模型建构在“基因指导蛋白质的合成”一课中的应用

朱艳

摘要通过模型建构，将微观、抽象的DNA的转录和翻译，用图形、数字和教具呈现出来，便于学生的理解记忆。

关键词模型建构 转录 翻译

《普通高中生物学课程标准（2017版）》中明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一，并在内容标准或活动建议部分做了具体的规定。模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性的描述。模型作为一种现代科学认识手段和思维方法，是科学认识过程中抽象化和具体化的辩证统一。模型建构已经成为高中生物学课程内容的一个重要组成部分。高中生物新课程教学中的模型建构活动的主要目的是让学生通过尝试建构模型，体验建构模型中的思维过程，领悟模型方法，并获得或巩固有关生物学概念。

“基因指导蛋白质的合成”是人教版高中生物《必修2·遗传与进化》第四章“基因的表达”中第一节的内容，是第四章的基础和重难点。通过第二章“基因和染色体的关系”的学习，了解了“基因在哪里”，第三章“基因的本质”又知道了“基因是什么”，本章主要学习“基因是怎么起作用的”，为第五章“基因突变和其他变异”等内容的学习奠定了理论基础。本节涉及的物质种类比较多，且内容微观、抽象复杂，学生理解起来比较困难。单纯的填鸭式灌输和死记硬背无法满足新教学大纲的要求。为了把微观、抽象的内容，通过分析、归纳，总结成比较直观的知识点，笔者就借助模型建构进行教学，达到了较好的教学效果。

模型建构方法有很多，高中生物教学中常见的有概念模型、物理模型和数学模型三种。在教学过程中，教师需要灵活地运用这三种模型，帮助学生对本节课内容有更深入、全面的理解和认识。

1概念模型

概念模型是指以文字来抽象概括出事物本质特征的模型，其最主要、最直接的体现形式就是概念图，可以帮助学生很好的抓住主干知识，发现各知识点之间的关系，使知识网络化、系统化。

本节主要内容为遗传物质的转录和翻译的过程，分支为DNA和RNA的比较、三种不同类型的RNA以及遗传密码的概念、种类和特点等。以遗传物质的转录和翻译为主线，以其他内容为侧枝，经过完善以后可以得到图1的概念模型。

这个概念模型清晰地体现了：基因是生命活動的控制者，蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者，基因的核苷酸序列中含有遗传信息，这些信息通过转录、翻译，合成蛋白质后才会发挥作用。通过这个概念模型，学生们可以清楚地掌握以下内容：遗传信息转录和翻译的过程；RNA的种类和作用，进而扩展到与DNA的区别等；密码子的概念、组成，进而了解碱基和氨基酸的关系等。

2物理模型

物理模型是指以实物或者图画形式直观地表达认识对象特征的模型，模拟客观事物的某些功能和性质。

本节教学内容的难点，是遗传信息的翻译过程，教师一般可以通过多媒体动画来讲解，但是通过制作物理模型，可以让学生通过亲自演练，了解和掌握翻译的相关知识点。

笔者根据教材P66中的“图4-6”，制作了蛋白质合成的模型，如图2所示。

通过这个物理模型，学生可以直观地掌握到以下信息：tRNA的结构，反密码子、携带氨基酸的位置等；密码子的概念，学会通过密码子表，查询20种氨基酸；mRNA进入细胞质和核糖体结合；tRNA携带甲硫氨酸进入核糖体，以mRNA为模板，按照碱基互补配对原则，把氨基酸放入位点1（起始密码子），另一个mRNA携带谷氨酸放入位点2；甲硫氨酸和谷氨酸脱水缩合形成肽键，甲硫氨酸和tRNA分离，转移到第二个tRNA上；核糖体沿着mRNA移动三个碱基位置，读取下一个密码子，原来的位点1的tRNA离开核糖体，原来位点2的tRNA变成位点1，新的tRNA携带丙氨酸进入位点2；如此过程不断反复进行，肽链不断延伸，直到mRNA上出现终止密码子（UAG、UAA、OGA）为止；肽链合成后，从mRNA上脱落，再经过缩合，最终形成具有一定氨基酸顺序的，有一定功能的蛋白质。

通过这个方法，可以给出一段mRNA的碱基顺序，让学生自己动手去制作物理模型并演示，以巩固加深理解，同时，我们可以由物理模型总结出概念，再上升为抽象的数学模型。

3数学模型

数学模型是指来描述一个系统或者它的性质的数学形式，用来表达生命活动的规律。数学模型可以把复杂的问题直观化，建立一个能用数学方法揭示研究对象规律的数学关系式，在生物学教学中，教师可以帮助学生将生物学的一些问题、现象抽象化、形象化，更直观地理解生物学问题。

在本节课中，学生学习到：DNA和RNA都含有4种碱基，而且也知道：mRNA上3个相邻的碱基决定1个氨基酸，将每3个碱基称作1个密码子，故得出密码子表上总共有4x4x4=64个密码子，决定了20种氨基酸。从结构上得知，DNA是双链，RNA是单链，所以可以得出数学模型：基因中碱基数：mRNA中碱基数：氨基酸数=6：3：1。

通过数学模型，学生可以掌握DNA和RNA的区别，密码子、氨基酸等相关的知识，并有较深的理解。

综上所述，在本节课程的教学过程中，教师灵活地运用各种不同的模型建构，使高度抽象的书本知识生动地呈现在学生面前，让学生产生多维度的认知体验，让学生的学习更加具体，从而能最大限度地激发学生学习的兴趣，提高学习效率。同时，教师也通过模型的提炼和建构，科研和动手能力得到了提高，教学能力得到了发展。因此，培养模型建构能力，在高中生物教育中，是不容忽视的。