模型建構(gòu)在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一課中的應(yīng)用

朱艷

摘要通過模型建構(gòu)，將微觀、抽象的DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，用圖形、數(shù)字和教具呈現(xiàn)出來，便于學(xué)生的理解記憶。

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《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中明確將獲得生物學(xué)模型的基本知識作為課程目標(biāo)之一，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)或活動建議部分做了具體的規(guī)定。模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的一種簡化的概括性的描述。模型作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識手段和思維方法，是科學(xué)認(rèn)識過程中抽象化和具體化的辯證統(tǒng)一。模型建構(gòu)已經(jīng)成為高中生物學(xué)課程內(nèi)容的一個重要組成部分。高中生物新課程教學(xué)中的模型建構(gòu)活動的主要目的是讓學(xué)生通過嘗試建構(gòu)模型，體驗(yàn)建構(gòu)模型中的思維過程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是人教版高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》第四章“基因的表達(dá)”中第一節(jié)的內(nèi)容，是第四章的基礎(chǔ)和重難點(diǎn)。通過第二章“基因和染色體的關(guān)系”的學(xué)習(xí)，了解了“基因在哪里”，第三章“基因的本質(zhì)”又知道了“基因是什么”，本章主要學(xué)習(xí)“基因是怎么起作用的”，為第五章“基因突變和其他變異”等內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了理論基礎(chǔ)。本節(jié)涉及的物質(zhì)種類比較多，且內(nèi)容微觀、抽象復(fù)雜，學(xué)生理解起來比較困難。單純的填鴨式灌輸和死記硬背無法滿足新教學(xué)大綱的要求。為了把微觀、抽象的內(nèi)容，通過分析、歸納，總結(jié)成比較直觀的知識點(diǎn)，筆者就借助模型建構(gòu)進(jìn)行教學(xué)，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

模型建構(gòu)方法有很多，高中生物教學(xué)中常見的有概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型三種。在教學(xué)過程中，教師需要靈活地運(yùn)用這三種模型，幫助學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容有更深入、全面的理解和認(rèn)識。

1概念模型

概念模型是指以文字來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，其最主要、最直接的體現(xiàn)形式就是概念圖，可以幫助學(xué)生很好的抓住主干知識，發(fā)現(xiàn)各知識點(diǎn)之間的關(guān)系，使知識網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。

本節(jié)主要內(nèi)容為遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，分支為DNA和RNA的比較、三種不同類型的RNA以及遺傳密碼的概念、種類和特點(diǎn)等。以遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯為主線，以其他內(nèi)容為側(cè)枝，經(jīng)過完善以后可以得到圖1的概念模型。

這個概念模型清晰地體現(xiàn)了：基因是生命活動的控制者，蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者和體現(xiàn)者，基因的核苷酸序列中含有遺傳信息，這些信息通過轉(zhuǎn)錄、翻譯，合成蛋白質(zhì)后才會發(fā)揮作用。通過這個概念模型，學(xué)生們可以清楚地掌握以下內(nèi)容：遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程；RNA的種類和作用，進(jìn)而擴(kuò)展到與DNA的區(qū)別等；密碼子的概念、組成，進(jìn)而了解堿基和氨基酸的關(guān)系等。

2物理模型

物理模型是指以實(shí)物或者圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象特征的模型，模擬客觀事物的某些功能和性質(zhì)。

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)，是遺傳信息的翻譯過程，教師一般可以通過多媒體動畫來講解，但是通過制作物理模型，可以讓學(xué)生通過親自演練，了解和掌握翻譯的相關(guān)知識點(diǎn)。

筆者根據(jù)教材P66中的“圖4-6”，制作了蛋白質(zhì)合成的模型，如圖2所示。

通過這個物理模型，學(xué)生可以直觀地掌握到以下信息：tRNA的結(jié)構(gòu)，反密碼子、攜帶氨基酸的位置等；密碼子的概念，學(xué)會通過密碼子表，查詢20種氨基酸；mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和核糖體結(jié)合；tRNA攜帶甲硫氨酸進(jìn)入核糖體，以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，把氨基酸放入位點(diǎn)1（起始密碼子），另一個mRNA攜帶谷氨酸放入位點(diǎn)2；甲硫氨酸和谷氨酸脫水縮合形成肽鍵，甲硫氨酸和tRNA分離，轉(zhuǎn)移到第二個tRNA上；核糖體沿著mRNA移動三個堿基位置，讀取下一個密碼子，原來的位點(diǎn)1的tRNA離開核糖體，原來位點(diǎn)2的tRNA變成位點(diǎn)1，新的tRNA攜帶丙氨酸進(jìn)入位點(diǎn)2；如此過程不斷反復(fù)進(jìn)行，肽鏈不斷延伸，直到mRNA上出現(xiàn)終止密碼子（UAG、UAA、OGA）為止；肽鏈合成后，從mRNA上脫落，再經(jīng)過縮合，最終形成具有一定氨基酸順序的，有一定功能的蛋白質(zhì)。

通過這個方法，可以給出一段mRNA的堿基順序，讓學(xué)生自己動手去制作物理模型并演示，以鞏固加深理解，同時，我們可以由物理模型總結(jié)出概念，再上升為抽象的數(shù)學(xué)模型。

3數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是指來描述一個系統(tǒng)或者它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，用來表達(dá)生命活動的規(guī)律。數(shù)學(xué)模型可以把復(fù)雜的問題直觀化，建立一個能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對象規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系式，在生物學(xué)教學(xué)中，教師可以幫助學(xué)生將生物學(xué)的一些問題、現(xiàn)象抽象化、形象化，更直觀地理解生物學(xué)問題。

在本節(jié)課中，學(xué)生學(xué)習(xí)到：DNA和RNA都含有4種堿基，而且也知道：mRNA上3個相鄰的堿基決定1個氨基酸，將每3個堿基稱作1個密碼子，故得出密碼子表上總共有4x4x4=64個密碼子，決定了20種氨基酸。從結(jié)構(gòu)上得知，DNA是雙鏈，RNA是單鏈，所以可以得出數(shù)學(xué)模型：基因中堿基數(shù)：mRNA中堿基數(shù)：氨基酸數(shù)=6：3：1。

通過數(shù)學(xué)模型，學(xué)生可以掌握DNA和RNA的區(qū)別，密碼子、氨基酸等相關(guān)的知識，并有較深的理解。

綜上所述，在本節(jié)課程的教學(xué)過程中，教師靈活地運(yùn)用各種不同的模型建構(gòu)，使高度抽象的書本知識生動地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生產(chǎn)生多維度的認(rèn)知體驗(yàn)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加具體，從而能最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率。同時，教師也通過模型的提煉和建構(gòu)，科研和動手能力得到了提高，教學(xué)能力得到了發(fā)展。因此，培養(yǎng)模型建構(gòu)能力，在高中生物教育中，是不容忽視的。