备课素材：PCR复习驱动任务设计-2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

PCR复习驱动任务设计 PCR 技术是基因工程的重要技术手段,通过新旧教材对应章节的内容进行比较发现,关于 PCR 的篇幅大大增加。对近年来一些省市选考卷进行分析,不难发现考查的难点集中在 PCR的引物选择、对扩增结果的判断和 PCR 在现实情境问题中的应用。选考的命题既体现了生物学学科素养的要求,也是对学生学科关键能力的一种考察。 以核酸检测中使用的实时荧光定量 PCR 技术为情境,以“ 如何通过实时荧光定量PCR 进行新冠阳性诊断” 为核心问题,设置多个课堂任务(图 1) 。通过小组合作论证的方式对实时荧光定量 PCR 原理进行推导和运用,并对新冠肺炎病毒核酸诊断标准的变化进行讨论,深化学生对 PCR技术的理解与运用,发展学生的科学思维,落实关注生命健康的社会责任。 图 1 课堂教学脉络 任务一:推测实时荧光定量 PCR 技术特点 教师在课堂上展示日常核酸检测过程和核酸阴性报告图片,引导学生关注检测方法,并让学生通过名称推测实时荧光定量PCR技术的特点,调动学生的好奇心和学习积极性。 完成情境建构后,教师引导学生将关注重点转移到实时荧光定量PCR这一检测技术上。虽然大部分学生都有核酸检测的经历,却对于实时荧光定量PCR技术并不了解。但同时,学生可以从该技术名称中,较为容易地推测出该技术的特点,如实时可观测性、观测指标是荧光强度和荧光强度能定量分析这三个方面。 任务一的顺利完成,能提升学生的自信心和参与课堂活动的积极性,为之后的课堂任务的顺利进行奠定基础。 设计意图:用真实的情境呈现问题,营造问题解决的环境,能有效提高学生的学习积极性。通过展示日常核酸检测和核酸检测阴性报告,可以使学生迅速融入课堂,提升学习积极性,也有利于之后课堂活动的展开。 任务二:通过论证,阐释实时荧光定量PCR技术的原理 任务一完成后,教师继续展示有关实时荧光定量PCR的原理简图(图2)和荧光强度与PCR循环次数的关系图(图3),并提出本节课的核心问题: 如何通过实时荧光定量PCR进行新冠病毒阳性诊断? 图2实时荧光定量PCR原理 注释:R表示发光基团,Q表示猝灭基团,当探针完整时,发光基团发出的荧光会被猝灭基团吸收,从而无荧光发出。 图3 荧光强度与PCR循环关系 接着,教师以学案的方式给出小组论证主张表(表 1),引导学生进行三个子任务的论证: 探针在什么情况下会发光? 探针为什么能特异性的标识目标DNA? 荧光强度与哪些因素有关? 表1小组论证主张表 设计意图:论证是指围绕某一论题,利用科学的方法收集证据,解释和联系证据、评价自己及他人的证据与观点之间的相关性,促进思维的共享与交锋,最终达成共识的活动。小组合作论证是课堂教学中突破难点、解决复杂问题的方式之一。 在论证的过程中,学生通过主张、质疑、举证和修订,既模拟了科学研究的过程,也完成了思维的碰撞和整合。根据发展区理论,让学生尝试解决略高于其当前能力的问题,有助于提升学生的能力。因此,为避免小组讨论论证程度低、方向偏离等状况的出现,在本任务中教师提供了一定的论证范式,并以子任务的方式提供支架,将复杂问题化解为位于学生最近发展区中的问题,从而助力学生解决问题。 任务三:架构PCR体系,选择适宜的引物 教师在学案上列出与PCR过程可能有关的试剂和材料(图4),要求学生通过小组合作的方式完成三个子任务: 选取合适的试剂与材料,构建PCR体系;选取恰当的引物组合;指出下述引物存在的问题。 图4 PCR过程相关的试剂和材料 设计意图:由于PCR体系所需的试剂、材料较多,并且该过程较为复杂,与学生已经学习过的细胞内DNA的复制既有联系、也有区别。在专题复习的过程中,学生容易出现排斥知识点的识记或出现知识混淆、错记和遗漏等问题。 因此教师可以让学生通过小组合作的方式构建和展示PCR模型,将事实性知识转化为解决问题的方法,对相关知识进行有效整合。 任务四:讨论新冠核酸诊断标准的变化 教师展示Ct值的定义和《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(第九版) 》中关于新冠病毒核酸检测阳性标准中Ct值从40降为35的相关内容,引导学生就新冠病毒核酸检测阳性标准Ct值的改变,对新冠阳性的界定标准是更严格还是更宽松这一问题展开讨论。 设计意图:通过任务二和任务三,学生对实时荧光定量PCR的原理有所掌握,在课堂的末尾,学生通过对新冠核酸检测标准的讨论,可以提升运用知识解决实际问题的能力,同时教师通过引导学生从多角度看待社会问题,落实了关注生命健康的社会责任。最后,本节课以新冠核酸检测为情境,又以检测标准为结课方式,使整节课首尾照应,形成一个整体。 学科网（北京）股份有限公司 $