基于PCK的實踐
——自制教具模擬DNA復(fù)制

王海濱 （廣東省揭陽市華僑高級中學(xué) 廣東揭陽 522000）

一直以來，人們總是認為只要具備了充足的知識體系，便能教好書。但是高中生物教學(xué)卻是例外，特別是必修2模塊中的遺傳學(xué)知識是非常抽象的，由于受到各種因素限制，往往不能進行實驗，只能單純靠教師課堂講解，學(xué)生也只有通過空間思維來理解。這樣會導(dǎo)致學(xué)生對知識掌握不牢，課堂效率低下。如何高質(zhì)量高效率完成教學(xué)工作？自制教具有強大的生命力，尤其教師利用PCK的理念自制教具，更能在其基礎(chǔ)上進一步顯示出教學(xué)優(yōu)勢。

PCK是由美國學(xué)者舒爾曼首創(chuàng)的概念，是指教師個人獨一無二的教學(xué)經(jīng)驗、教師獨特學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域和教育學(xué)的特殊整合，是教師對自己專業(yè)理解的特定形式。PCK既綜合了學(xué)科知識，也結(jié)合了學(xué)生背景，是教師將學(xué)科內(nèi)容轉(zhuǎn)化和表征為個人教學(xué)方式的形式，是教師特有的知識。它適合不同能力和背景的學(xué)生。具有PCK理念的教師在選擇適合主題的教學(xué)方法時，往往更加靈活，能夠把復(fù)雜知識轉(zhuǎn)變成熟悉的、易理解的知識。結(jié)合PCK理念，筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)利用塑料拉鏈這一日常材料來動態(tài)模擬DNA復(fù)制是很好的方法，因此在教學(xué)中設(shè)計并制作了這一替代模型。該模型不但彌補了常規(guī)教學(xué)教具復(fù)雜化、難以制作和控制的缺點，而且可以反復(fù)利用，動態(tài)模擬DNA復(fù)制，另外，也可以在其基礎(chǔ)上進行改裝作為其他內(nèi)容的教學(xué)用具。使用該模型教學(xué)取得良好的教學(xué)效果，現(xiàn)拋磚引玉。

1 學(xué)具制作過程

1.1 制作材料

2根不同顏色長度約為30 cm的塑料拉鏈（布料拉鏈也可以），紅色和白色2種不同顏色的A4紙，訂書機，磁鐵，剪刀。

1.2 制作方法

1.2.1 脫氧核苷酸鏈制作

20世紀(jì)50年代沃森和克里克構(gòu)建了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)。據(jù)此，塑料拉鏈結(jié)構(gòu)只要稍加處理，就可以進行使用。塑料拉鏈主要由組合凹槽、拉頭、膠片等組成。凹槽的組合與分離可以代表氫鍵的恢復(fù)與破壞。當(dāng)拉頭分離拉鏈時，可用來代表解旋酶解旋；當(dāng)拉頭組合凹槽時，又可以代表DNA聚合酶恢復(fù)氫鍵。塑料拉鏈兩邊有兩片透明膠片，先用剪刀把打印在白色紙張中的4種不同的堿基（A、T、C、G）剪下來，用訂書機把堿基訂在膠片的兩側(cè)，作為親代DNA分子（圖1）。再準(zhǔn)備另一條長度一樣的塑料拉鏈，并用剪刀把打印在紅色紙張中的4種不同堿基剪下來備用。

圖1 模擬親代DNA分子

1.2.2 酶的制作

用白色的紙張制作2個U形字樣的圖形代表DNA聚合酶，用紅色的紙張制作類似梅花樣的圖形代表蛋白六聚體的DNA解旋酶。

2 DNA復(fù)制的模擬原則

DNA復(fù)制為半保留復(fù)制。先把其中一條藍色的塑料拉鏈用磁鐵固定在黑板上，把紅色紙片制作的DNA解旋酶放在拉鏈拉頭處以模擬DNA解旋酶和DNA結(jié)合，不斷移動拉鏈的拉頭，同時移動DNA解旋酶，模擬DNA的解旋，得到分開的兩片拉鏈，作為親代的DNA分子，用磁鐵將其固定在磁性黑板上（圖2A）。把另一條黃色備用的塑料拉鏈的拉頭完全拉開作為兩條子鏈，并分別用兩個拉頭與兩條已經(jīng)解旋的藍色母鏈組合，把白色紙張制作的DNA聚合酶連在拉頭的凹槽結(jié)合處，移動拉頭時也不斷移動DNA聚合酶，表示DNA聚合酶恢復(fù)氫鍵，凹槽的結(jié)合部位同時用訂書機把備用的紅色堿基紙片按照堿基互對配對原則將其訂在配對的黃色子鏈的區(qū)域。由于DNA復(fù)制是按照5′到3′方向合成，因此，兩邊拉頭連接凹槽的方向也必須是按相反的方向進行（圖2B）。按照這種原則不斷延伸，到最后把原來組合母鏈的拉頭去掉，并移開DNA解旋酶，表示解旋結(jié)束。另一側(cè)則不斷移動拉頭把子鏈與母鏈的凹槽組合，同時將配對的紅色堿基紙片用訂書機訂在子鏈區(qū)域，當(dāng)兩條子鏈分別完全與兩條母鏈的凹槽互鎖后，移開DNA聚合酶，最終得到兩個完全相同的子代DNA分子，每一個子代DNA分子包含一條母鏈和一條新合成的子鏈，用磁鐵將它們固定在磁性黑板上（圖2C）。這樣就完成了DNA的復(fù)制過程。

圖2 模擬DNA的復(fù)制

3 教學(xué)反思

模型和建模研究目前已成為國際科學(xué)教育的重要研究議題之一，越來越多國家的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)都強調(diào)模型和建模的作用，并將其納入到教學(xué)內(nèi)容中，而利用PCK理念自制的新型教具模型又進一步提升了教師課堂教學(xué)的針對性、趣味性、可行性。在國內(nèi)中學(xué)生物教學(xué)中，很多實際的觀察、實驗、探究等活動，正不斷被電子圖片等方式取代。筆者用塑料拉鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計制作的DNA結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，不但教師可以重復(fù)演示，學(xué)生也可以演示，以鍛煉他們的思維和表達能力，親歷探究的過程，便于掌握知識、方法和技能，體現(xiàn)了科學(xué)精神和科學(xué)本質(zhì)，這是任何多媒體技術(shù)替代不了的。此實踐也更體現(xiàn)了PCK的核心內(nèi)涵：“立足于學(xué)生立場，實現(xiàn)知識轉(zhuǎn)化”。