建模学习在“DNA分子结构”一节中的应用

2020-09-10黄琼玲

高考·下 2020年3期

黄琼玲

摘要：以建模学习法为指导，以人教版高中生物学教材中“DNA分子结构”为例，本文阐述了“信息收集——尝试建构——获取信息——继续建构——获取信息——深入建构——获取信息——修正完善”的建模过程，以及学生在模型构建过程中的具体活动，以期提高学生的建模能力。笔者也阐述了要结合学情，改进模型构建的信息材料和优化模型构建的流程，提高模型教学的课堂效率，实现学科素养。

关键词：信息;建构;DNA结构

“建模学习法”是指通过对知识信息的归纳综合、分析比较、抽象概括和提炼升华，发现知识间的内在本质联系，然后经过思维加工，构建原始模型，结合具体信息修正模型，在具体条件下应用模型，解决学习和生活中的实际问题，然后对模型再研究，发现问题，拓展新思路的学习方法。

《DNA分子的结构》是人教版必修2第3章第2节，在教材中起着承上启下的作用。一方面，是在前两章的基础上完成的，可以加深学生对遗传物质的认识，使学生尝试解释DNA与储存丰富的遗传信息相适应的结构特点;另一方面，又为后面基因的表达、生物变异和进化进行必要的知识铺垫。为此，笔者采用“信息收集——尝试建构——获取信息——继续建构——获取信息——深入建构——获取信息——修正完善”过程进行建模学习。

一、巧设问题情境，引入新课

教师总结人类对遗传物质的探索过程。设问：DNA为什么能够作为遗传物质？DNA是怎样储存遗传信息？又是怎样决定生物性状的？要回答这些问题，首先必须了解DNA的结构。

设计意图：以结构与功能观创设问题情境，让学生明白，要了解DNA的功能，需要探究其结构，从而顺理成章地引入本节建模教学。

二、DNA双螺旋模型的构建

1.信息收集，尝试建构脱氧核苷酸模型，继续建构脱氧核苷酸链模型。

联系知识基础，提出问题串：1.DNA的基本单位是什么？（脱氧核苷酸）2.每个脱氧核苷酸的结构组成是什么？（一分子磷酸+一分子脱氧核糖+一分子含N碱基）3.DNA是由连接而成的。（DNA是由脱氧核苷酸连接而成的长链）

师生在白板上建构4种脱氧核苷酸种类，继而建构脱氧核苷酸长链。

设计意图：联系知识背景，逐步引发对新知识的建构，让新知识在原有知识的基础上“成长”。

2.获取信息，深入建构DNA双链平面模型。

复习提问：DNA是由条脱氧核苷酸长链组成的？引出新问题：这两条长链是如何组成DNA的呢？

提供资料1：1950年初，瑞士细胞学家西格纳带着他提取到的高质量的DNA来到伦敦，威尔金斯利用这些DNA获得了DNA衍射图谱。测量分析后，发现DNA分子缠绕在一起像一个圆筒，直径2nm，沿分子长度方向每隔0.3-0.4nm有一个很强的衍射，如果把这些很强的衍射区分离出后，沿长度方向是中空的。讲解：看到DNA衍射图谱及其数据分析，可以得出：DNA的结构比较规则，可能是螺旋结构;DNA分子可能有中心轴。

提供资料2：沃森和克里克尝试了很多种不同的双螺旋结构，在这些模型中，碱基位于螺旋的外部。但是，这些模型很快就被否定了。1952年5月，富兰克林利用X射线结晶技术获得了有史以来最清晰的DNA分子照片，并运用数学公式对照片进行了分析，计算出一些有关DNA结构的准确数值。根据富兰克林的新X射线照片和数据，沃森和克里克提出了双螺旋结构的设想，并将核糖和磷酸组成的骨架放在螺旋的外面，里面是碱基对。在这个模型中是相同碱基进行配对的，即A与A，T与T配对。学生根据沃森和克里克的设想，构建DNA的平面模型。

设计意图：指导学生追寻科学家探索DNA结构路，逐步深入地认识DNA的结构，体会模型建构的方法，发展学生的科学思维和科学探究能力。

3.获取信息，修正DNA双链平面模型

教师设疑：上面的模型很快又被否定，你认为可能的原因是什么？在教师的点拨下，学生意识到：嘌呤碱基对和嘧啶碱基对的直径不一样，与DNA的射线衍射图测量的结果不相符，这样的结构可能不稳定，而DNA作为遗传物质必须具有稳定性。

提供资料3：1952年春天，奥地利著名的生物化学家查哥夫访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得到了一个重要信息：腺嘌呤A的量总是等于胸腺嘧啶T的量;鸟嘌呤G的量总是等于胞嘧啶C的量。于是，沃森和克里克又兴奋起来，他们改变了碱基配对的方式，让A与T配对，G与C配对，构建出新的DNA模型。结果发现，A-T碱基对与G-C碱基对具有相同的形状和直径，这样组成的DNA具有稳定的直径，能够解释A、T、C、G的数量关系。

提供资料4：鲍林以前的同事多诺告诉沃森，A-T和G-C配对是靠氢键维系的，A和T之间有两个氢键，G和C之间有三个氢键。

要求学生修正完善所构建的DNA分子的平面模型。

4.获取信息，完善DNA双螺旋结构模型

教师借助多媒体展示DNA双螺旋结构的动态图，学生观看DNADNA双螺旋结构。

设计意图：建立完整的认识，让学生体验成功！

三、DNA分子的结构

要求学生阅读书本P50，小组讨论以下问题，并请每组派代表用自己的语言描述：

1.DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？

2.DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？他们分别位于DNA的什么部位？

3.DNA中的碱基配对是如何配对的？有什么規律？

4.DNA双螺旋结构研究史主要涉及哪些学科的知识和方法、对你有什么启示？

设计意图：指导学生用自己的语言总结DNA结构模型。体验DNA结构发现史所蕴含的科学方法、科学思想和科学精神。