资源简介

基因选择性表达导致细胞的差异化
【教材分析】
本节对应的教材内容是沪科版高中《生物学》必修2《遗传与进化》第1章《遗传的分子基础》中的“第3节 基因选择性表达导致细胞的差异化”。
【学情分析】
学生通过学习本章的前2节，理解了遗传物质的证明方法以及包括转录、翻译在内的中心法则主干内容。虽然学生并未深入学习基因表达的细节机制，但至少已经基本建立了基因表达过程的大框架，利于理解基因选择性表达即其大致机制。
学生在上一章中所学的细胞分化，可作为帮助理解本节课的前概念。
总之，降低预期，不要太难！不要涉及过多细节！举例要接地气！
【教学设计思路】
本节课的机制很复杂，对于高中生来说，不能妄图在一节课就能深入地讲清楚。不过，至少可以让学生通过一些简单的例子，切实感受基因表达调控、表观遗传的魔力，在参与设计实验以解决问题的过程中，锻炼科学探究能力与科学思维。
通过荷兰大饥荒的代际遗传现象入手，引出发育阶段的问题。
回顾发育过程中细胞分化的现象，继而由宏观层面至细胞层面，再到分子遗传层面讨论其中的机制。
让学生直观感受到基因在时空上的差异化表达，的真实图片，再引出基因表达调控问题。
以蜜蜂发育为不同形态的例子，讨论基因表达调控的一种机制：DNA甲基化。
通过Agouti 基因缺陷小鼠的例子，引出表观遗传。
DNA甲基化的例子差不多了，回到荷兰大饥荒的例子上，讨论如何研究这种遗传现象的原因，是否与DNA甲基化有关。
通过展望如何改变DNA甲基化，讨论方案的利弊，引出基因表达调控的复杂性
【教学目标】
（1）建立生物的性状既取决于遗传，又取决于环境的生命观念。
（2）从几个表观遗传作用机制的逻辑关系出发，既锻炼科学思维，又进一步深化理解结构与功能的关系的生命观念。
（3）借由表观遗传科学探究中的经典发现案例（与颠覆性创新案例），增进科学探究精神。
【教学重、难点】
理解表观遗传的效果、大致原理、潜在应用价值
【参考资料】
[1] 《发育生物学》
[2] 《遗传学：从基因到基因组》
[3] 《遗传的革命》
[4] 《细胞生物学精要》
【教学过程】
项目环节 教师行为 学生行为 意图
1 导入 介绍荷兰大饥荒，孕妇在妊娠期不同阶段挨饿导致生出的小孩体重，提问：前3个月挨饿与末3个月挨饿，哪个后果更严重？ 继续展示这些小孩长大怀孕所生的小孩的体重。 问题出在了什么环节？ 听 猜测 观察 思考 推断 该问题为讨论表观遗传学作伏笔 初步建立生物学与社会责任的联系 引出发育问题
2 发育过程中的基因选择性表达 展示发育示意图，提问：什么在操控细胞的分化？ 什么变了？ 顺便讨论有丝分裂 展示果蝇发育的基因选择性表达特征，举例分析不同区域的基因表达规律 提问：如何证明因果关系 总结 观察 回答 观察 回答 回顾细胞分化的内容，引起思索 通过真实的实验结果图，直观感受细胞分化与基因选择性表达的相关性以及因果关系
3 基因表达调控环节 哪些环节控制了基因的选择性表达？什么阶段更重要？ 举手表决 类比做饭，补充分析 举手表决 在基因表达的基础上思考调控的机制，以及生命的复杂性与系统性
4 蜜蜂发育的基因表达调控 简介 提问性别 什么导致了这种差别？ 人吃了会怎么样？ 成年工蜂吃了会怎么样？ 蜂王浆如何决定命运？改变了什么？给出自己的（不靠谱）的猜测，请同学回答自己认为的研究的方向，讨论需要测哪些指标？ 引导学生逆向追溯蛋白质、RNA、DNA序列，引出DNA的细节变化 展示甲基化发现的图， 典型错误的对待实验结果示范 纠正 观察 回答 思考 回答 听 观察 听 锻炼学生从自然中的异常现象中发现问题、思考问题的能力 从时间上感受发育调控的关键期 锻炼针对科学问题的猜想能力 帮助学生端正科学探究态度：实事求是，不放过细节
5 DNA甲基化 分析甲基化对碱基配对的影响 展示分子结构图 提问：甲基化导致的结构变化，会导致什么后果，讨论 探讨实验验证的方法，提问 观察 想象 讨论 回答 从分子层面解释DNA甲基化的影响 锻炼实验设计
6 DNA甲基化的遗传性 举Agouti基因缺陷小鼠的案例 介绍表观遗传的概念 对复制阶段的机制示意图，讲解DNA甲基化为什么能遗传 提示DNA甲基化遗传的相对性 听 听，标记 看图，听，理解 通过案例，更形象地理解表观遗传是什么 联系DNA复制，进一步理解表观遗传原理
7 研究孕期饥饿与DNA甲基化的关系 回顾荷兰饥荒期间孕妇的异常遗传现象，引出DNA甲基化与之关系的猜想 提问：如何用实验去研究？ 需要对照，还有，每组只研究一个够吗？那显然不能重新制造一场饥荒……那可以不用人做实验，而是？ 请同学设计分组 请同学设计检测的指标 提问：得到的数据，用什么方法分析。 举例：IGF2 重点选取哪些基因 联系其它能影响表观遗传的行为（抽烟、熬夜） 探讨如何证明因果关系？ 回顾 思考 回答 板书 回答 想象 回答 回答 引导学生考虑实验设计的重复、对照等原则，还领悟研究中需要考虑的伦理问题 考虑临床实验的局限，用实验动物补充的意义 感受实验设计、结果分析的过程，锻炼科学探究能力 研究策略，成本意识，社会责任 引出其它基因表达调控的方式
8 总结 继续讨论操作方式 展示基因表达调控的全貌 讨论更多的干预可能性 听 回顾本节课的要点
【板书设计】
分组：
/妊娠前3月挨饿的外婆——妈妈——女儿；
/妊娠末3月挨饿的外婆——妈妈——女儿；
指标（绘图）：
/散点图：基因甲基化水平与体重的数据 >> 拟合曲线
【教学反思】
对学生的关注仍然不够全面，不能有效地调动全班同学的参与讨论的积极性。
引入阶段开始，讲课者的情绪就不适合上课的情绪，是一种匆忙的情绪，是一种不充沛的情绪。缺乏主动分享的情绪，精神状态干瘪不饱满。
说话的节奏太赶，每句话的间隔显得突兀。一个字还没展开来，就模糊地过渡到下一个字，甚至会提前把后面要讲的内容提前讲出来，导致故事缺乏时序性与悬念感。不但缺乏给同学的反应、回味、思考时间，甚至连给讲课者思考的时间都是缺乏的，非常不从容，讲话的节奏对听课的学生来说非常反人类，有种频道对不上的感觉。这种状态很容易导致了学生放弃跟上讲课者的节奏，不再有回应的动力。反过来对讲课者来说，者加剧了讲课者的心虚无力感，如此一来恶性循环。
启示：所以应该想好了再讲，讲完一句，不要担心时间上的留白，而应适应留白，在留白阶段关注学生反应变化。
启示：如果可能的话，在上课之前尽量长的一段时间（个人经验上，最好保证1小时甚至更久）避免其它事情干扰，专门再去假想一遍上课时双方要做的事。保证在上课开始阶段，与学生调成相近的状态。
问题没有经过审慎的推敲，提问数量多而泛滥。在分析案例的环节，出现了一些不必要问的，对主题贡献价值不高的问题。如果问题太过简单而且对学生来说比较熟悉的，完全没有必要提问。而且存在不止一处前后问题内容重叠地现象，也包括重复讨论类似的实验设计思想，有必要精简这类问题的数量。
讲述过程中，过于出现对内容推进没有作用的口头禅：“好“、”对吧“……之类
不同案例之间的过渡其实逻辑性不强，显得生硬。比如，讨论完果蝇的选择性表达与分化的关系之后，应该从表型讲到表型背后的生物大分子
在展示果蝇基因表达图阶段时，好像讲课者说话的节奏感觉要好一些，但是讲完果蝇的选择性表达之后，节奏又开始不对头了。
蜜蜂发育问题这里，可以感受到，介绍案例时，话特别多。但是实际上，介绍时，甚至不需要完整的句子，简短的几个短语，配合上手势，即可简明表示出精髓的意思。部分语句，声音音量下落，很可能远处同学没听清。
对于蜜蜂甲基化的证明，并未讲清楚前提，就直接提问了，虽然问题难度并不算很高，但是缺乏充分前提会阻碍了学生理解问题。类似地，讨论基因表达阶段哪个更重要的问题，也缺乏足够的铺垫。对于让学生分享主观想法时，更需要建立在完整的前提基础上。
对于猜测蜂王浆发挥作用机制阶段，在一个问题提出后，应该先观察学生的反应，不要急着给出故意设计出的经典的错误猜想，而应充分点名让几位同学逐一分享自己的猜想，增加参与感。
讨论甲基化对基因表达的影响时，会谈到其对DNA转录的影响，其实回答的学生讲得非常完整，比讲课者想到的讲述起点更早，所以应当及时赞许，并鼓励其继续讲下去，增加其信心，避免学生慌了影响思维，那就可以很有条理地分析出来，但这里显然处理得太急躁了（甚至出现了口误，把转录误讲成复制）。这里有两个可以改进的地方：
一个是：配上含有DNA聚合酶的图，不要让学生的联想没有指向性；
第二是：其实这一步并没有必要指出，甲基化的影响是正向的还是反向的，先别急着诱导学生推测可能性，别急着指向答案，因为这会很纠缠，耗费时间，而是在接下来讨论如何用实验证明甲基化是促进还是抑制转录乃至基因表达的这一环节中，再介绍普遍规律。
关于基因的选择，因为学生是没有研究经验的，而且对肥胖的理解不深，因此讨论选择哪些基因的时候，没有必要让同学们去猜，直接告诉学生业界惯例即可。
学完蜂蜜的案例之后，最好在阶段小结时说：这种DNA甲基化，决定了具有相同基因序列的一代蜜蜂不同的命运。下一代的新蜜蜂，如果需要长成蜂王，仍然是需要吃蜂王浆的。不过自然界中，存在另一种现象，影响的不仅仅是一代人的事情，由此引出Agouti基因缺陷小鼠的案例。
选同学提问时，不要怕花时间，反而应该全面仔细地观察同学的眼神，这个环节其实花不了多少时间，需要避免过于随机选人的毛病。
证明甲基化影响蜜蜂发育，这个实验其实适合讲课者自己来讲，因为逻辑上不是简单的一步。由学生回答的结果是，易于漏掉证明的关键原因。另外，需要配合适的图。
讨论Agouti缺陷小鼠的案例时，讲法不够好，反映了对相关研究内容不是很了解。但这些必须要花时间了解清楚，不然很容易有偏差，讲出些经不起推敲的论证过程。
表观遗传囊括的范围是比较多的，但是这节课仅仅讨论了DNA甲基化的表观遗传，容易造成一种表观遗传等于DNA甲基化的假象。需要适当提一下其它表观遗传的例子。
在解释DNA甲基化能遗传的分子机制时，宜简单接上从复制如何过渡到遗传的论述，因为不能保证大多数人能做到跳跃思维。
请同学列举实验需要用到的分组阶段时，其实应该再停顿一下的，讨论，为什么要研究三代，以此强调观察代际之间的比较，而不是一连串写上去，甚至这个地方也不用把板书写在分组上，因为PPT的图已经很直观了。

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