構(gòu)建模型 深化教學(xué)

楚昕穎

[摘 要]生物教學(xué)中主要涉及的模型有物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型等?！禗NA分子的結(jié)構(gòu)》一課中的“模型”屬于物理模型中的結(jié)構(gòu)模型。在本課中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型構(gòu)建，可幫助學(xué)生理解DNA分子的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，使學(xué)生在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上理解DNA的結(jié)構(gòu)特性和把握好堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的相關(guān)計(jì)算。

[關(guān)鍵詞]模型構(gòu)建；教學(xué)設(shè)計(jì)；DNA分子結(jié)構(gòu)

[中圖分類號(hào)] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 16746058（2018）02008302

構(gòu)建模型是生物教學(xué)的重要教學(xué)方式。生物教學(xué)中主要涉及的模型有物理模型（如細(xì)胞結(jié)構(gòu)模型、DNA分子結(jié)構(gòu)模型、細(xì)胞分裂過(guò)程模型）、數(shù)學(xué)模型（如曲線模型、幾何圖模型、表格模型）、概念模型（如種群數(shù)量特征關(guān)系模型）等。構(gòu)建模型，可以使抽象的內(nèi)容具體化，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，全面評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。下面，筆者就以《DNA分子的結(jié)構(gòu)》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，來(lái)說(shuō)明一節(jié)課的教學(xué)是可以在學(xué)生構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上展開(kāi)并深化的。

一、教材分析

本節(jié)課是蘇教版高中生物必修2第四章第二節(jié)的第一部分內(nèi)容。通過(guò)第一節(jié)《探索遺傳物質(zhì)的過(guò)程》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)形成了“DNA是自然界中主要的遺傳物質(zhì)”的觀點(diǎn)，了解了DNA功能的重要性，必然對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)產(chǎn)生好奇。而本節(jié)課主要學(xué)習(xí)的就是DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及解決堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的相關(guān)問(wèn)題計(jì)算，為第三節(jié)《從基因到蛋白質(zhì)》的教學(xué)開(kāi)展打好基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的內(nèi)容并不復(fù)雜，且脈絡(luò)清晰，讓學(xué)生記住是不難的，但要讓學(xué)生理解、認(rèn)可是有難度的。因此，在教學(xué)中可以DNA分子模型的構(gòu)建為基礎(chǔ)，展開(kāi)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及特性、堿基計(jì)算等相關(guān)知識(shí)的教學(xué)。模型構(gòu)建是本節(jié)課所有相關(guān)內(nèi)容理解、應(yīng)用的基石。模型構(gòu)建不能一次性完成，那樣知識(shí)跨度太大，并不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，此次的模型構(gòu)建可分成三個(gè)部分：一是先構(gòu)建一條脫氧核苷酸鏈，讓學(xué)生在掌握脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上了解脫氧核苷酸之間是通過(guò)“磷酸二酯鍵”這個(gè)化學(xué)鍵連成一條鏈的；二是參照教材構(gòu)建另一條脫氧核苷酸鏈，使學(xué)生注意到兩條鏈的反向關(guān)系；三是引導(dǎo)學(xué)生探討已構(gòu)建好的兩條脫氧核苷酸鏈?zhǔn)侨绾谓Y(jié)合在一起的，從而讓學(xué)生了解氫鍵，了解堿基配對(duì)原則及堿基對(duì)和氫鍵數(shù)的關(guān)系。再在觀察模型的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出DNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及特性。模型構(gòu)建的分步進(jìn)行，使學(xué)生在每一步模型構(gòu)建中都有所思、有所得，在構(gòu)建模型的“困難”中對(duì)相關(guān)知識(shí)有所領(lǐng)悟。而教師只要對(duì)一些學(xué)生無(wú)法發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題加以剖析、引導(dǎo)即可。

三、教學(xué)準(zhǔn)備

（一）黑板展示模型

黑板展示用的4種脫氧核苷酸各2個(gè)，顏色要鮮艷，以便學(xué)生觀察。模型后面要貼磁條，以便學(xué)生操作和展示。

（二）小組活動(dòng)模型

每組3～4人，每組4種“脫氧核苷酸”各5個(gè)（A4紙打印出來(lái)后進(jìn)行剪裁）。其中腺嘌呤（A）和鳥(niǎo)嘌呤（G）用同種顏色的筆標(biāo)注，胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）用另一種顏色的筆標(biāo)注。將“脫氧核苷酸”置于信封中，每組備A4紙一張，膠棒一個(gè)。

四、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識(shí)與技能

1.了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程；

2.概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

（二）過(guò)程與方法

1.讓學(xué)生在自學(xué)中領(lǐng)悟知識(shí)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力；

2.領(lǐng)悟模型構(gòu)建法在科學(xué)研究中的應(yīng)用。

（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀

1.認(rèn)識(shí)到與人合作在科學(xué)研究中的重要性；

2.認(rèn)同人類對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)是不斷深化、不斷完善的過(guò)程。

五、教學(xué)過(guò)程

（一）課堂導(dǎo)入

師：課前你們已經(jīng)自學(xué)了“DNA分子結(jié)構(gòu)之謎”，是誰(shuí)在前人發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上首先構(gòu)建出了DNA的結(jié)構(gòu)模型？

生1：沃森、克里克。

師：DNA的結(jié)構(gòu)到底是怎樣的？有什么特點(diǎn)呢？這就是我們本節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

評(píng)點(diǎn)：“DNA分子結(jié)構(gòu)之謎”中其他科學(xué)家有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，內(nèi)容較簡(jiǎn)單，其中涉及的知識(shí)后續(xù)教學(xué)也會(huì)進(jìn)一步講解，故此處讓學(xué)生了解即可，不必贅述。

（二）講授重要知識(shí)點(diǎn)

1.DNA的平面結(jié)構(gòu)

師：DNA的組成元素是什么？

生2：C、H、O、N、P。

師：DNA的基本單位“”中各個(gè)組成部分的名稱分別是什么？

生3：磷酸、脫氧核糖、含氮堿基。

評(píng)點(diǎn)：回顧舊知識(shí)，為新知識(shí)的引入做好鋪墊。

師（課件展示四種脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)模式圖，讓學(xué)生找出其主要不同）：脫氧核苷酸是通過(guò)什么結(jié)合形成脫氧核苷酸鏈的？

生4：磷酸二酯鍵。

師：兩條鏈之間是通過(guò)什么結(jié)合的呢？

生5：氫鍵。

[合作探究一]構(gòu)建DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)

讓學(xué)生自主閱讀教材P68，利用教材所給材料，嘗試按照以下步驟構(gòu)建DNA分子的平面結(jié)構(gòu)。

（1）構(gòu)建一條脫氧核苷酸鏈。（磷酸二酯鍵用筆畫(huà)出）

（2）依據(jù)第一條鏈構(gòu)建該DNA的第二條脫氧核苷酸鏈。

（3）構(gòu)建雙鏈DNA的平面結(jié)構(gòu)。

評(píng)點(diǎn)：通過(guò)小組活動(dòng)

使學(xué)生

理解DNA的結(jié)構(gòu)組成，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生活動(dòng)與黑板模型構(gòu)建相結(jié)合。在這個(gè)過(guò)程中，可隨機(jī)選取5個(gè)脫氧核苷酸構(gòu)成一條鏈，關(guān)注磷酸二酯鍵的位置、第二條鏈的方向及氫鍵數(shù)量。

【及時(shí)突破1】結(jié)合DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖，填出1～10的名稱。

生6：1是胞嘧啶，2是腺嘌呤，3是鳥(niǎo)嘌呤，4是胸腺嘧啶，5是脫氧核糖，6是磷酸，7是胸腺嘧啶脫氧核苷酸，8是堿基對(duì)，9是氫鍵，10是脫氧核苷酸鏈。

評(píng)點(diǎn)：及時(shí)鞏固落實(shí)模型中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)真正的平面結(jié)構(gòu)并不存在，因?yàn)镈NA一旦形成便是立體的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而過(guò)渡到DNA的空間結(jié)構(gòu)。

2.DNA的空間結(jié)構(gòu)

（1）DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

[合作探究二]探究DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

對(duì)照已經(jīng)構(gòu)建完成的DNA分子平面結(jié)構(gòu)圖，思考以下問(wèn)題。

①構(gòu)成DNA的鏈條鏈有怎樣的關(guān)系？

②雙鏈DNA分子中，外側(cè)由什么連接而成？其內(nèi)側(cè)是什么？

生7：DNA分子是由兩條鏈按照反向平行的方式盤(pán)旋而成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；DNA分子中的磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵連接成堿基對(duì)，排列在內(nèi)側(cè)。

評(píng)點(diǎn)：基于對(duì)已經(jīng)構(gòu)建完成的模型的觀察與思考，找到問(wèn)題的答案，這便是DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因?yàn)槟Ｐ涂蓪NA結(jié)構(gòu)的抽象問(wèn)題直觀化，所以學(xué)生觀察起來(lái)更容易，思考的方向也更加明確。有了這樣的觀察與思考過(guò)程，本部分內(nèi)容就不再需要學(xué)生死記硬背了。

（2）DNA的結(jié)構(gòu)特性

[閱讀材料]填出結(jié)論。

a.一個(gè)最短的DNA分子也有4000個(gè)堿基對(duì)，可能的排列方式有 種，由此可知特性① 。

b.特定的DNA分子具有特定的堿基對(duì)序列，由此可知特性② 。

c.所有雙鏈DNA的

基本骨架相同，

堿基配對(duì)原則相同，直徑、螺距相同等，由此可知特性③ 。

生8：有44000種；①是多樣性；②是特異性；③是穩(wěn)定性。

評(píng)點(diǎn)：通過(guò)材料分析主動(dòng)判斷出DNA的結(jié)構(gòu)特性，并適時(shí)引入遺傳信息概念，幫助學(xué)生理解DNA的“獨(dú)特性”。此時(shí)應(yīng)再次強(qiáng)調(diào)“氫鍵是一種分子間的作用力”，DNA穩(wěn)定性的維持與氫鍵數(shù)有很大關(guān)系，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考什么樣的DNA穩(wěn)定性更高。

3.堿基的相關(guān)計(jì)算

[合作探究三]雙鏈DNA分子中的堿基計(jì)算規(guī)律

已知雙鏈DNA分子中，A=T，G=C，A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。

（1）雙鏈DNA分子中，任意不能配對(duì)堿基和（如A+C）占總堿基的比例是多少？

（2）若1號(hào)鏈上有（A1+G1）/（T1+C1）=m，則2號(hào)鏈上（A2+G2）/（T2+C2）的比例為多少？

（3）設(shè)在雙鏈DNA分子中的1號(hào)鏈上A1+T1=n%，則2號(hào)鏈上A2+T2的比例為多少？整個(gè)DNA分子中A+T的比例又是多少？

生9：50%；1/m；都等于n%。

評(píng)點(diǎn)：在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)理解了堿基配對(duì)的原則，但分子水平角度的相關(guān)原因需要教師簡(jiǎn)單拓展。學(xué)生思考以上問(wèn)題答案的過(guò)程，也證明了相關(guān)計(jì)算規(guī)律的成立，有利于學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解和靈活應(yīng)用。

【及時(shí)突破2】分析某生物的雙鏈DNA，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤與胸腺嘧啶之和占全部堿基的64%，其中一條鏈上的鳥(niǎo)嘌呤占該鏈全部堿基的20%，則另一條互補(bǔ)鏈中鳥(niǎo)嘌呤占該鏈全部堿基的比例是（ ）。

A.16% B.36% C.20% D.50%

評(píng)點(diǎn)：對(duì)于此題，教師可讓學(xué)生講解解題思路，并強(qiáng)調(diào)此類題型的解題方法，引導(dǎo)學(xué)生注意通過(guò)畫(huà)圖來(lái)進(jìn)行直觀化解題，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成直觀化解題的良好習(xí)慣。

六、教學(xué)反思

本節(jié)課的內(nèi)容是在學(xué)生小組制作DNA平面結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上展開(kāi)的，有利于學(xué)生更好地參與到課堂中來(lái)，活躍課堂氣氛，也更有利于學(xué)生對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)的理解。雖然模型的

準(zhǔn)備

和制作也并不難，但在教學(xué)中只構(gòu)建了DNA的平面結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有構(gòu)建出DNA的雙螺旋空間結(jié)構(gòu)，所以模型的制作還有待改進(jìn)，使其更加形象和生動(dòng)，更便于學(xué)生的操作和理解。

（責(zé)任編輯 黃春香）