基因突变：通过比对不同物种的FOXP2，研究人员发现除了人类以外，大多数脊椎动物的基因序列几乎相同。而人类与黑猩猩相比，这个基因编码蛋白中的两个氨基酸发生了突变。FOXP2的突变使其编码产物丧失了作为一种调控因子诱导大脑神经元迁移后分化的重要功能，影响了个体言语能力的发展。人类的FOXP2基因在20万年间经历了一系列进化。该事实支持FOXP2基因与人类独有的语言功能和创造力有关的猜测。
资料2——野生小麦的落粒性突变与人类农业
社会的关系。落粒性是粮食作物非常重要的性状，也是一个关键的驯化性状。野生型植株由于对环境的长期适应，往往具有落粒的特性，即种子成熟后会散落到土壤中，进而增加其繁殖后代的能力。但栽培作物往往具有落粒抗性，这就使得收获更加容易，产量更加丰厚。植物中对落粒性状的驯化在人类文明史上具有重要意义。研究人员通过将驯化小麦中与落粒性状相关的基因与野生小麦中的相应基因进行比较，发现驯化小麦中名为一类基因发生了突变并失去功能。
教师提出问题：基因突变是可遗传变异的重要来源，其对生物进化的意义是什么？
教师还引出：基因突变的随机性、不定向性等特点，为人类言语能力的发展提供了重要条件，又经自然选择最终引发人类文化崭新模式的出现。这样可让学生体会基因突变对人类进化的意义，使学生关注生物的变异不仅对种群的进化有重要意义，还能够影响社会的生产方式。
4.6教学评价
每一节课的教学评价要指向单元学科素养的达成。教师布置以下评价题目：
1突变后的新基因一定会产生新性状？如果基因的结构改变并未导致其控制的性状改变，属于基因突变吗？（生命观念）
2有人认为自然条件下基因的突变率很低，而且大多数基因突变对生物体是有害的，因此它不能为生物进化提供原材料。这种看法正确吗？（科学思维）
3基因突变对于进化的意义是什么？（科学思维、社会责任）
5教学反思
课堂教学是培养学生核心素养要走的“最后一公里”。在整体备课策略的指导下，教师思考单元的育人价值，在每一节课中体现单元教学的要求。教师依据本节课要传递的重要概念设计核心问题，围绕核心问题提供丰富的生物学事实，帮助学生建立概念，使学生领悟基因突变对生物进化的意义。整体备课使教师胸有全局，心中有观点（生命观念），课堂有主线（核心问题），灵活、恰当地将大量的素材应用于教学，将知识作为载体，培养学生生物学学科核心素养，影响学生的未来生活。由于在课程和模块层面的深入整体备课，教师能够把握住生物学科的学科思想。这样在具体一节课的教学设计中就会有意识地渗透，可提升教学的有效性与高度。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学課程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：19，58.
[2]周初霞.聚焦生物学重要概念的单元整体教学设计实践研究[J].生物学教学，2019，（4）：7-10.
关键词 整体备课 核心素养 单元整体教学设计 基因突变
中图分类号 G633.91
文献标志码 B
《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确提出高中生物教学要“以核心素养为宗旨，内容聚焦大概念”等基本理念。培养学生的生物学学科核心素养是高中生物课程的价值追求，也是课程预期的教学目标。大概念处于学科中心位置，是对学生学习具有引领作用的基础知识。在生物学课程中，大概念包括了对原理、理论等的理解和解释，是生物学科知识的主干部分。
整体备课是指教师从课程、模块、单元、一节课四个层面思考学科知识的教育价值。课程和模块层面的整体备课是对课标的研究和解读，单元层面的整体备课是教师落实课标理念的重要环节。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。单元教学设计有助于教师突破“只见树木不见森林”的课时思维，转变教师只注重零散知识点落实的传统课堂教学理念，帮助教师从“长时段”整体发筹划学科教学，注重学科整体组织化、结构化知识的建构。在单元备课层面，思考单元知识的育人价值可以有效地实现核心素养与课堂教学的对接。一节课要为实现单元教育价值服务，核心素养的培养要通过每一节课达成。教师基于整体备课，进行单元整体教学设计，以落实核心素养为教学目标，设计核心问题，围绕生物学大概念和重要概念组织并开展教学活动，能有效地提高教学效益，有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。下面以人教版必修2第五章“基因突变及其他变异”中“基因突变”一节为例，说明基于整体备课以达成核心素养的教学设计。
1单元重要概念及解读
由基因突变、染色体变异和基因重组引起的变异是可以遗传的。遗传和变异是生物的基本特征，两者在物种繁衍过程中是对立统一的。基因突变、基因重组和染色体变异是可遗传变异的来源，是生物进化的原材料。基于可遗传变异，以及变异可能带来的生存与繁殖优势等方面的实例，解释了生物的适应是自然选择的结果。
该教学单元是大概念“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的重要组成部分，也是学生理解生物进化本质的基础。单元重要概念与其他概念的关系如图1所示。
2指向核心素养的单元教学目标
通过基因或染色体结构和数量的改变可能导致相关蛋白质及细胞功能发生变化，树立结构与功能观。通过生物产生的可遗传变异为生物进化提供原材料，自然选择保留有利变异，少量的有利变异逐渐积累，量变会引起质变，形成新的物种，树立进化与适应观。
根据基因突变和染色体变异的实例，归纳概括基因突变和染色体变异的概念和特点;根据有性生殖过程中的基因重组产生变异的多样性，分析有性生殖在生物进化过程中的意义，培养科学思维。
通过对资料的搜集和分析，了解人类遗传病的类型、致病原因及预防，了解基因诊断在遗传病检测中的应用，以及人类基因组计划对科学发展、人类健康、社会伦理等方面的影响，指导健康生活，培养科学探究能力及社会责任。
通过学习遗传学原理在育种上的应用、遗传病的检测与预防，形成正确的科学价值观。
3单元核心问题
为什么生物在遗传过程中存在变异现象？其意义和價值是什么？
4单元重点课例分析：基因突变
4.1教学内容分析
基因突变是基因中碱基序列的改变。这种改变是可遗传的，可能导致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。基因突变是生物变异的根本来源，是生物进化的原始材料，在生物育种上有重要作用。
4.2学情分析学生已经学习了基因的遗传规律、基因的本质、
基因的表达等内容，知道基因是有遗传效应的DNA片段，DNA的双螺旋结构和半保留复制的机制都保证了亲代DNA的遗传信息能够准确传递给子代DNA。这就与亲子代之间、子代个体之间性状的变异现象相矛盾。在此基础上，教师抛出问题，使学生在新旧知识之间产生疑惑：为什么会出现变异？发生的变化对生物会产生什么影响？
4.3指向单元核心素养的教学目标
概述基因突变的概念，阐明基因突变的结果，说出基因突变的意义及其在育种上的应用（生命观念）;了解生活中的诱变因素，指导健康生活（社会责任）;基于已有概念，分析基因突变的特点（科学思维）。
4.4教学重难点与核心问题教学重点：基因突变的概念及特点;基因突变的原因。教学难点：基因突变的意义。核心问题：基因突变对于生物的意义和价值是什么？
4.5教学过程
4.5.1任务1：学习基因突变的概念、结果及诱发因素
教师展示亲本性状为黄色圆粒和绿色皱粒的豌豆杂交的F2代出现黄色皱粒和绿色圆粒的重组性状、同种植物在不同环境下生长的差异和正常人与镰形细胞贫血症患者的血红蛋白基因序列及血红蛋白的氨基酸序列的图片。教师提出问题：哪张图片中的变异属于基因突变？原因是什么？
接着，教师以镰形细胞贫血症为例，引导学生讨论基因突变的概念及结果，使学生认识到：基因结构的改变，可能导致其所编码的蛋白质功能发生变化，进而使性状发生改变。学生从而树立结构与功能观。
学生结合生活常识和生物学知识，讨论诱发基因突变的因素，说出物理、化学、生物诱变因素，从而认识到生活方式及饮食习惯对于健康的重要性，培养社会责任。
4.5.2
并任务2：学习基因突变的特点教师设计问题串，引导学生讨论以下问题：
1 哪些生物、哪些细胞、哪些基因可以发生基因突变？基因突变可能发生在生长发育的哪些时期？（涉及基因突变的普遍性、随机性） 2 诱变因素会导致基因的碱基发生定向的变化吗？（涉及基因突变的不定向性）
3 为什么基因突变发生的频率很低？基因突变在什么时期最容易发生？（涉及基因突变的低频性）
4 为什么大多数的基因突变对生物有害？（涉及基因突变的少利多害性）
教师引导学生联系生活，讨论：为什么吸烟者中患肺癌的比例高？
学生基于基因突变的概念，联系实例，分析基因突变的特点，发展科学思维;通过对基因突变的低频性、少利多害性的讨论，建立结构与功能观、进化与适应观;通过对吸烟致癌率高的讨论，倡导健康生活，培养社会责任。
4.5.3任务3：学习基因突变的意义
教师提供相关资料，组织学生分析基因突变对人类进化及人类社会生产方式的影响。
资料1——人类语言的发展与FOXP2的基因突变：通过比对不同物种的FOXP2，研究人员发现除了人类以外，大多数脊椎动物的基因序列几乎相同。而人类与黑猩猩相比，这个基因编码蛋白中的两个氨基酸发生了突变。FOXP2的突变使其编码产物丧失了作为一种调控因子诱导大脑神经元迁移后分化的重要功能，影响了个体言语能力的发展。人类的FOXP2基因在20万年间经历了一系列进化。该事实支持FOXP2基因与人类独有的语言功能和创造力有关的猜测。
资料2——野生小麦的落粒性突变与人类农业
社会的关系。落粒性是粮食作物非常重要的性状，也是一个关键的驯化性状。野生型植株由于对环境的长期适应，往往具有落粒的特性，即种子成熟后会散落到土壤中，进而增加其繁殖后代的能力。但栽培作物往往具有落粒抗性，这就使得收获更加容易，产量更加丰厚。植物中对落粒性状的驯化在人类文明史上具有重要意义。研究人员通过将驯化小麦中与落粒性状相关的基因与野生小麦中的相应基因进行比较，发现驯化小麦中名为一类基因发生了突变并失去功能。
教师提出问题：基因突变是可遗传变异的重要来源，其对生物进化的意义是什么？
教师还引出：基因突变的随机性、不定向性等特点，为人类言语能力的发展提供了重要条件，又经自然选择最终引发人类文化崭新模式的出现。这样可让学生体会基因突变对人类进化的意义，使学生关注生物的变异不仅对种群的进化有重要意义，还能够影响社会的生产方式。
4.6教学评价
每一节课的教学评价要指向单元学科素养的达成。教师布置以下评价题目：
1突变后的新基因一定会产生新性状？如果基因的结构改变并未导致其控制的性状改变，属于基因突变吗？（生命观念）
2有人认为自然条件下基因的突变率很低，而且大多数基因突变对生物体是有害的，因此它不能为生物进化提供原材料。这种看法正确吗？（科学思维）
3基因突变对于进化的意义是什么？（科学思维、社会责任）
5教学反思
课堂教学是培养学生核心素养要走的“最后一公里”。在整体备课策略的指导下，教师思考单元的育人价值，在每一节课中体现单元教学的要求。教师依据本节课要传递的重要概念设计核心问题，围绕核心问题提供丰富的生物学事实，帮助学生建立概念，使学生领悟基因突变对生物进化的意义。整体备课使教师胸有全局，心中有观点（生命观念），课堂有主线（核心问题），灵活、恰当地将大量的素材应用于教学，将知识作为载体，培养学生生物学学科核心素养，影响学生的未来生活。由于在课程和模块层面的深入整体备课，教师能够把握住生物学科的学科思想。这样在具体一节课的教学设计中就会有意识地渗透，可提升教学的有效性与高度。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学課程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：19，58.
[2]周初霞.聚焦生物学重要概念的单元整体教学设计实践研究[J].生物学教学，2019，（4）：7-10.