應用框架問題進行“基因指導蛋白質的合成”一節的教學設計

陳兆亮（河北省秦皇島市第一中學河北秦皇島 066006）

應用框架問題進行“基因指導蛋白質的合成”一節的教學設計

陳兆亮（河北省秦皇島市第一中學河北秦皇島 066006）

敘述了教學設計運用“為什么RNA適于做DNA的信使？”“DNA的遺傳信息如何傳遞給mRNA？”“mRNA如何指導蛋白質合成？”等7個環環相扣的框架問題，讓學生置身于復雜的、有意義的問題情境中。學生在教師的引領下帶著問題去思考、去探索，在思考和探索中學習新知識并培養思維能力。

框架問題 轉錄 翻譯 知識遷移 課堂評價

文件編號：1003－7586（2017）01－0025－03

1 教材分析

本節是人教版必修2第四章學習的基礎，集中講述了基因指導蛋白質的合成，難度相對較大，是本章教學的難點。其內容不僅抽象復雜，而且涉及到的物質種類繁多。本節的主干知識是遺傳信息的轉錄和翻譯過程，尤其是翻譯過程更為復雜，是本節內容的難點；側枝內容是DNA與RNA結構的比較、3種RNA以及密碼子、反密碼子的概念、組成和特點等。

本節在新課程標準中的要求是：概述遺傳信息的轉錄和翻譯。“概述”是理解水平的要求，即要求學生能夠把握知識的內在邏輯關系，并與已有的知識建立聯系，且能進行解釋、區分和擴展等。因此本節教學時，教師不應局限于對轉錄和翻譯過程的單純描述，而應當讓學生理解轉錄和翻譯的物質結構基礎以及二者之間的內在邏輯聯系。為了使學生要達到理解層次的目標，教師需要引導學生運用已有知識思考和討論相關的問題。

在已經明確了基因、DNA、染色體之間的關系基礎上，通過本節內容的學習，使學生進一步理解“基因是的作用過程”是理解“基因對性狀的控制”的基礎，更是從根本上幫助學生理解遺傳與變異的本質，是聯系微觀世界和宏觀世界的橋梁。

2 教學目標

2.1 知識目標

（1）概述遺傳信息的轉錄和翻譯過程。

（2）建構轉錄、翻譯與蛋白質間的邏輯關系。

2.2 能力目標

（1）能運用數學方法，分析堿基與氨基酸的對應關系。

（2）通過對“框架問題”的探究，培養分析能力。

2.3 情感、態度與價值觀目標

（1）養成主動思索的良好習慣。

（2）提升自主學習生物學知識的熱情，樹立探索科學知識的意識。

3 教學過程

3.1 巧設引言，導入新課

教師播放轉基因熒光鼠的視頻，引出轉錄、翻譯2個新名詞，并將遺傳信息的表達分為轉錄和翻譯兩個過程。然后，引導學生帶著問題，閱讀教材：①轉錄、翻譯的定義、場所是哪里？②遺傳信息是如何指導蛋白質合成的？③轉錄、翻譯的產物是什么？這樣來引發學生思考，開始新知識學習。

3.2 整理學習主線，把握主體知識

教師結合學生閱讀，布置新任務，繪制遺傳信息表達的邏輯主線（圖1）。

圖1 遺傳信息表達的邏輯主線

3.3 轉錄

教師提出問題：①如何證明轉錄產物mRNA來自細胞核？

教師展示拉斯特的變形蟲核移植實驗：設置A、B兩組實驗。將A組變形蟲置于含15N標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養液中培養，B組置于不含15N標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養液中培養。一段時間的培養后，發現：被標記的RNA首先出現在A組的細胞核中，后又集中在細胞質中；然而B組中細胞核和細胞質中均不出現放射性。接著，將A組變形蟲的核移植到去核的B組變形蟲中的細胞質中，得到重組變形蟲C，用不含15N標記的尿嘧啶核糖核苷酸培養液培養。結果顯示，在C變形蟲的細胞質中檢測到了放射性。由此表明：RNA是在細胞核中轉錄形成的，并將DNA上攜帶的遺傳信息帶至細胞質中。

教師提出問題：②為什么RNA適于做DNA的信使？

教師帶領學生比較DNA和RNA的化學成分、組成及結構。學生經過分析后，歸納出：①RNA分子結構與DNA很相似，也能儲存遺傳信息。②RNA一般是單鏈，比DNA短，易通過核孔轉移到細胞質中。

教師提出問題：③DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？

結合問題①和②，學生知道了“mRNA是在DNA指導下合成的”，但其具體過程還比較模糊。此時，教師播放遺傳信息表達過程的視頻，讓學生結合課本，試著用文字進行描述。隨后，教師帶領學生共同梳理轉錄過程：在細胞核中，DNA雙鏈在DNA解旋酶催化下形成單鏈，以其中一條鏈為模板，在RNA聚合酶催化下，按照堿基互補配對原則合成一條單鏈mRNA，然后進行相應的加工，通過核孔進入到細胞質中，從而將遺傳信息傳遞到mRNA上。

3.4 翻譯

教師提出問題：為什么3個相鄰堿基決定1個氨基酸？

教師引導學生依次思考若1、2或3外堿基決定1種氨基酸，最多能決定氨基數的種數，開啟密碼子知識的學習。

教師提出問題：密碼子具有哪些特性？

教師讓學生觀察密碼子表，得出密碼子共64種，并查找起始密碼子、終止密碼子、亮氨酸的密碼子。學生通過查找，知道終止密碼子不編碼氨基酸；一種氨基酸可以對應多種密碼子；且在多種密碼子中往往是第三個堿基不同。隨后，教師總結密碼子特性：簡并性；擺動性；通用性。

教師提出問題：mRNA上的密碼子是重疊閱讀，還是非重疊閱讀？

教師播放克里克遺傳密碼驗證實驗，通過研究T4噬菌體上一個基因由于堿基數目改變而對蛋白質產生的影響：采用加入或減少1個、2個或3個堿基的方法，觀察對蛋白質合成的影響：最后得出加入或減少3個堿基時，對于噬菌體蛋白的合成影響最小。學生從而知道：遺傳密碼是從一個固定點開始，以非重疊的形式閱讀。然后，教師要求：學生寫出一段RNA序列，親自感受實驗過程，加深對理論的理解。

教師提出問題：mRNA是如何指導蛋白質合成的？

教師播放翻譯過程的視頻，讓學生了解大致過程后，思考帶領學生思考幾個重要的子問題（氨基酸如何進入核糖體；核糖體如何移動；肽鏈如何形成；翻譯的終點等），并總結出翻譯過程：核糖體首先結合到mRNA上，tRNA攜帶氨基酸置于核糖體的第一個合成位置；第二個tRNA再攜帶下一個氨基酸到第二個合成位置；兩個氨基酸脫水縮合形成肽鍵；在ATP供能下，核糖體移動三個堿基，再進行下一個合成循環；直到終止密碼子翻譯完全部編碼信息，新肽鏈脫落，經盤曲折疊、修飾，形成成熟蛋白質。

3.5 建構知識內在邏輯關系框架

教師為避免學生對轉錄、翻譯知識發生混淆，引導其構建邏輯框架（圖2）。

圖2 轉錄、翻譯邏輯關系圖

3.6 學以致用，知識遷移

教師指導學生對課本插圖進行分析：1條mRNA可以同時結合許多個核糖體形成多聚核糖體；一般來說，mRNA鏈相對越長，其上附著的核糖體就會越多；其依賴于相同的模板，同時合成大量的相同肽鏈，以此來提高翻譯效率，并且根據不同核糖體上合成多肽鏈的長度來判斷翻譯的方向。

3.7 評價課堂知識的生成

經過以上學習，學生對于遺傳信息的表達過程已經有所理解。這時，教師可以精選習題來考查學生對知識的理解情況，并綜合評價，一方面可以保證教學內容的達成，另一方面，通過習題反饋指導教師教學。

【例1】圖3為細胞中核糖體合成蛋白質的示意圖，下列說法中正確的是（）

圖3 核糖體合成蛋白質示意圖

A.核糖體在①上的移動方向都是從左到右

B．4條多肽鏈是同時開始合成的

C．最終合成的②③④⑤結構不同

D．每個核糖體都能單獨合成完整的肽鏈

【例2】圖4為原核細胞內基因控制蛋白質合成的示意圖，據圖分析正確的是（）

圖4 原核細胞基因控制蛋白質合成示意圖

A．①②兩處都有大分子的生物合成，圖中DNA可以與有關蛋白質結合成染色體

B．①②兩處都發生堿基互補配對，配對方式僅有A和U、G和C

C．①處有DNA聚合酶參與，②處沒有DNA聚合酶參與

D．①處有DNA－RNA雜合雙鏈片段，②處沒有DNA－RNA雜合雙鏈片段

4 教學反思

本節采用了框架問題教學模式，按照學生的邏輯認知規律，讓學生帶著疑問開始本節課，不僅可以激發學生的學習熱情，還利于后面學習環節順利進行。教師采用遞進式疑問句——“遺傳信息是如何傳給mRNA的呢？”“mRNA的信息如何傳給蛋白質的？”開啟課堂內容教學，利于激發學生的求知欲，也讓教師的教學思路更加清晰，從而更好把握和調控課堂。同時，圍繞mRNA上幾個堿基決定一個氨基酸為探究點，教師運用數學方法，激發了學生的創造性思維。

教師選用Flash課件展示轉錄、翻譯的抽象過程，比教師的描述說教更有效，學生更易理解接受。針對課堂評價習題的編制，例1重點考查翻譯內容，使學生達成知識遷移的目標；例2具有總結性，綜合了轉錄和翻譯知識。練習形式的多樣化，學生感到新穎有利于提高他們的學習積極性。

本節通過教師提出問題、學生思考，避免了學生陷入“學習時都懂，學完了都不懂”的低效課堂局面，以師生間的互動來促進學生的有效學習，引導學生的自主學習和自主探究，激發學生學習的興趣，提高了教育教學效率。

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