資源簡介

基因選擇性表達導致細胞的差異化
【教材分析】
本節對應的教材內容是滬科版高中《生物學》必修2《遺傳與進化》第1章《遺傳的分子基礎》中的“第3節 基因選擇性表達導致細胞的差異化”。
【學情分析】
學生通過學習本章的前2節，理解了遺傳物質的證明方法以及包括轉錄、翻譯在內的中心法則主干內容。雖然學生并未深入學習基因表達的細節機制，但至少已經基本建立了基因表達過程的大框架，利于理解基因選擇性表達即其大致機制。
學生在上一章中所學的細胞分化，可作為幫助理解本節課的前概念。
總之，降低預期，不要太難！不要涉及過多細節！舉例要接地氣！
【教學設計思路】
本節課的機制很復雜，對于高中生來說，不能妄圖在一節課就能深入地講清楚。不過，至少可以讓學生通過一些簡單的例子，切實感受基因表達調控、表觀遺傳的魔力，在參與設計實驗以解決問題的過程中，鍛煉科學探究能力與科學思維。
通過荷蘭大饑荒的代際遺傳現象入手，引出發育階段的問題。
回顧發育過程中細胞分化的現象，繼而由宏觀層面至細胞層面，再到分子遺傳層面討論其中的機制。
讓學生直觀感受到基因在時空上的差異化表達，的真實圖片，再引出基因表達調控問題。
以蜜蜂發育為不同形態的例子，討論基因表達調控的一種機制：DNA甲基化。
通過Agouti 基因缺陷小鼠的例子，引出表觀遺傳。
DNA甲基化的例子差不多了，回到荷蘭大饑荒的例子上，討論如何研究這種遺傳現象的原因，是否與DNA甲基化有關。
通過展望如何改變DNA甲基化，討論方案的利弊，引出基因表達調控的復雜性
【教學目標】
（1）建立生物的性狀既取決于遺傳，又取決于環境的生命觀念。
（2）從幾個表觀遺傳作用機制的邏輯關系出發，既鍛煉科學思維，又進一步深化理解結構與功能的關系的生命觀念。
（3）借由表觀遺傳科學探究中的經典發現案例（與顛覆性創新案例），增進科學探究精神。
【教學重、難點】
理解表觀遺傳的效果、大致原理、潛在應用價值
【參考資料】
[1] 《發育生物學》
[2] 《遺傳學：從基因到基因組》
[3] 《遺傳的革命》
[4] 《細胞生物學精要》
【教學過程】
項目環節 教師行為 學生行為 意圖
1 導入 介紹荷蘭大饑荒，孕婦在妊娠期不同階段挨餓導致生出的小孩體重，提問：前3個月挨餓與末3個月挨餓，哪個后果更嚴重？ 繼續展示這些小孩長大懷孕所生的小孩的體重。 問題出在了什么環節？ 聽 猜測 觀察 思考 推斷 該問題為討論表觀遺傳學作伏筆 初步建立生物學與社會責任的聯系 引出發育問題
2 發育過程中的基因選擇性表達 展示發育示意圖，提問：什么在操控細胞的分化？ 什么變了？ 順便討論有絲分裂 展示果蠅發育的基因選擇性表達特征，舉例分析不同區域的基因表達規律 提問：如何證明因果關系 總結 觀察 回答 觀察 回答 回顧細胞分化的內容，引起思索 通過真實的實驗結果圖，直觀感受細胞分化與基因選擇性表達的相關性以及因果關系
3 基因表達調控環節 哪些環節控制了基因的選擇性表達？什么階段更重要？ 舉手表決 類比做飯，補充分析 舉手表決 在基因表達的基礎上思考調控的機制，以及生命的復雜性與系統性
4 蜜蜂發育的基因表達調控 簡介 提問性別 什么導致了這種差別？ 人吃了會怎么樣？ 成年工蜂吃了會怎么樣？ 蜂王漿如何決定命運？改變了什么？給出自己的（不靠譜）的猜測，請同學回答自己認為的研究的方向，討論需要測哪些指標？ 引導學生逆向追溯蛋白質、RNA、DNA序列，引出DNA的細節變化 展示甲基化發現的圖， 典型錯誤的對待實驗結果示范 糾正 觀察 回答 思考 回答 聽 觀察 聽 鍛煉學生從自然中的異常現象中發現問題、思考問題的能力 從時間上感受發育調控的關鍵期 鍛煉針對科學問題的猜想能力 幫助學生端正科學探究態度：實事求是，不放過細節
5 DNA甲基化 分析甲基化對堿基配對的影響 展示分子結構圖 提問：甲基化導致的結構變化，會導致什么后果，討論 探討實驗驗證的方法，提問 觀察 想象 討論 回答 從分子層面解釋DNA甲基化的影響 鍛煉實驗設計
6 DNA甲基化的遺傳性 舉Agouti基因缺陷小鼠的案例 介紹表觀遺傳的概念 對復制階段的機制示意圖，講解DNA甲基化為什么能遺傳 提示DNA甲基化遺傳的相對性 聽 聽，標記 看圖，聽，理解 通過案例，更形象地理解表觀遺傳是什么 聯系DNA復制，進一步理解表觀遺傳原理
7 研究孕期饑餓與DNA甲基化的關系 回顧荷蘭饑荒期間孕婦的異常遺傳現象，引出DNA甲基化與之關系的猜想 提問：如何用實驗去研究？ 需要對照，還有，每組只研究一個夠嗎？那顯然不能重新制造一場饑荒……那可以不用人做實驗，而是？ 請同學設計分組 請同學設計檢測的指標 提問：得到的數據，用什么方法分析。 舉例：IGF2 重點選取哪些基因 聯系其它能影響表觀遺傳的行為（抽煙、熬夜） 探討如何證明因果關系？ 回顧 思考 回答 板書 回答 想象 回答 回答 引導學生考慮實驗設計的重復、對照等原則，還領悟研究中需要考慮的倫理問題 考慮臨床實驗的局限，用實驗動物補充的意義 感受實驗設計、結果分析的過程，鍛煉科學探究能力 研究策略，成本意識，社會責任 引出其它基因表達調控的方式
8 總結 繼續討論操作方式 展示基因表達調控的全貌 討論更多的干預可能性 聽 回顧本節課的要點
【板書設計】
分組：
/妊娠前3月挨餓的外婆——媽媽——女兒；
/妊娠末3月挨餓的外婆——媽媽——女兒；
指標（繪圖）：
/散點圖：基因甲基化水平與體重的數據 >> 擬合曲線
【教學反思】
對學生的關注仍然不夠全面，不能有效地調動全班同學的參與討論的積極性。
引入階段開始，講課者的情緒就不適合上課的情緒，是一種匆忙的情緒，是一種不充沛的情緒。缺乏主動分享的情緒，精神狀態干癟不飽滿。
說話的節奏太趕，每句話的間隔顯得突兀。一個字還沒展開來，就模糊地過渡到下一個字，甚至會提前把后面要講的內容提前講出來，導致故事缺乏時序性與懸念感。不但缺乏給同學的反應、回味、思考時間，甚至連給講課者思考的時間都是缺乏的，非常不從容，講話的節奏對聽課的學生來說非常反人類，有種頻道對不上的感覺。這種狀態很容易導致了學生放棄跟上講課者的節奏，不再有回應的動力。反過來對講課者來說，者加劇了講課者的心虛無力感，如此一來惡性循環。
啟示：所以應該想好了再講，講完一句，不要擔心時間上的留白，而應適應留白，在留白階段關注學生反應變化。
啟示：如果可能的話，在上課之前盡量長的一段時間（個人經驗上，最好保證1小時甚至更久）避免其它事情干擾，專門再去假想一遍上課時雙方要做的事。保證在上課開始階段，與學生調成相近的狀態。
問題沒有經過審慎的推敲，提問數量多而泛濫。在分析案例的環節，出現了一些不必要問的，對主題貢獻價值不高的問題。如果問題太過簡單而且對學生來說比較熟悉的，完全沒有必要提問。而且存在不止一處前后問題內容重疊地現象，也包括重復討論類似的實驗設計思想，有必要精簡這類問題的數量。
講述過程中，過于出現對內容推進沒有作用的口頭禪：“好“、”對吧“……之類
不同案例之間的過渡其實邏輯性不強，顯得生硬。比如，討論完果蠅的選擇性表達與分化的關系之后，應該從表型講到表型背后的生物大分子
在展示果蠅基因表達圖階段時，好像講課者說話的節奏感覺要好一些，但是講完果蠅的選擇性表達之后，節奏又開始不對頭了。
蜜蜂發育問題這里，可以感受到，介紹案例時，話特別多。但是實際上，介紹時，甚至不需要完整的句子，簡短的幾個短語，配合上手勢，即可簡明表示出精髓的意思。部分語句，聲音音量下落，很可能遠處同學沒聽清。
對于蜜蜂甲基化的證明，并未講清楚前提，就直接提問了，雖然問題難度并不算很高，但是缺乏充分前提會阻礙了學生理解問題。類似地，討論基因表達階段哪個更重要的問題，也缺乏足夠的鋪墊。對于讓學生分享主觀想法時，更需要建立在完整的前提基礎上。
對于猜測蜂王漿發揮作用機制階段，在一個問題提出后，應該先觀察學生的反應，不要急著給出故意設計出的經典的錯誤猜想，而應充分點名讓幾位同學逐一分享自己的猜想，增加參與感。
討論甲基化對基因表達的影響時，會談到其對DNA轉錄的影響，其實回答的學生講得非常完整，比講課者想到的講述起點更早，所以應當及時贊許，并鼓勵其繼續講下去，增加其信心，避免學生慌了影響思維，那就可以很有條理地分析出來，但這里顯然處理得太急躁了（甚至出現了口誤，把轉錄誤講成復制）。這里有兩個可以改進的地方：
一個是：配上含有DNA聚合酶的圖，不要讓學生的聯想沒有指向性；
第二是：其實這一步并沒有必要指出，甲基化的影響是正向的還是反向的，先別急著誘導學生推測可能性，別急著指向答案，因為這會很糾纏，耗費時間，而是在接下來討論如何用實驗證明甲基化是促進還是抑制轉錄乃至基因表達的這一環節中，再介紹普遍規律。
關于基因的選擇，因為學生是沒有研究經驗的，而且對肥胖的理解不深，因此討論選擇哪些基因的時候，沒有必要讓同學們去猜，直接告訴學生業界慣例即可。
學完蜂蜜的案例之后，最好在階段小結時說：這種DNA甲基化，決定了具有相同基因序列的一代蜜蜂不同的命運。下一代的新蜜蜂，如果需要長成蜂王，仍然是需要吃蜂王漿的。不過自然界中，存在另一種現象，影響的不僅僅是一代人的事情，由此引出Agouti基因缺陷小鼠的案例。
選同學提問時，不要怕花時間，反而應該全面仔細地觀察同學的眼神，這個環節其實花不了多少時間，需要避免過于隨機選人的毛病。
證明甲基化影響蜜蜂發育，這個實驗其實適合講課者自己來講，因為邏輯上不是簡單的一步。由學生回答的結果是，易于漏掉證明的關鍵原因。另外，需要配合適的圖。
討論Agouti缺陷小鼠的案例時，講法不夠好，反映了對相關研究內容不是很了解。但這些必須要花時間了解清楚，不然很容易有偏差，講出些經不起推敲的論證過程。
表觀遺傳囊括的范圍是比較多的，但是這節課僅僅討論了DNA甲基化的表觀遺傳，容易造成一種表觀遺傳等于DNA甲基化的假象。需要適當提一下其它表觀遺傳的例子。
在解釋DNA甲基化能遺傳的分子機制時，宜簡單接上從復制如何過渡到遺傳的論述，因為不能保證大多數人能做到跳躍思維。
請同學列舉實驗需要用到的分組階段時，其實應該再停頓一下的，討論，為什么要研究三代，以此強調觀察代際之間的比較，而不是一連串寫上去，甚至這個地方也不用把板書寫在分組上，因為PPT的圖已經很直觀了。

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