构建“遗传信息的表达”模型的教学尝试

袁可为

(贵州省六盘水市第五中学， 六盘水　533028)



构建“遗传信息的表达”模型的教学尝试

袁可为

(贵州省六盘水市第五中学， 六盘水533028)

“遗传信息的表达”是高中生物学中的重点和难点，针对这一内容的抽象性，笔者设计了学生对“转录”和“翻译”的模型构建活动，让学生主动参与，加深对细胞活动的认识，培养学生的逻辑思维和动手能力．

遗传信息表达模型构建

《普通高中生物课程标准(实验)》提出了四个基本理念,即“提高生物科学的素养”“面向全体学生”“倡导探究性学习”和“注重与现实生活的联系”．[1]“对于教学来说，应特别注意学生的科学探究是各种活动．‘倡导探究性学习’正本溯源，应该是有计划地、有效地组织好学习过程中的探究活动．”[2]

高中生物可以作为学生探究活动的内容，在各种版本的生物学教科书中都有着明确的标识．在实际教学中，由于课时、硬件条件等因素的影响，并不是所有的活动都能开展，当然也不是只有标识的活动才能开展．可以根据实际情况进行调整，以提高学生的参与性，培养其探究和动手的能力．

北师大版高中《生物(必修2)》第3章第2节《遗传信息的表达》包括基因的“转录”和“翻译”两个重要的过程，是高中生物学中的重点，也是难点．教科书中，本节内容并没有设计探究活动，但在第1节《遗传信息的复制》中有“DNA分子复制”的构建模型活动．在进行教科书分析和学情分析后笔者认为，可以将《遗传信息的表达》用构建模型的方式来学习．

一、课前准备

1.知识储备

让学生复习DNA分子的结构和复制，并预习本节内容，从中提炼出关键的概念和结构：DNA、基因、遗传信息、转录、RNA(tRNA、mRNA)、密码子、反密码子、翻译、蛋白质、生物性状．

设计课前须知：

(1)DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，有4种，分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸．

(2)RNA的基本组成单位是核糖核苷酸，有4种，分别是腺嘌呤核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸．

(3)DNA含有2条链，RNA通常是1条链．

(4)DNA的复制方式称为半保留复制，复制时须遵循碱基互补配对原则，即A和T配对，C和G配对．

(5)RNA主要有3种，分别是核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)、信使RNA(mRNA)．

(6)转录是指由DNA合成RNA的过程，在细胞核中进行．

(7)翻译是指以mRNA链上的核糖核苷酸序列为模板，从一个特定的起始位置开始，按每三个核糖核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程，在细胞质中进行．

(8)密码子是指mRNA上3个相邻的碱基．读密码子表(教科书第39页)，密码子共有64种，组成生物体的氨基酸有20种，1种氨基酸对应多种密码子，1种密码子对应1种氨基酸，AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAG、UAA及UGA不编码氨基酸，是肽链合成的终止密码子．

(9)反密码子是指tRNA上决定其携带氨基酸种类的3个碱基，与mRNA上特定的3个碱基配对．

(10)生物的遗传信息是指DNA上的脱氧核苷酸的排列顺序，生物的性状是指生物体所表现出来的所有特征，由蛋白质体现和承担．遗传信息通过转录过程从DNA传递给mRNA，再通过翻译过程从mRNA传递给蛋白质．

2. 用具准备

学生自行分工制作代表4种脱氧核苷酸、4种核糖核苷酸、61种tRNA和20种氨基酸的硬纸片若干份，订书机1个，订书钉若干，订书钉表示分子连接形成的共价键．

二、活动过程

1. 知识简介

幻灯片展示各种概念和结构的名称，让学生描述自己对各种概念的理解和说明概念之间的关系，教师从旁提示或更正．幻灯片展示“概念图”(如图1所示)．

图1

教师向学生简单描述“转录”和“翻译”过程，并介绍mRNA上的密码子、密码子表和tRNA上的反密码子及其关系．

2.构建DNA分子的模型

幻灯片给出DNA分子的一条链：

GTACTGAGTCAGGATAACA

让学生按照碱基互补配对原则，写出该DNA的另一条链，并用自制的脱氧核苷酸制作出DNA双螺旋结构模型．学生在之前的学习中已经做过，因此，不需要太多指导即可完成．

3.构建转录过程的模型

指导学生以小组围成的课桌作为细胞，在其上用粉笔画一个表示核被膜和核孔的细胞核，外部空白处即为细胞质(如图2所示)．指出DNA所在的主要部位和转录发生的场所均在细胞核．

图2

教师给出要求：根据幻灯片所示的链为模板链进行转录．

小组中两位成员用自制DNA模型在细胞核中模拟解旋，根据解旋部分，其余同学拿核糖核苷酸和订书机，负责模拟mRNA的合成．根据碱基互补配对，核糖核苷酸的排列顺序应该是：

CAUGACUCAGUCCUAUUGA

“合成”好的mRNA穿过桌面所画的核孔进入细胞质．

4. 构建翻译过程的模型

指导学生在桌面细胞质处用粉笔画一个核糖体的图示(如图3所示)．指出翻译的场所即为细胞质中的核糖体．

图3

小组中拿着合成好的mRNA，摆放在核糖体上，表示mRNA与核糖体的结合．教师给出要求：根据自制的mRNA模拟出翻译过程．

小组中一位成员拖拽mRNA在核糖体上移动，读取mRNA上的碱基，三个碱基为一个密码子，第一个为CAU，非起始密码子，不能开始翻译，依次往后读取，第二个为AUG，为起始密码子，从这里开始．让其余成员根据密码子与反密码子的碱基互补配对关系选取出标注有UAC的tRNA，并根据密码子表选取出AUG对应的氨基酸——甲硫氨酸，用tRNA携带着甲硫氨酸进入核糖体，让密码子与反密码子对在一起．读取下一个密码子ACU，选取标注有UGA的tRNA和ACU在密码子表中对应的苏氨酸，用同样的方法进入核糖体，将第一个氨基酸甲硫氨酸与第二个氨基酸苏氨酸用订书机连接在一起，表示发生了脱水缩合形成肽键．拖拽mRNA，第一个密码子AUG从核糖体中出来，第三个密码子CAG进入，用相同的方法继续合成肽链．直到出现UGA——终止密码子，不编码氨基酸，肽链合成终止，即翻译完成．得到一条由甲硫氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、酪氨酸五个氨基酸依次组成的肽链．在整个构建模型的过程中教师应在一旁观看，并做必要的指导和提示．

三、活动与知识对接

此次构建模型活动只能模拟过程，细节方面仍然需要课后完善．

设计课后思考

1.制作DNA双螺旋模型时，你使用的是哪些核苷酸？核苷酸组成双链结构时，需要注意DNA的哪些结构特点？

2.DNA转录时，双螺旋结构是如何处理的？你在模拟转录过程时，用了哪些原料？除了大家准备的用具，转录还需要哪些原料的参与？

3.翻译是否需要酶？你在选取氨基酸合成肽链时，依据是什么？

4.本次活动中，你在哪些地方用到了订书机？订书钉在这些地方起到了什么作用，代表了什么？

5.你做出来的肽链是否与预计的相同？请将教师给出的那条链，略做改变，如替换、增加或减少其中的某个脱氧核苷酸，看看得到的肽链有哪些不同？

四、活动总结

活动完成后，相信学生会对遗传信息的表达过程有深刻的理解，清楚知道DNA中的脱氧核苷酸排列顺序、mRNA中的核糖核苷酸排列顺序与肽链中的氨基酸排列顺序之间的一一对应关系，理解DNA如何控制蛋白质的合成，决定生物的性状．

活动需要学生大量的课前准备和课后思考，并查阅和准备大量相关的资料，对学生的自学能力和动手能力有较强的要求．由于不同学校和班级的学生情况不同(包括软硬件)，此活动在实际教学中开展起来有一定的难度，需要教师在教学前根据实际情况，对活动内容进行调整，才能使教学效果更好．

五、活动反思

探究活动课与传统教学课在课堂时间的分配和重难点倾向上都有所不同，只有通过不断地磨合才能更好地体现活动课的优点．在此节的教学中，更强调的是对表达过程的理解，这也使得有些知识没办法与高考很好地联系起来．比如说我们传统的教学中对于翻译过程的数量计算问题，多数时候并不考虑终止密码子．同时在高考中常出现的多聚核糖体的问题在本节课中学生可能发现不了，这需要教师在做教学准备时注意思考，并适当地对学生进行补充．

[1] 中华人民共和国教育部．普通高中生物课程标准(实验)[S]．北京：人民教育出版社，2003．

[2]朱正威．再议“倡导探究性学习”[J]．生物学通报,2011(7):24—25．

[3] 邓金霞,徐清清,陈铭德．转录、翻译过程的角色扮演活动[J]．生物学通报,2011 (10):16—17．

(责任编辑：李珺)