建模學習在“DNA分子結(jié)構(gòu)”一節(jié)中的應用

黃瓊玲

摘 要：以建模學習法為指導，以人教版高中生物學教材中“DNA分子結(jié)構(gòu)”為例，本文闡述了“信息收集——嘗試建構(gòu)——獲取信息——繼續(xù)建構(gòu)——獲取信息——深入建構(gòu)——獲取信息——修正完善”的建模過程，以及學生在模型構(gòu)建過程中的具體活動，以期提高學生的建模能力。筆者也闡述了要結(jié)合學情，改進模型構(gòu)建的信息材料和優(yōu)化模型構(gòu)建的流程，提高模型教學的課堂效率，實現(xiàn)學科素養(yǎng)。

關鍵詞：信息;建構(gòu);DNA結(jié)構(gòu)

“建模學習法”是指通過對知識信息的歸納綜合、分析比較、抽象概括和提煉升華，發(fā)現(xiàn)知識間的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系，然后經(jīng)過思維加工，構(gòu)建原始模型，結(jié)合具體信息修正模型，在具體條件下應用模型，解決學習和生活中的實際問題，然后對模型再研究，發(fā)現(xiàn)問題，拓展新思路的學習方法。

《DNA分子的結(jié)構(gòu)》是人教版必修2第3章第2節(jié)，在教材中起著承上啟下的作用。一方面，是在前兩章的基礎上完成的，可以加深學生對遺傳物質(zhì)的認識，使學生嘗試解釋DNA與儲存豐富的遺傳信息相適應的結(jié)構(gòu)特點;另一方面，又為后面基因的表達、生物變異和進化進行必要的知識鋪墊。為此，筆者采用“信息收集——嘗試建構(gòu)——獲取信息——繼續(xù)建構(gòu)——獲取信息——深入建構(gòu)——獲取信息——修正完善”過程進行建模學習。

一、巧設問題情境，引入新課

教師總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程。設問：DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)？DNA是怎樣儲存遺傳信息？又是怎樣決定生物性狀的？要回答這些問題，首先必須了解DNA的結(jié)構(gòu)。

設計意圖：以結(jié)構(gòu)與功能觀創(chuàng)設問題情境，讓學生明白，要了解DNA的功能，需要探究其結(jié)構(gòu)，從而順理成章地引入本節(jié)建模教學。

二、DNA雙螺旋模型的構(gòu)建

1.信息收集，嘗試建構(gòu)脫氧核苷酸模型，繼續(xù)建構(gòu)脫氧核苷酸鏈模型。

聯(lián)系知識基礎，提出問題串：1.DNA的基本單位是什么？（脫氧核苷酸）2.每個脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)組成是什么？（一分子磷酸+一分子脫氧核糖+一分子含N堿基）3.DNA是由連接而成的。（DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長鏈）

師生在白板上建構(gòu)4種脫氧核苷酸種類，繼而建構(gòu)脫氧核苷酸長鏈。

設計意圖：聯(lián)系知識背景，逐步引發(fā)對新知識的建構(gòu)，讓新知識在原有知識的基礎上“成長”。

2.獲取信息，深入建構(gòu)DNA雙鏈平面模型。

復習提問：DNA是由條脫氧核苷酸長鏈組成的？引出新問題：這兩條長鏈是如何組成DNA的呢？

提供資料1：1950年初，瑞士細胞學家西格納帶著他提取到的高質(zhì)量的DNA來到倫敦，威爾金斯利用這些DNA獲得了DNA衍射圖譜。測量分析后，發(fā)現(xiàn)DNA分子纏繞在一起像一個圓筒，直徑2nm，沿分子長度方向每隔0.3-0.4nm有一個很強的衍射，如果把這些很強的衍射區(qū)分離出后，沿長度方向是中空的。講解：看到DNA衍射圖譜及其數(shù)據(jù)分析，可以得出：DNA的結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，可能是螺旋結(jié)構(gòu);DNA分子可能有中心軸。

提供資料2：沃森和克里克嘗試了很多種不同的雙螺旋結(jié)構(gòu)，在這些模型中，堿基位于螺旋的外部。但是，這些模型很快就被否定了。1952年5月，富蘭克林利用X射線結(jié)晶技術獲得了有史以來最清晰的DNA分子照片，并運用數(shù)學公式對照片進行了分析，計算出一些有關DNA結(jié)構(gòu)的準確數(shù)值。根據(jù)富蘭克林的新X射線照片和數(shù)據(jù)，沃森和克里克提出了雙螺旋結(jié)構(gòu)的設想，并將核糖和磷酸組成的骨架放在螺旋的外面，里面是堿基對。在這個模型中是相同堿基進行配對的，即A與A，T與T配對。學生根據(jù)沃森和克里克的設想，構(gòu)建DNA的平面模型。

設計意圖：指導學生追尋科學家探索DNA結(jié)構(gòu)路，逐步深入地認識DNA的結(jié)構(gòu)，體會模型建構(gòu)的方法，發(fā)展學生的科學思維和科學探究能力。

3.獲取信息，修正DNA雙鏈平面模型

教師設疑：上面的模型很快又被否定，你認為可能的原因是什么？在教師的點撥下，學生意識到：嘌呤堿基對和嘧啶堿基對的直徑不一樣，與DNA的射線衍射圖測量的結(jié)果不相符，這樣的結(jié)構(gòu)可能不穩(wěn)定，而DNA作為遺傳物質(zhì)必須具有穩(wěn)定性。

提供資料3：1952年春天，奧地利著名的生物化學家查哥夫訪問了劍橋大學，沃森和克里克從他那里得到了一個重要信息：腺嘌呤A的量總是等于胸腺嘧啶T的量;鳥嘌呤G的量總是等于胞嘧啶C的量。于是，沃森和克里克又興奮起來，他們改變了堿基配對的方式，讓A與T配對，G與C配對，構(gòu)建出新的DNA模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A-T堿基對與G-C堿基對具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA具有穩(wěn)定的直徑，能夠解釋A、T、C、G的數(shù)量關系。

提供資料4：鮑林以前的同事多諾告訴沃森，A-T和G-C配對是靠氫鍵維系的，A和T之間有兩個氫鍵，G和C之間有三個氫鍵。

要求學生修正完善所構(gòu)建的DNA分子的平面模型。

4.獲取信息，完善DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

教師借助多媒體展示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的動態(tài)圖，學生觀看DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

設計意圖：建立完整的認識，讓學生體驗成功！

三、DNA分子的結(jié)構(gòu)

要求學生閱讀書本P50，小組討論以下問題，并請每組派代表用自己的語言描述：

1.DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？

2.DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？他們分別位于DNA的什么部位？

3.DNA中的堿基配對是如何配對的？有什么規(guī)律？

4.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)研究史主要涉及哪些學科的知識和方法、對你有什么啟示？

設計意圖：指導學生用自己的語言總結(jié)DNA結(jié)構(gòu)模型。體驗DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史所蘊含的科學方法、科學思想和科學精神。

四、總結(jié)

參考文獻

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[3]蔣從鳳.《“建立血糖調(diào)節(jié)的模型”教學組織與反思》[J].生物學通報，2017，52（7）：13-15.