袁可為

(貴州省六盤水市第五中學(xué)， 六盤水　533028)

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構(gòu)建“遺傳信息的表達(dá)”模型的教學(xué)嘗試

袁可為

(貴州省六盤水市第五中學(xué)， 六盤水533028)

“遺傳信息的表達(dá)”是高中生物學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對這一內(nèi)容的抽象性，筆者設(shè)計了學(xué)生對“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”的模型構(gòu)建活動，讓學(xué)生主動參與，加深對細(xì)胞活動的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和動手能力．

遺傳信息表達(dá)模型構(gòu)建

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》提出了四個基本理念,即“提高生物科學(xué)的素養(yǎng)”“面向全體學(xué)生”“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”和“注重與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系”．[1]“對于教學(xué)來說，應(yīng)特別注意學(xué)生的科學(xué)探究是各種活動．‘倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)’正本溯源，應(yīng)該是有計劃地、有效地組織好學(xué)習(xí)過程中的探究活動．”[2]

高中生物可以作為學(xué)生探究活動的內(nèi)容，在各種版本的生物學(xué)教科書中都有著明確的標(biāo)識．在實(shí)際教學(xué)中，由于課時、硬件條件等因素的影響，并不是所有的活動都能開展，當(dāng)然也不是只有標(biāo)識的活動才能開展．可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以提高學(xué)生的參與性，培養(yǎng)其探究和動手的能力．

北師大版高中《生物(必修2)》第3章第2節(jié)《遺傳信息的表達(dá)》包括基因的“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”兩個重要的過程，是高中生物學(xué)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)．教科書中，本節(jié)內(nèi)容并沒有設(shè)計探究活動，但在第1節(jié)《遺傳信息的復(fù)制》中有“DNA分子復(fù)制”的構(gòu)建模型活動．在進(jìn)行教科書分析和學(xué)情分析后筆者認(rèn)為，可以將《遺傳信息的表達(dá)》用構(gòu)建模型的方式來學(xué)習(xí)．

一、課前準(zhǔn)備

1.知識儲備

讓學(xué)生復(fù)習(xí)DNA分子的結(jié)構(gòu)和復(fù)制，并預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，從中提煉出關(guān)鍵的概念和結(jié)構(gòu)：DNA、基因、遺傳信息、轉(zhuǎn)錄、RNA(tRNA、mRNA)、密碼子、反密碼子、翻譯、蛋白質(zhì)、生物性狀．

設(shè)計課前須知：

(1)DNA的基本組成單位是脫氧核苷酸，有4種，分別是腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸．

(2)RNA的基本組成單位是核糖核苷酸，有4種，分別是腺嘌呤核糖核苷酸、鳥嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸．

(3)DNA含有2條鏈，RNA通常是1條鏈．

(4)DNA的復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制，復(fù)制時須遵循堿基互補(bǔ)配對原則，即A和T配對，C和G配對．

(5)RNA主要有3種，分別是核糖體RNA(rRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、信使RNA(mRNA)．

(6)轉(zhuǎn)錄是指由DNA合成RNA的過程，在細(xì)胞核中進(jìn)行．

(7)翻譯是指以mRNA鏈上的核糖核苷酸序列為模板，從一個特定的起始位置開始，按每三個核糖核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行．

(8)密碼子是指mRNA上3個相鄰的堿基．讀密碼子表(教科書第39頁)，密碼子共有64種，組成生物體的氨基酸有20種，1種氨基酸對應(yīng)多種密碼子，1種密碼子對應(yīng)1種氨基酸，AUG既是甲硫氨酸的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼子，UAG、UAA及UGA不編碼氨基酸，是肽鏈合成的終止密碼子．

(9)反密碼子是指tRNA上決定其攜帶氨基酸種類的3個堿基，與mRNA上特定的3個堿基配對．

(10)生物的遺傳信息是指DNA上的脫氧核苷酸的排列順序，生物的性狀是指生物體所表現(xiàn)出來的所有特征，由蛋白質(zhì)體現(xiàn)和承擔(dān)．遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄過程從DNA傳遞給mRNA，再通過翻譯過程從mRNA傳遞給蛋白質(zhì)．

2. 用具準(zhǔn)備

學(xué)生自行分工制作代表4種脫氧核苷酸、4種核糖核苷酸、61種tRNA和20種氨基酸的硬紙片若干份，訂書機(jī)1個，訂書釘若干，訂書釘表示分子連接形成的共價鍵．

二、活動過程

1. 知識簡介

幻燈片展示各種概念和結(jié)構(gòu)的名稱，讓學(xué)生描述自己對各種概念的理解和說明概念之間的關(guān)系，教師從旁提示或更正．幻燈片展示“概念圖”(如圖1所示)．

圖1

教師向?qū)W生簡單描述“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”過程，并介紹mRNA上的密碼子、密碼子表和tRNA上的反密碼子及其關(guān)系．

2.構(gòu)建DNA分子的模型

幻燈片給出DNA分子的一條鏈：

GTACTGAGTCAGGATAACA

讓學(xué)生按照堿基互補(bǔ)配對原則，寫出該DNA的另一條鏈，并用自制的脫氧核苷酸制作出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型．學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)做過，因此，不需要太多指導(dǎo)即可完成．

3.構(gòu)建轉(zhuǎn)錄過程的模型

指導(dǎo)學(xué)生以小組圍成的課桌作為細(xì)胞，在其上用粉筆畫一個表示核被膜和核孔的細(xì)胞核，外部空白處即為細(xì)胞質(zhì)(如圖2所示)．指出DNA所在的主要部位和轉(zhuǎn)錄發(fā)生的場所均在細(xì)胞核．

圖2

教師給出要求：根據(jù)幻燈片所示的鏈為模板鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)錄．

小組中兩位成員用自制DNA模型在細(xì)胞核中模擬解旋，根據(jù)解旋部分，其余同學(xué)拿核糖核苷酸和訂書機(jī)，負(fù)責(zé)模擬mRNA的合成．根據(jù)堿基互補(bǔ)配對，核糖核苷酸的排列順序應(yīng)該是：

CAUGACUCAGUCCUAUUGA

“合成”好的mRNA穿過桌面所畫的核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)．

4. 構(gòu)建翻譯過程的模型

指導(dǎo)學(xué)生在桌面細(xì)胞質(zhì)處用粉筆畫一個核糖體的圖示(如圖3所示)．指出翻譯的場所即為細(xì)胞質(zhì)中的核糖體．

圖3

小組中拿著合成好的mRNA，擺放在核糖體上，表示mRNA與核糖體的結(jié)合．教師給出要求：根據(jù)自制的mRNA模擬出翻譯過程．

小組中一位成員拖拽mRNA在核糖體上移動，讀取mRNA上的堿基，三個堿基為一個密碼子，第一個為CAU，非起始密碼子，不能開始翻譯，依次往后讀取，第二個為AUG，為起始密碼子，從這里開始．讓其余成員根據(jù)密碼子與反密碼子的堿基互補(bǔ)配對關(guān)系選取出標(biāo)注有UAC的tRNA，并根據(jù)密碼子表選取出AUG對應(yīng)的氨基酸——甲硫氨酸，用tRNA攜帶著甲硫氨酸進(jìn)入核糖體，讓密碼子與反密碼子對在一起．讀取下一個密碼子ACU，選取標(biāo)注有UGA的tRNA和ACU在密碼子表中對應(yīng)的蘇氨酸，用同樣的方法進(jìn)入核糖體，將第一個氨基酸甲硫氨酸與第二個氨基酸蘇氨酸用訂書機(jī)連接在一起，表示發(fā)生了脫水縮合形成肽鍵．拖拽mRNA，第一個密碼子AUG從核糖體中出來，第三個密碼子CAG進(jìn)入，用相同的方法繼續(xù)合成肽鏈．直到出現(xiàn)UGA——終止密碼子，不編碼氨基酸，肽鏈合成終止，即翻譯完成．得到一條由甲硫氨酸、蘇氨酸、谷氨酰胺、絲氨酸、酪氨酸五個氨基酸依次組成的肽鏈．在整個構(gòu)建模型的過程中教師應(yīng)在一旁觀看，并做必要的指導(dǎo)和提示．

三、活動與知識對接

此次構(gòu)建模型活動只能模擬過程，細(xì)節(jié)方面仍然需要課后完善．

設(shè)計課后思考

1.制作DNA雙螺旋模型時，你使用的是哪些核苷酸？核苷酸組成雙鏈結(jié)構(gòu)時，需要注意DNA的哪些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？

2.DNA轉(zhuǎn)錄時，雙螺旋結(jié)構(gòu)是如何處理的？你在模擬轉(zhuǎn)錄過程時，用了哪些原料？除了大家準(zhǔn)備的用具，轉(zhuǎn)錄還需要哪些原料的參與？

3.翻譯是否需要酶？你在選取氨基酸合成肽鏈時，依據(jù)是什么？

4.本次活動中，你在哪些地方用到了訂書機(jī)？訂書釘在這些地方起到了什么作用，代表了什么？

5.你做出來的肽鏈?zhǔn)欠衽c預(yù)計的相同？請將教師給出的那條鏈，略做改變，如替換、增加或減少其中的某個脫氧核苷酸，看看得到的肽鏈有哪些不同？

四、活動總結(jié)

活動完成后，相信學(xué)生會對遺傳信息的表達(dá)過程有深刻的理解，清楚知道DNA中的脫氧核苷酸排列順序、mRNA中的核糖核苷酸排列順序與肽鏈中的氨基酸排列順序之間的一一對應(yīng)關(guān)系，理解DNA如何控制蛋白質(zhì)的合成，決定生物的性狀．

活動需要學(xué)生大量的課前準(zhǔn)備和課后思考，并查閱和準(zhǔn)備大量相關(guān)的資料，對學(xué)生的自學(xué)能力和動手能力有較強(qiáng)的要求．由于不同學(xué)校和班級的學(xué)生情況不同(包括軟硬件)，此活動在實(shí)際教學(xué)中開展起來有一定的難度，需要教師在教學(xué)前根據(jù)實(shí)際情況，對活動內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，才能使教學(xué)效果更好．

五、活動反思

探究活動課與傳統(tǒng)教學(xué)課在課堂時間的分配和重難點(diǎn)傾向上都有所不同，只有通過不斷地磨合才能更好地體現(xiàn)活動課的優(yōu)點(diǎn)．在此節(jié)的教學(xué)中，更強(qiáng)調(diào)的是對表達(dá)過程的理解，這也使得有些知識沒辦法與高考很好地聯(lián)系起來．比如說我們傳統(tǒng)的教學(xué)中對于翻譯過程的數(shù)量計算問題，多數(shù)時候并不考慮終止密碼子．同時在高考中常出現(xiàn)的多聚核糖體的問題在本節(jié)課中學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)不了，這需要教師在做教學(xué)準(zhǔn)備時注意思考，并適當(dāng)?shù)貙W(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充．

[1] 中華人民共和國教育部．普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))[S]．北京：人民教育出版社，2003．

[2]朱正威．再議“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”[J]．生物學(xué)通報,2011(7):24—25．

[3] 鄧金霞,徐清清,陳銘德．轉(zhuǎn)錄、翻譯過程的角色扮演活動[J]．生物學(xué)通報,2011 (10):16—17．

(責(zé)任編輯：李珺)