從微觀到宏觀，雙螺旋不再玄乎！
——“DNA分子的結構”教學案例

孫正莉

(南京師范大學附屬揚子中學 江蘇南京 210048)

一、案例背景

DNA雙螺旋結構的發現，是生物學發展史上的一個里程碑，在整個生命科學領域，甚至整個自然科學領域都引發了巨大的技術革命。以DNA雙螺旋結構為理論基礎的基因工程技術的發展欣欣向榮，正逐步改變人們的生存方式。高中生物課開設的目的之一就是提高公民的生物學素養。因此，將DNA的相關知識介紹給學生是非常必要的。蘇教版必修2中安排了DNA分子結構的學習內容，旨在讓學生通過本小節內容的理解與掌握，為學習DNA的復制打好基礎，也為學習后續的基因控制蛋白質的合成等知識做好鋪墊。那么，如何讓學生掌握好DNA分子的結構特點，并體會到其結構中蘊含的協調美呢？筆者在教學中做了初步嘗試，介紹如下。

二、案例描述

(一)創設情境，導入新課

以上節課的兩個實驗導入，教師提問：“這兩個實驗的結論是什么呢？”學生有可能答成“DNA是主要的遺傳物質”。此時，教師就要重新強調問題，指出由這兩個實驗只能得出“DNA是遺傳物質”，只有了解了某些病毒的遺傳物質RNA后，才能說“DNA是主要的遺傳物質”，以復習前述內容，繼而提出問題，引出課題：既然知道DNA分子是遺傳物質，人們就迫切想要知道DNA是如何儲存遺傳信息的，又是如何控制生物的性狀的。要回答這些問題，首先得了解DNA分子的結構。

設計意圖：通過一定的教學情境，讓學生有效地復習前述知識，并通過合理設問，啟發學生思考。

(二)師生探究

1.教師引導學生回憶已有的相關知識，溫故而知新：

(1)DNA的主要組成元素；

(2)DNA的基本組成單位；

(3)DNA的主要功能。

設計意圖：這些知識是學生必修1已經學過的內容，教師通過一系列問題串，能讓學生迅速回憶相關知識，進而激發其探究的欲望。

過渡句：根據這些知識，是否可以構建出DNA分子的結構呢？(學生表情茫然)答案是否定的，那我們就來看看科學家是怎樣探究DNA的結構的。

2.教師指導學生帶著問題，閱讀“回眸歷史·解開DNA結構之謎”，了解科學家們對DNA雙螺旋結構模型的研究過程。課件上給出以下問題：

(1)科學家們對分子最初的了解是什么？(給出書中第一幅圖片。)通過對圖形的介紹，學生了解到DNA結構是不對稱的，DNA的直徑約2 nm。

(2)到了1951年，科學家對DNA還有什么了解？(化學組成，基本單位，堿基數目關系。)

(3)富蘭克林通過X射線衍射技術得到什么結論？(螺旋結構，不止一條鏈。)

(4)最終摘取桂冠的是誰，提出了什么樣的模型？(沃森和克里克，雙螺旋結構。)

設計意圖：通過對圖片的閱讀，學生能夠知道DNA是雙螺旋結構。“雙螺旋”這個詞一再出現，強烈刺激著學生的好奇心。

過渡句：那么，沃森和克里克提出的雙螺旋結構究竟是一個什么樣的結構呢？我們先來看看它的化學結構。(此時，學生已經很想弄清結構，但是，“萬丈高樓平地起”，學生應從基礎的化學結構入手。)

3.教師介紹DNA分子的基本組成單位。課件上顯示脫氧核苷酸的圖片，并具體介紹各組成部分，重點強調不同的堿基，引導學生回憶四種脫氧核苷酸的名稱。在此基礎上，教師可介紹DNA分子的化學結構。

過渡句：了解了DNA的化學結構，我想大家一定更想看看雙螺旋結構的廬山真面目。好，我們來看看這幅圖片。(展示DNA雙螺旋結構的圖片。)這個結構是按照什么規律構建的呢？請大家看書，了解一下沃森和克里克的理論。

4.教師展示DNA雙螺旋結構模型教具。教師介紹模型中各部分分別代表什么(白色圓球代表磷酸，粉紅色五邊形代表脫氧核糖，方塊代表堿基對)，啟發學生該模型很像生活中見到的什么物品(旋梯)。如果學生想象不到，教師可以在幻燈片上出示旋梯圖片，進行類比，用以下問題步步推動學生對雙螺旋結構的了解：

(1)雙螺旋結構上的哪一部分可以充當旋梯的扶手？(磷酸和脫氧核糖交替連接在一起，位于外部，可以充當扶手。)

(2)哪一部分可以充當旋梯的臺階？(堿基對位于內部，可充當臺階。)

深入挖掘：(堿基互補配對的意義)為什么DNA雙螺旋結構很規則？為什么一定是嘌呤和嘧啶配對？你認為幾種堿基的比例如何？學生結合模型和教師的引導，可以很好地了解DNA的雙螺旋結構特點。

5.教師在課件上出示DNA雙螺旋結構模式圖，據圖總結DNA分子的結構特點，加深學生對雙螺旋結構的認識。在了解雙螺旋結構的基礎上，課件展示DNA分子的平面結構，讓學生說出各部分的名稱，進而加深對DNA分子的認識。

設計意圖：教學順序是從DNA分子的基本組成單位、DNA分子的雙螺旋結構，到DNA分子平面結構的識別，符合學生的心理特征和認知特點，有利于促進學生對DNA相關知識的自我構建。

6.在對雙螺旋結構有一定認識的基礎上，教師引導，學生動手嘗試構建模型：

(1)將學生分組，四人一組；

(2)課件上提出具體的制作目的，以及各種材料分別代表什么；

(3)提供制作的參考方法，也可以讓學生自己探索制作方法；

(4)選取優秀作品，進行展示(可選取3到4組)。

7.師生共同對學生模型進行點評和理論提升：

(1)觀察這些DNA分子，看看是否完全相同，如果不同，不同之處在哪里？(學生自然可知，展示的幾個DNA分子模型各不相同，不同之處是堿基的排列順序不同，從而可以推出：由于堿基排列順序千變萬化，DNA分子具有多樣性。)

(2)假如展示的幾個模型分別代表不同生物的DNA，那么，對其中的任一個個體而言，它都是特有的。因此，學生可以推出，DNA分子具有特異性。

(3)DNA雙螺旋結構很規則，雙鏈反向平行，磷酸和脫氧核糖交替連接位于外側，堿基對位于內側，這說明DNA分子還具有什么特點？(穩定性。)

設計意圖：動手制作模型環節能促進學生將所學DNA相關知識內化；師生結合模型進行點評，比較模型異同，能順利引導學生歸納出DNA分子的特性，實現對所構建模型的有效利用。

(三)知識的自我構建

教師要引導學生回顧本節課的內容，重點掌握DNA雙螺旋結構的特點。DNA雙螺旋結構的特點為：雙鏈，螺旋反向平行；外側為脫氧核糖和磷酸構成基本骨架；內側為氫鍵連接的堿基對，以堿基互補配對原則配對。

三、教學反思

DNA分子的結構內容抽象、微觀，學生不易掌握。在本節課中，教師以問題引入，很自然地調動起了學生的探索積極性。在課堂上，教師先展示模型，并以生活中的“旋梯”進行類比，可以拉近學生與DNA之間的距離。在了解了立體結構的基礎上，學生再來看平面結構，難度就降低了很多。本節課還分出近一半的時間，讓學生親自動手體驗模型，并在動手操作過程中發現問題、分析問題、解決問題，培養了他們的生物學素養和分析解決問題的能力。最后，教師對各組成果進行了簡單點評，并讓學生根據自己做的模型總結出DNA分子的特性，從而達到了自我構建DNA知識，努力將微觀結構宏觀化、形象化的目標。

讓學生在動腦的同時動手，這種教學方式比較生動、形象，課堂氣氛很活躍，學生也很感興趣。但要注意的是，含有動手操作活動的課堂教學是對教師課堂調控、引導能力的一大考驗。教師需提高課堂駕馭能力，努力做到收放自如。