陳兆亮（河北省秦皇島市第一中學(xué)河北秦皇島 066006）

應(yīng)用框架問題進(jìn)行“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

陳兆亮（河北省秦皇島市第一中學(xué)河北秦皇島 066006）

敘述了教學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)用“為什么RNA適于做DNA的信使？”“DNA的遺傳信息如何傳遞給mRNA？”“mRNA如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成？”等7個(gè)環(huán)環(huán)相扣的框架問題，讓學(xué)生置身于復(fù)雜的、有意義的問題情境中。學(xué)生在教師的引領(lǐng)下帶著問題去思考、去探索，在思考和探索中學(xué)習(xí)新知識(shí)并培養(yǎng)思維能力。

框架問題 轉(zhuǎn)錄 翻譯 知識(shí)遷移 課堂評(píng)價(jià)

文件編號(hào)：1003－7586（2017）01－0025－03

1 教材分析

本節(jié)是人教版必修2第四章學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，集中講述了基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，難度相對(duì)較大，是本章教學(xué)的難點(diǎn)。其內(nèi)容不僅抽象復(fù)雜，而且涉及到的物質(zhì)種類繁多。本節(jié)的主干知識(shí)是遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，尤其是翻譯過程更為復(fù)雜，是本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)；側(cè)枝內(nèi)容是DNA與RNA結(jié)構(gòu)的比較、3種RNA以及密碼子、反密碼子的概念、組成和特點(diǎn)等。

本節(jié)在新課程標(biāo)準(zhǔn)中的要求是：概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。“概述”是理解水平的要求，即要求學(xué)生能夠把握知識(shí)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，并與已有的知識(shí)建立聯(lián)系，且能進(jìn)行解釋、區(qū)分和擴(kuò)展等。因此本節(jié)教學(xué)時(shí)，教師不應(yīng)局限于對(duì)轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的單純描述，而應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生理解轉(zhuǎn)錄和翻譯的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及二者之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。為了使學(xué)生要達(dá)到理解層次的目標(biāo)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)思考和討論相關(guān)的問題。

在已經(jīng)明確了基因、DNA、染色體之間的關(guān)系基礎(chǔ)上，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步理解“基因是的作用過程”是理解“基因?qū)π誀畹目刂啤钡幕A(chǔ)，更是從根本上幫助學(xué)生理解遺傳與變異的本質(zhì)，是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識(shí)目標(biāo)

（1）概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。

（2）建構(gòu)轉(zhuǎn)錄、翻譯與蛋白質(zhì)間的邏輯關(guān)系。

2.2 能力目標(biāo)

（1）能運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，分析堿基與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）通過對(duì)“框架問題”的探究，培養(yǎng)分析能力。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

（1）養(yǎng)成主動(dòng)思索的良好習(xí)慣。

（2）提升自主學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的熱情，樹立探索科學(xué)知識(shí)的意識(shí)。

3 教學(xué)過程

3.1 巧設(shè)引言，導(dǎo)入新課

教師播放轉(zhuǎn)基因熒光鼠的視頻，引出轉(zhuǎn)錄、翻譯2個(gè)新名詞，并將遺傳信息的表達(dá)分為轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個(gè)過程。然后，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題，閱讀教材：①轉(zhuǎn)錄、翻譯的定義、場(chǎng)所是哪里？②遺傳信息是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的？③轉(zhuǎn)錄、翻譯的產(chǎn)物是什么？這樣來引發(fā)學(xué)生思考，開始新知識(shí)學(xué)習(xí)。

3.2 整理學(xué)習(xí)主線，把握主體知識(shí)

教師結(jié)合學(xué)生閱讀，布置新任務(wù)，繪制遺傳信息表達(dá)的邏輯主線（圖1）。

圖1 遺傳信息表達(dá)的邏輯主線

3.3 轉(zhuǎn)錄

教師提出問題：①如何證明轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA來自細(xì)胞核？

教師展示拉斯特的變形蟲核移植實(shí)驗(yàn)：設(shè)置A、B兩組實(shí)驗(yàn)。將A組變形蟲置于含15N標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)液中培養(yǎng)，B組置于不含15N標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)液中培養(yǎng)。一段時(shí)間的培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)：被標(biāo)記的RNA首先出現(xiàn)在A組的細(xì)胞核中，后又集中在細(xì)胞質(zhì)中；然而B組中細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均不出現(xiàn)放射性。接著，將A組變形蟲的核移植到去核的B組變形蟲中的細(xì)胞質(zhì)中，得到重組變形蟲C，用不含15N標(biāo)記的尿嘧啶核糖核苷酸培養(yǎng)液培養(yǎng)。結(jié)果顯示，在C變形蟲的細(xì)胞質(zhì)中檢測(cè)到了放射性。由此表明：RNA是在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄形成的，并將DNA上攜帶的遺傳信息帶至細(xì)胞質(zhì)中。

教師提出問題：②為什么RNA適于做DNA的信使？

教師帶領(lǐng)學(xué)生比較DNA和RNA的化學(xué)成分、組成及結(jié)構(gòu)。學(xué)生經(jīng)過分析后，歸納出：①RNA分子結(jié)構(gòu)與DNA很相似，也能儲(chǔ)存遺傳信息。②RNA一般是單鏈，比DNA短，易通過核孔轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。

教師提出問題：③DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？

結(jié)合問題①和②，學(xué)生知道了“mRNA是在DNA指導(dǎo)下合成的”，但其具體過程還比較模糊。此時(shí)，教師播放遺傳信息表達(dá)過程的視頻，讓學(xué)生結(jié)合課本，試著用文字進(jìn)行描述。隨后，教師帶領(lǐng)學(xué)生共同梳理轉(zhuǎn)錄過程：在細(xì)胞核中，DNA雙鏈在DNA解旋酶催化下形成單鏈，以其中一條鏈為模板，在RNA聚合酶催化下，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成一條單鏈mRNA，然后進(jìn)行相應(yīng)的加工，通過核孔進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)中，從而將遺傳信息傳遞到mRNA上。

3.4 翻譯

教師提出問題：為什么3個(gè)相鄰堿基決定1個(gè)氨基酸？

教師引導(dǎo)學(xué)生依次思考若1、2或3外堿基決定1種氨基酸，最多能決定氨基數(shù)的種數(shù)，開啟密碼子知識(shí)的學(xué)習(xí)。

教師提出問題：密碼子具有哪些特性？

教師讓學(xué)生觀察密碼子表，得出密碼子共64種，并查找起始密碼子、終止密碼子、亮氨酸的密碼子。學(xué)生通過查找，知道終止密碼子不編碼氨基酸；一種氨基酸可以對(duì)應(yīng)多種密碼子；且在多種密碼子中往往是第三個(gè)堿基不同。隨后，教師總結(jié)密碼子特性：簡(jiǎn)并性；擺動(dòng)性；通用性。

教師提出問題：mRNA上的密碼子是重疊閱讀，還是非重疊閱讀？

教師播放克里克遺傳密碼驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，通過研究T4噬菌體上一個(gè)基因由于堿基數(shù)目改變而對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)生的影響：采用加入或減少1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)堿基的方法，觀察對(duì)蛋白質(zhì)合成的影響：最后得出加入或減少3個(gè)堿基時(shí)，對(duì)于噬菌體蛋白的合成影響最小。學(xué)生從而知道：遺傳密碼是從一個(gè)固定點(diǎn)開始，以非重疊的形式閱讀。然后，教師要求：學(xué)生寫出一段RNA序列，親自感受實(shí)驗(yàn)過程，加深對(duì)理論的理解。

教師提出問題：mRNA是如何指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的？

教師播放翻譯過程的視頻，讓學(xué)生了解大致過程后，思考帶領(lǐng)學(xué)生思考幾個(gè)重要的子問題（氨基酸如何進(jìn)入核糖體；核糖體如何移動(dòng)；肽鏈如何形成；翻譯的終點(diǎn)等），并總結(jié)出翻譯過程：核糖體首先結(jié)合到mRNA上，tRNA攜帶氨基酸置于核糖體的第一個(gè)合成位置；第二個(gè)tRNA再攜帶下一個(gè)氨基酸到第二個(gè)合成位置；兩個(gè)氨基酸脫水縮合形成肽鍵；在ATP供能下，核糖體移動(dòng)三個(gè)堿基，再進(jìn)行下一個(gè)合成循環(huán)；直到終止密碼子翻譯完全部編碼信息，新肽鏈脫落，經(jīng)盤曲折疊、修飾，形成成熟蛋白質(zhì)。

3.5 建構(gòu)知識(shí)內(nèi)在邏輯關(guān)系框架

教師為避免學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)錄、翻譯知識(shí)發(fā)生混淆，引導(dǎo)其構(gòu)建邏輯框架（圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)錄、翻譯邏輯關(guān)系圖

3.6 學(xué)以致用，知識(shí)遷移

教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)課本插圖進(jìn)行分析：1條mRNA可以同時(shí)結(jié)合許多個(gè)核糖體形成多聚核糖體；一般來說，mRNA鏈相對(duì)越長(zhǎng)，其上附著的核糖體就會(huì)越多；其依賴于相同的模板，同時(shí)合成大量的相同肽鏈，以此來提高翻譯效率，并且根據(jù)不同核糖體上合成多肽鏈的長(zhǎng)度來判斷翻譯的方向。

3.7 評(píng)價(jià)課堂知識(shí)的生成

經(jīng)過以上學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于遺傳信息的表達(dá)過程已經(jīng)有所理解。這時(shí)，教師可以精選習(xí)題來考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解情況，并綜合評(píng)價(jià)，一方面可以保證教學(xué)內(nèi)容的達(dá)成，另一方面，通過習(xí)題反饋指導(dǎo)教師教學(xué)。

【例1】圖3為細(xì)胞中核糖體合成蛋白質(zhì)的示意圖，下列說法中正確的是（）

圖3 核糖體合成蛋白質(zhì)示意圖

A.核糖體在①上的移動(dòng)方向都是從左到右

B．4條多肽鏈?zhǔn)峭瑫r(shí)開始合成的

C．最終合成的②③④⑤結(jié)構(gòu)不同

D．每個(gè)核糖體都能單獨(dú)合成完整的肽鏈

【例2】圖4為原核細(xì)胞內(nèi)基因控制蛋白質(zhì)合成的示意圖，據(jù)圖分析正確的是（）

圖4 原核細(xì)胞基因控制蛋白質(zhì)合成示意圖

A．①②兩處都有大分子的生物合成，圖中DNA可以與有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合成染色體

B．①②兩處都發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，配對(duì)方式僅有A和U、G和C

C．①處有DNA聚合酶參與，②處沒有DNA聚合酶參與

D．①處有DNA－RNA雜合雙鏈片段，②處沒有DNA－RNA雜合雙鏈片段

4 教學(xué)反思

本節(jié)采用了框架問題教學(xué)模式，按照學(xué)生的邏輯認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生帶著疑問開始本節(jié)課，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還利于后面學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)順利進(jìn)行。教師采用遞進(jìn)式疑問句——“遺傳信息是如何傳給mRNA的呢？”“mRNA的信息如何傳給蛋白質(zhì)的？”開啟課堂內(nèi)容教學(xué)，利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，也讓教師的教學(xué)思路更加清晰，從而更好把握和調(diào)控課堂。同時(shí)，圍繞mRNA上幾個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸為探究點(diǎn)，教師運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

教師選用Flash課件展示轉(zhuǎn)錄、翻譯的抽象過程，比教師的描述說教更有效，學(xué)生更易理解接受。針對(duì)課堂評(píng)價(jià)習(xí)題的編制，例1重點(diǎn)考查翻譯內(nèi)容，使學(xué)生達(dá)成知識(shí)遷移的目標(biāo)；例2具有總結(jié)性，綜合了轉(zhuǎn)錄和翻譯知識(shí)。練習(xí)形式的多樣化，學(xué)生感到新穎有利于提高他們的學(xué)習(xí)積極性。

本節(jié)通過教師提出問題、學(xué)生思考，避免了學(xué)生陷入“學(xué)習(xí)時(shí)都懂，學(xué)完了都不懂”的低效課堂局面，以師生間的互動(dòng)來促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自主探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了教育教學(xué)效率。

G633.91

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