構建模型 深化教學

楚昕穎

[摘 要]生物教學中主要涉及的模型有物理模型、數學模型、概念模型等。《DNA分子的結構》一課中的“模型”屬于物理模型中的結構模型。在本課中，引導學生進行模型構建，可幫助學生理解DNA分子的結構及其特點，使學生在構建模型的基礎上理解DNA的結構特性和把握好堿基互補配對原則的相關計算。

[關鍵詞]模型構建；教學設計；DNA分子結構

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2018）02008302

構建模型是生物教學的重要教學方式。生物教學中主要涉及的模型有物理模型（如細胞結構模型、DNA分子結構模型、細胞分裂過程模型）、數學模型（如曲線模型、幾何圖模型、表格模型）、概念模型（如種群數量特征關系模型）等。構建模型，可以使抽象的內容具體化，體現學生的主體地位，培養學生的思維能力，全面評價學生的學習效果。下面，筆者就以《DNA分子的結構》的教學設計為例，來說明一節課的教學是可以在學生構建模型的基礎上展開并深化的。

一、教材分析

本節課是蘇教版高中生物必修2第四章第二節的第一部分內容。通過第一節《探索遺傳物質的過程》的學習，學生已經形成了“DNA是自然界中主要的遺傳物質”的觀點，了解了DNA功能的重要性，必然對DNA的結構及其特點產生好奇。而本節課主要學習的就是DNA的結構特點及解決堿基互補配對原則的相關問題計算，為第三節《從基因到蛋白質》的教學開展打好基礎。

二、設計思路

本節課的內容并不復雜，且脈絡清晰，讓學生記住是不難的，但要讓學生理解、認可是有難度的。因此，在教學中可以DNA分子模型的構建為基礎，展開DNA分子的結構特點及特性、堿基計算等相關知識的教學。模型構建是本節課所有相關內容理解、應用的基石。模型構建不能一次性完成，那樣知識跨度太大，并不利于學生學習。因此，此次的模型構建可分成三個部分：一是先構建一條脫氧核苷酸鏈，讓學生在掌握脫氧核苷酸結構組成的基礎上了解脫氧核苷酸之間是通過“磷酸二酯鍵”這個化學鍵連成一條鏈的；二是參照教材構建另一條脫氧核苷酸鏈，使學生注意到兩條鏈的反向關系；三是引導學生探討已構建好的兩條脫氧核苷酸鏈是如何結合在一起的，從而讓學生了解氫鍵，了解堿基配對原則及堿基對和氫鍵數的關系。再在觀察模型的基礎上歸納總結出DNA結構的特點及特性。模型構建的分步進行，使學生在每一步模型構建中都有所思、有所得，在構建模型的“困難”中對相關知識有所領悟。而教師只要對一些學生無法發現的問題加以剖析、引導即可。

三、教學準備

（一）黑板展示模型

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

（二）小組活動模型

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

四、教學目標

（一）知識與技能

1.了解DNA雙螺旋結構模型的構建歷程；

2.概述DNA分子結構的主要特點。

（二）過程與方法

1.讓學生在自學中領悟知識、發現問題和解決問題，培養學生的自學能力；

2.領悟模型構建法在科學研究中的應用。

（三）情感、態度與價值觀

1.認識到與人合作在科學研究中的重要性；

2.認同人類對遺傳物質的認識是不斷深化、不斷完善的過程。

五、教學過程

（一）課堂導入

師：課前你們已經自學了“DNA分子結構之謎”，是誰在前人發現的基礎上首先構建出了DNA的結構模型？

生1：沃森、克里克。

師：DNA的結構到底是怎樣的？有什么特點呢？這就是我們本節要學習的內容。

評點：“DNA分子結構之謎”中其他科學家有關DNA分子結構的發現，內容較簡單，其中涉及的知識后續教學也會進一步講解，故此處讓學生了解即可，不必贅述。

（二）講授重要知識點

1.DNA的平面結構

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。

評點：回顧舊知識，為新知識的引入做好鋪墊。

師（課件展示四種脫氧核苷酸結構模式圖，讓學生找出其主要不同）：脫氧核苷酸是通過什么結合形成脫氧核苷酸鏈的？

生4：磷酸二酯鍵。

師：兩條鏈之間是通過什么結合的呢？

生5：氫鍵。

[合作探究一]構建DNA分子的雙螺旋結構

讓學生自主閱讀教材P68，利用教材所給材料，嘗試按照以下步驟構建DNA分子的平面結構。

（1）構建一條脫氧核苷酸鏈。（磷酸二酯鍵用筆畫出）

（2）依據第一條鏈構建該DNA的第二條脫氧核苷酸鏈。

（3）構建雙鏈DNA的平面結構。

評點：通過小組活動

使學生

理解DNA的結構組成，真正實現了學生活動與黑板模型構建相結合。在這個過程中，可隨機選取5個脫氧核苷酸構成一條鏈，關注磷酸二酯鍵的位置、第二條鏈的方向及氫鍵數量。

【及時突破1】結合DNA分子的結構模式圖，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，9是氫鍵，10是脫氧核苷酸鏈。

評點：及時鞏固落實模型中的相關知識點，并強調真正的平面結構并不存在，因為DNA一旦形成便是立體的空間結構，進而過渡到DNA的空間結構。

2.DNA的空間結構

（1）DNA的結構特點

[合作探究二]探究DNA雙螺旋結構的特點

對照已經構建完成的DNA分子平面結構圖，思考以下問題。

①構成DNA的鏈條鏈有怎樣的關系？

②雙鏈DNA分子中，外側由什么連接而成？其內側是什么？

生7：DNA分子是由兩條鏈按照反向平行的方式盤旋而成的雙螺旋結構；DNA分子中的磷酸和脫氧核糖交替連接，排列在外側，構成基本骨架；兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，排列在內側。

評點：基于對已經構建完成的模型的觀察與思考，找到問題的答案，這便是DNA的雙螺旋結構特點。因為模型可將DNA結構的抽象問題直觀化，所以學生觀察起來更容易，思考的方向也更加明確。有了這樣的觀察與思考過程，本部分內容就不再需要學生死記硬背了。

（2）DNA的結構特性

[閱讀材料]填出結論。

a.一個最短的DNA分子也有4000個堿基對，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是穩定性。

評點：通過材料分析主動判斷出DNA的結構特性，并適時引入遺傳信息概念，幫助學生理解DNA的“獨特性”。此時應再次強調“氫鍵是一種分子間的作用力”，DNA穩定性的維持與氫鍵數有很大關系，進而引導學生思考什么樣的DNA穩定性更高。

3.堿基的相關計算

[合作探究三]雙鏈DNA分子中的堿基計算規律

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，任意不能配對堿基和（如A+C）占總堿基的比例是多少？

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

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

生9：50%；1/m；都等于n%。

評點：在構建模型的基礎上，學生已經理解了堿基配對的原則，但分子水平角度的相關原因需要教師簡單拓展。學生思考以上問題答案的過程，也證明了相關計算規律的成立，有利于學生對規律的理解和靈活應用。

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

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

評點：對于此題，教師可讓學生講解解題思路，并強調此類題型的解題方法，引導學生注意通過畫圖來進行直觀化解題，促進學生養成直觀化解題的良好習慣。

六、教學反思

本節課的內容是在學生小組制作DNA平面結構模型的基礎上展開的，有利于學生更好地參與到課堂中來，活躍課堂氣氛，也更有利于學生對DNA分子結構相關知識的理解。雖然模型的

準備

和制作也并不難，但在教學中只構建了DNA的平面結構，并沒有構建出DNA的雙螺旋空間結構，所以模型的制作還有待改進，使其更加形象和生動，更便于學生的操作和理解。

（責任編輯 黃春香）