“DNA分子的結(jié)構(gòu)”模擬教學(xué)設(shè)計(jì)

肖紅梅

摘 要：“以科學(xué)之方，新教育之事”，教育方法不僅需要革新者的適時(shí)創(chuàng)新和嘗試，更需要實(shí)踐的跟蹤式校驗(yàn)和檢測(cè)，這樣方知其合理性和超前性。教學(xué)過(guò)程中，積極探尋新的教學(xué)方式，讓學(xué)生獲得的不再是空洞乏味的概念、理論，而是極其寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和深層次的領(lǐng)會(huì)與感悟。

關(guān)鍵詞：DNA分子；結(jié)構(gòu)；模擬教學(xué)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2018）15-077-2

陶行知先生1918年在南京教育研究會(huì)上的演講中提出了“以科學(xué)之方，行教育之事”的口號(hào)，他認(rèn)為，教育方法不僅需要革新者的適時(shí)創(chuàng)新和嘗試，更需要實(shí)踐的跟蹤式校驗(yàn)和檢測(cè)，這樣方知其合理性和超前性。[1]教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)緊抓教學(xué)目標(biāo)，積極探尋新的教學(xué)方式，讓學(xué)生獲得的不再是空洞乏味的概念、理論，而是極其寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和深層次的領(lǐng)會(huì)與感悟。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

《DNA分子的結(jié)構(gòu)》是人教版高中生物必修二第三章第二節(jié)的內(nèi)容，在此之前，學(xué)生已對(duì)遺傳規(guī)律和減數(shù)分裂有了深度理解；也已操作了證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)的諸多實(shí)驗(yàn)；因此本節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)理解DNA分子作為遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、DNA分子的復(fù)制、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成、基因突變等知識(shí)的基礎(chǔ)。它具有承上啟下的重要作用，因此是生物教學(xué)的重點(diǎn)。

二、教學(xué)思路

在《DNA分子的結(jié)構(gòu)》教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知的一般規(guī)律，首先學(xué)習(xí)研究相關(guān)科學(xué)史的科學(xué)態(tài)度和精神，然后采取模型建構(gòu)的方法進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)模擬教學(xué)，最大限度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性、認(rèn)知性，解讀學(xué)生的行為特點(diǎn)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中處于高度興奮狀態(tài)，充分運(yùn)用聽、說(shuō)、學(xué)、做、改等一系列學(xué)習(xí)手段，開啟一切可以調(diào)動(dòng)的感官功能，對(duì)所學(xué)內(nèi)容形成深度記憶。

嘗試構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。在以往的教學(xué)中對(duì)這個(gè)難點(diǎn)的突破方法是采用牙簽、橡皮泥、剪好的紙片和別針讓學(xué)生制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。但是存在一些問題：①“反向平行”這一知識(shí)點(diǎn)不能很好的突破；②“磷酸和含氮堿基在脫氧核糖上的連接位點(diǎn)”在短時(shí)間內(nèi)學(xué)生不能很好的掌握；③課堂教學(xué)需要花費(fèi)更多的時(shí)間。所以在今年的教學(xué)過(guò)程中就想到了運(yùn)用學(xué)生的身體來(lái)進(jìn)行模擬。一個(gè)學(xué)生代表一個(gè)脫氧核苷酸，其中頭部代表脫氧核糖的氧原子，左、右肩膀分別代表1號(hào)、4號(hào)碳原子，左右腰部依表示2號(hào)、3號(hào)碳原子，右肘表示5號(hào)碳原子，右手表示磷酸基，左手代表含氮堿基。按照“基本單位——單鏈結(jié)構(gòu)——雙鏈結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)”的順序展開教學(xué)，由一個(gè)學(xué)生代表一個(gè)脫氧核苷酸，一排多個(gè)學(xué)生連成一隊(duì)模擬DNA的一條鏈，兩排學(xué)生模擬DNA的兩條鏈，左手和左手連接表示堿基對(duì)，這樣就能很好的體現(xiàn)了DNA分子的平面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；同時(shí)也解決了以上的幾個(gè)問題。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

①討論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)。

2.能力目標(biāo)

嘗試構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

①體驗(yàn)科學(xué)家鍥而不舍、執(zhí)著追求、合作交流的科學(xué)精神；

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。

四、教學(xué)過(guò)程

1.情境導(dǎo)入，開啟智慧之門

老師通過(guò)PPT展示北京中關(guān)村的DNA雕塑，引發(fā)學(xué)生回憶DNA相關(guān)的知識(shí)，例如艾弗里的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)以及赫爾希和蔡斯的噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；DNA的基本單位及其名稱和組成等。

目的是通過(guò)圖片展示，喚起學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的回憶，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

2.模型構(gòu)建，探究智慧之源

教師引導(dǎo)：1953沃森和克里克提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，在此之前，薛定諤已預(yù)言遺傳物質(zhì)可能是一種信息分子，他能貯存、復(fù)制并傳遞遺傳信息，因此他們的工作是有明確的思想引領(lǐng)的。即所建構(gòu)的DNA分子應(yīng)符合遺傳物質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定性，能有足夠的遺傳信息容量，還能相對(duì)的準(zhǔn)確復(fù)制，并隨染色體的世代傳遞而傳遞。[2]

（1）活動(dòng)一：閱讀教材P47—48，自學(xué)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的探索歷程，討論并回答問題。

①沃森和克里對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出，借鑒了哪些科學(xué)家的理論？他們都是生物學(xué)家們？

②沃森和克里克在構(gòu)建模型的過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)哪些錯(cuò)誤？他們是如何對(duì)待和糾正這些錯(cuò)誤的？

③根據(jù)查戈夫的發(fā)現(xiàn)，四種堿基之間是如何配對(duì)的？

④DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，具有怎樣重要的意義？

教師總結(jié)：①當(dāng)代科學(xué)的發(fā)展是需要各國(guó)科學(xué)家的共同合作和信息的交流。

②當(dāng)代生命科學(xué)的發(fā)展需要跨學(xué)科的合作，這些科學(xué)家們除了沃森一人早先是動(dòng)物學(xué)家外，其余都是物理學(xué)家、化學(xué)家。生命科學(xué)呼喚各方面的學(xué)者參與，是一個(gè)科學(xué)的“磁場(chǎng)”。③由此誕生了分子遺傳學(xué)，今兒催生了分子生物學(xué)，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，由此發(fā)生的基因組研究、基因工程的開拓等等，正在改變?nèi)藗兊纳?/p>

（2）活動(dòng)二：根據(jù)沃森和克里克的理論，以人體為構(gòu)建DNA模型的材料，模擬一分子脫氧核苷酸。

PPT展示：脫氧核糖的結(jié)構(gòu)，并在脫氧核糖的相應(yīng)部位分別標(biāo)出1、2、3、4、5號(hào)碳原子。

教師點(diǎn)撥：首先確定用身體的哪個(gè)部位來(lái)表示脫氧核苷酸，然后分別找出5個(gè)碳原子的對(duì)應(yīng)位置，最后確定磷酸基和含氮堿基的位置。

（3）活動(dòng)三：若由10個(gè)同學(xué)參與構(gòu)建DNA模型，哪么如何模擬脫氧核苷酸連接形成的長(zhǎng)鏈？

PPT展示：幾種相鄰兩個(gè)脫氧核苷酸的連接方式，請(qǐng)學(xué)生找出其中正確的連接方式。

教師引導(dǎo)：①如果前后兩個(gè)同學(xué)分別代表兩個(gè)脫氧核苷酸，那么前一個(gè)脫氧核苷酸的脫氧核糖與后一個(gè)磷酸基如何相連？

②在形成的一條脫氧核苷酸鏈上，含有幾個(gè)游離的磷酸基？幾個(gè)游離脫氧核糖？具體位置在哪里？

（4）活動(dòng)四：嘗試構(gòu)建DNA雙鏈結(jié)構(gòu)模型

PPT展示：DNA的平面結(jié)構(gòu)圖

教師點(diǎn)撥：①通過(guò)對(duì)相關(guān)材料的閱讀，請(qǐng)根據(jù)DNA分子的平面結(jié)構(gòu)模型，思考由兩條脫氧核苷酸鏈如何相連形成DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)？

②堿基與堿基如何相連？堿基對(duì)是怎樣影響DNA分子的穩(wěn)定性的？

③請(qǐng)一條鏈上的同學(xué)分別隨機(jī)說(shuō)出自己所代表的堿基，那么，與之互補(bǔ)的另一堿基是什么？配對(duì)的兩個(gè)不同的堿基在數(shù)目上有怎樣的關(guān)系？

④一個(gè)雙鏈DNA分子中，含幾個(gè)游離的磷酸基？幾個(gè)游離的脫氧核糖？具體位置在哪里？

⑤DNA分子只含有4種脫氧核苷酸，它如何能夠儲(chǔ)存足夠量的遺傳信息的？[2]

⑥可以模擬出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)嗎？

3.知識(shí)總結(jié)，生成智慧之果

教具展示：DNA空間結(jié)構(gòu)模型

閱讀教材P49圖311的DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖，聯(lián)系自己構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程，總結(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：

①DNA分子是由 條 長(zhǎng)鏈反向盤旋而成的 結(jié)構(gòu)。

②DNA分子中的 交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架； 在內(nèi)側(cè)。

③兩條鏈上的堿基通過(guò) 連接起來(lái)，A與T、G與C形成堿基對(duì)，遵循 。

4.拓展延伸，點(diǎn)燃智慧之炬

（1）分析DNA分子中脫氧核糖、磷酸、含氮堿基這三者之間的數(shù)量關(guān)系。

（2）根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，推導(dǎo)出DNA雙鏈中A與T、G與C以及嘌呤總數(shù)與嘧啶總數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳群.讀陶行知《以科學(xué)之方，新教育之事》有感.生活教育，2014（01）.

[2]朱正威.把教學(xué)目標(biāo)裝在心里—用“心”教學(xué).生物學(xué)通報(bào)，2011（01）.