“DNA分子的结构”模拟教学设计

肖红梅

摘 要：“以科学之方，新教育之事”，教育方法不仅需要革新者的适时创新和尝试，更需要实践的跟踪式校验和检测，这样方知其合理性和超前性。教学过程中，积极探寻新的教学方式，让学生获得的不再是空洞乏味的概念、理论，而是极其宝贵的实践经验和深层次的领会与感悟。

关键词：DNA分子；结构；模拟教学；设计

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2018）15-077-2

陶行知先生1918年在南京教育研究会上的演讲中提出了“以科学之方，行教育之事”的口号，他认为，教育方法不仅需要革新者的适时创新和尝试，更需要实践的跟踪式校验和检测，这样方知其合理性和超前性。[1]教学过程中，教师应紧抓教学目标，积极探寻新的教学方式，让学生获得的不再是空洞乏味的概念、理论，而是极其宝贵的实践经验和深层次的领会与感悟。

一、教学内容分析

《DNA分子的结构》是人教版高中生物必修二第三章第二节的内容，在此之前，学生已对遗传规律和减数分裂有了深度理解；也已操作了证明遗传物质是DNA而不是蛋白质的诸多实验；因此本节内容是学习理解DNA分子作为遗传物质的结构特点、DNA分子的复制、基因指导蛋白质的合成、基因突变等知识的基础。它具有承上启下的重要作用，因此是生物教学的重点。

二、教学思路

在《DNA分子的结构》教学过程中，根据学生认知的一般规律，首先学习研究相关科学史的科学态度和精神，然后采取模型建构的方法进行教学，通过模拟教学，最大限度的调动学生的学习兴趣，增强教学的互动性、认知性，解读学生的行为特点，使学生在学习中处于高度兴奋状态，充分运用听、说、学、做、改等一系列学习手段，开启一切可以调动的感官功能，对所学内容形成深度记忆。

尝试构建DNA双螺旋结构模型是本节的教学难点。在以往的教学中对这个难点的突破方法是采用牙签、橡皮泥、剪好的纸片和别针让学生制作DNA双螺旋结构模型。但是存在一些问题：①“反向平行”这一知识点不能很好的突破；②“磷酸和含氮碱基在脱氧核糖上的连接位点”在短时间内学生不能很好的掌握；③课堂教学需要花费更多的时间。所以在今年的教学过程中就想到了运用学生的身体来进行模拟。一个学生代表一个脱氧核苷酸，其中头部代表脱氧核糖的氧原子，左、右肩膀分别代表1号、4号碳原子，左右腰部依表示2号、3号碳原子，右肘表示5号碳原子，右手表示磷酸基，左手代表含氮碱基。按照“基本单位——单链结构——双链结构——双螺旋结构”的顺序展开教学，由一个学生代表一个脱氧核苷酸，一排多个学生连成一队模拟DNA的一条链，两排学生模拟DNA的两条链，左手和左手连接表示碱基对，这样就能很好的体现了DNA分子的平面结构特点；同时也解决了以上的几个问题。

三、教学目标

1.知识目标

①讨论DNA双螺旋结构模型的构建历程；

②概述DNA分子结构的主要特点。

2.能力目标

尝试构建DNA双螺旋结构模型。

3.情感态度与价值观目标

①体验科学家锲而不舍、执着追求、合作交流的科学精神；

②认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。

四、教学过程

1.情境导入，开启智慧之门

老师通过PPT展示北京中关村的DNA雕塑，引发学生回忆DNA相关的知识，例如艾弗里的肺炎双球菌的转化实验以及赫尔希和蔡斯的噬菌体侵染细菌的实验结论；DNA的基本单位及其名称和组成等。

目的是通过图片展示，唤起学生对相关知识的回忆，为新知识的学习做好准备。

2.模型构建，探究智慧之源

教师引导：1953沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构模型，在此之前，薛定谔已预言遗传物质可能是一种信息分子，他能贮存、复制并传递遗传信息，因此他们的工作是有明确的思想引领的。即所建构的DNA分子应符合遗传物质的相对稳定性，能有足够的遗传信息容量，还能相对的准确复制，并随染色体的世代传递而传递。[2]

（1）活動一：阅读教材P47—48，自学DNA双螺旋结构的探索历程，讨论并回答问题。

①沃森和克里对DNA双螺旋结构模型提出，借鉴了哪些科学家的理论？他们都是生物学家们？

②沃森和克里克在构建模型的过程中，出现过哪些错误？他们是如何对待和纠正这些错误的？

③根据查戈夫的发现，四种碱基之间是如何配对的？

④DNA的双螺旋结构的提出，具有怎样重要的意义？

教师总结：①当代科学的发展是需要各国科学家的共同合作和信息的交流。

②当代生命科学的发展需要跨学科的合作，这些科学家们除了沃森一人早先是动物学家外，其余都是物理学家、化学家。生命科学呼唤各方面的学者参与，是一个科学的“磁场”。③由此诞生了分子遗传学，今儿催生了分子生物学，半个多世纪以来，由此发生的基因组研究、基因工程的开拓等等，正在改变人们的生活

（2）活动二：根据沃森和克里克的理论，以人体为构建DNA模型的材料，模拟一分子脱氧核苷酸。

PPT展示：脱氧核糖的结构，并在脱氧核糖的相应部位分别标出1、2、3、4、5号碳原子。

教师点拨：首先确定用身体的哪个部位来表示脱氧核苷酸，然后分别找出5个碳原子的对应位置，最后确定磷酸基和含氮碱基的位置。

（3）活动三：若由10个同学参与构建DNA模型，哪么如何模拟脱氧核苷酸连接形成的长链？

PPT展示：几种相邻两个脱氧核苷酸的连接方式，请学生找出其中正确的连接方式。

教师引导：①如果前后两个同学分别代表两个脱氧核苷酸，那么前一个脱氧核苷酸的脱氧核糖与后一个磷酸基如何相连？

②在形成的一条脱氧核苷酸链上，含有几个游离的磷酸基？几个游离脱氧核糖？具体位置在哪里？

（4）活动四：尝试构建DNA双链结构模型

PPT展示：DNA的平面结构图

教师点拨：①通过对相关材料的阅读，请根据DNA分子的平面结构模型，思考由两条脱氧核苷酸链如何相连形成DNA的双链结构？

②碱基与碱基如何相连？碱基对是怎样影响DNA分子的稳定性的？

③请一条链上的同学分别随机说出自己所代表的碱基，那么，与之互补的另一碱基是什么？配对的两个不同的碱基在数目上有怎样的关系？

④一个双链DNA分子中，含几个游离的磷酸基？几个游离的脱氧核糖？具体位置在哪里？

⑤DNA分子只含有4种脱氧核苷酸，它如何能够储存足够量的遗传信息的？[2]

⑥可以模拟出DNA分子的双螺旋结构吗？

3.知识总结，生成智慧之果

教具展示：DNA空间结构模型

阅读教材P49图311的DNA分子的结构模式图，联系自己构建DNA双螺旋结构模型的过程，总结DNA分子结构的主要特点：

①DNA分子是由 条 长链反向盘旋而成的 结构。

②DNA分子中的 交替连接，排列在外侧，构成基本骨架； 在内侧。

③两条链上的碱基通过 连接起来，A与T、G与C形成碱基对，遵循 。

4.拓展延伸，点燃智慧之炬

（1）分析DNA分子中脱氧核糖、磷酸、含氮碱基这三者之间的数量关系。

（2）根据碱基互补配对原则，推导出DNA双链中A与T、G与C以及嘌呤总数与嘧啶总数之间的数量关系。

[参考文献]

[1]吴群.读陶行知《以科学之方，新教育之事》有感.生活教育，2014（01）.

[2]朱正威.把教学目标装在心里—用“心”教学.生物学通报，2011（01）.