陳紹勇

摘 要：通過(guò)角色扮演，變微觀抽象為宏觀具體，突破 DNA分子重組的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、自主探究精神、合作探究意識(shí)、交流表達(dá)能力和邏輯思維素養(yǎng)等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生深切感受到在角色扮演中學(xué)習(xí)的快樂(lè)。

關(guān)鍵詞：角色；目的基因；運(yùn)載體；重組

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2018）06B-0085-02

一、教學(xué)內(nèi)容分析

“重組DNA分子的模擬操作”是人教版高中生物《現(xiàn)代生物科技專題》中專題1第一節(jié)《DNA重組技術(shù)的基本工具》中的一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。DNA分子重組的基本原理是本專題學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，是構(gòu)建基因表達(dá)載體的關(guān)鍵步驟。首先，由于DNA分子重組是分子水平的操作，對(duì)學(xué)生而言較為抽象，不易理解；其次，在教材的模擬操作實(shí)驗(yàn)中學(xué)生容易誤解限制性核酸內(nèi)切酶（restriction endonucleases）和DNA連接酶（DNA ligase）的作用位置，且不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。因此，學(xué)生通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)不僅能深刻理解限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶及運(yùn)載體（vector）的功能特點(diǎn)，而且有助于學(xué)生形象生動(dòng)地理解目的基因與載體的重組過(guò)程，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作探究意識(shí)、邏輯思維素養(yǎng)等。

二、學(xué)情分析

通過(guò)對(duì)必修2第六章第二節(jié)《基因工程》的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)基因工程的概念及過(guò)程都有了初步了解，為本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；但學(xué)生對(duì)基因工程的核心——基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程并不清晰，本實(shí)驗(yàn)的目的就在于幫助學(xué)生更好地理解DNA重組過(guò)程。

三、課前準(zhǔn)備

便利貼（10cm×10cm）120張，對(duì)于其中60張分別用4種顏色記號(hào)筆寫上A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥(niǎo)嘌呤）各自數(shù)量15；剩余60張用黑色記號(hào)筆寫上代表磷酸基團(tuán)；A4紙2張，分別用黑、紅色記號(hào)筆寫上EcoR1限制酶、Ecoli DNA連接酶；透明膠帶一卷。

四、教學(xué)過(guò)程

（一） 創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的體驗(yàn)欲望

引導(dǎo)學(xué)生回顧“DNA重組技術(shù)的基本工具”的原理，并觀察教材中的插圖，讓學(xué)生思考以下問(wèn)題：假如你是轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的科學(xué)家，你將怎樣把抗蟲(chóng)基因拼接到運(yùn)輸工具——載體上？閱讀教材第6頁(yè)的“重組DNA分子的模擬制作”，思考該模擬制作中有什么不足之處？思考如何模擬目的基因與載體的結(jié)構(gòu)以及二者的重組的過(guò)程？在這個(gè)過(guò)程中限制酶、DNA連接酶、運(yùn)載體的主要功能及作用原理是什么？通過(guò)一系列問(wèn)題讓學(xué)生在頭腦中對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步構(gòu)建，激發(fā)學(xué)生體驗(yàn)的欲望。

（二）體驗(yàn)樂(lè)趣——模擬構(gòu)建脫氧核苷酸模型

對(duì)于問(wèn)題“一分子脫氧核糖核苷酸包括哪幾個(gè)部分？脫氧核苷酸有幾種？”在學(xué)生回答后，老師總結(jié)：1分子堿基+1分子脫氧核糖+1分子磷酸構(gòu)成1分子脫氧核苷酸；堿基有四種，因此，相應(yīng)的脫氧核苷酸有四種。接著老師選一名學(xué)生到講臺(tái)上，讓其保持右手側(cè)平舉，左手彎曲握拳的姿勢(shì)，然后引導(dǎo)學(xué)生思考：該同學(xué)可以表示一個(gè)脫氧核苷酸嗎？學(xué)生思考回答后，老師總結(jié)并提示該同學(xué)右手側(cè)平舉代表含N堿基，左手彎曲握拳代表磷酸，頭和身體代表脫氧核糖。然后，老師把準(zhǔn)備好的便利貼隨機(jī)發(fā)給60位學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生把寫有的貼在自己的左手背上，寫有A、G、T、C貼在右手背上，這樣脫氧核苷酸就構(gòu)建完畢，既簡(jiǎn)單又直觀。

（三）體驗(yàn)探究——模擬目的基因與運(yùn)載體重組

用PPT展示DNA的平面結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生分析脫氧核苷酸是如何連接形成雙鏈的DNA分子的？再展示教材中的插圖，引導(dǎo)學(xué)生再一次認(rèn)識(shí)EcoRI限制酶的識(shí)別序列、切割位點(diǎn)和形成的末端類型，為準(zhǔn)確快速模擬目的基因與運(yùn)載體重組作鋪墊。

體驗(yàn)1：工具酶的構(gòu)建。

選2名男生，把寫有EcoRI限制酶、Ecoli DNA連接酶的A4紙分別用透明膠帶固定在2名男生胸前，并要求2名學(xué)生說(shuō)出“自己”的化學(xué)本質(zhì)、功能特點(diǎn)。

體驗(yàn)2：DNA分子片段構(gòu)建。

老師提問(wèn)：為確保EcoRⅠ限制酶有識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，在構(gòu)建DNA片段時(shí)，同學(xué)們應(yīng)注意什么問(wèn)題？要把目的基因從DNA片段中切下，在DNA片段上至少要有幾個(gè)切割位點(diǎn)？學(xué)生通過(guò)思考，認(rèn)識(shí)到在構(gòu)建DNA片段時(shí)應(yīng)確保有EcoRⅠ限制酶的識(shí)別序列，從而使教師能夠很容易地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建提取目的基因的DNA片段。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及限制酶識(shí)別序列的要求選擇30名學(xué)生靠教室左側(cè)站成兩列，一列面向講臺(tái)，另一列與之相反。此時(shí)，學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)就能進(jìn)行DNA片段的構(gòu)建，每列中后一位學(xué)生的左手搭在前一位學(xué)生的肩上代表磷酸二酯鍵，這樣就形成兩條DNA片段的單鏈；然后，同排學(xué)生右手相拉代表堿基之間的氫鍵，此時(shí)提示學(xué)生看彼此手背上所貼的堿基，避免堿基互補(bǔ)配對(duì)錯(cuò)誤，如果彼此是A、T，可以兩個(gè)手指相拉，如果是C、G，彼此三個(gè)手指相拉，形象直觀地展現(xiàn)出堿基間氫鍵的數(shù)量關(guān)系。提示學(xué)生觀察每列中哪幾位學(xué)生的左手（代表游離的磷酸基團(tuán)）是“閑著”的，再思考這是3端還是5端？這樣學(xué)生就能深刻的認(rèn)識(shí)到DNA分子兩條鏈反向平行的原理。

體驗(yàn)3：運(yùn)載體構(gòu)建。

對(duì)于問(wèn)題：在基因工程中通常用什么作運(yùn)載體，它的化學(xué)本質(zhì)及結(jié)構(gòu)是什么？構(gòu)建的運(yùn)載體有游離的磷酸基團(tuán)嗎？構(gòu)建運(yùn)載體與DNA片段有什么相同點(diǎn)？學(xué)生通過(guò)討論，很容易就能解答上述問(wèn)題。組織剩余的30名學(xué)生根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則及限制酶識(shí)別序列的要求以15人為一圈靠教室右側(cè)站成內(nèi)外兩圈，用構(gòu)建DNA片段同樣的方法構(gòu)建運(yùn)載體——質(zhì)粒。

體驗(yàn)4：模擬目的基因與運(yùn)載體重組。

在老師指導(dǎo)下，由EcoRⅠ限制酶的學(xué)生分別在模擬的目的基因和運(yùn)載體上找到識(shí)別的序列和切割位點(diǎn)，將“目的基因”從構(gòu)建的DNA片段中切下，把運(yùn)載體切開(kāi)，并產(chǎn)生相同的黏性末端；此時(shí)，再由模擬Ecoli DNA連接酶的學(xué)生根據(jù)相同黏性末端互補(bǔ)的特點(diǎn)將“目的基因”與“運(yùn)載體”連接起來(lái)。此時(shí)老師提問(wèn)：“限制酶切割的是什么鍵？Ecoli DNA連接酶連接的是什么鍵？堿基之間的氫鍵是如何斷開(kāi)與形成的？”學(xué)生通過(guò)交流討論從而理解限制酶和連接酶的功能及作用部位。

有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)由單一EcoRⅠ限制酶切下的目的基因會(huì)形成環(huán)狀（簡(jiǎn)稱DNA環(huán)化），教師要引導(dǎo)同學(xué)們思考這是為什么，如何避免獲得的目的基因環(huán)化？從而又引入SmaⅠ限制酶的學(xué)習(xí)，如果同時(shí)用兩種限制酶去識(shí)別切割相應(yīng)的位點(diǎn)，得到的“目的基因”是否環(huán)化？從而引起DNA環(huán)化的原因不攻自破。接著，老師讓模擬目的基因的學(xué)生在連接酶的作用下轉(zhuǎn)過(guò)180°與運(yùn)載體連接，讓學(xué)生仔細(xì)觀察思考這和之前的連接結(jié)果有什么不同，為什么？由于載體上的基因表達(dá)具有一定的方向性，轉(zhuǎn)過(guò)180°后連接會(huì)轉(zhuǎn)錄出不同核糖核苷酸序列的mRNA，從而可能得到不同的蛋白質(zhì)。經(jīng)過(guò)這番模擬，這個(gè)極難理解的問(wèn)題就迎刃而解。

（四）強(qiáng)化體驗(yàn)成果——課堂小結(jié)

老師引領(lǐng)學(xué)生總結(jié)回顧DNA重組技術(shù)工具的功能、作用特點(diǎn)以及DNA重組的基本原理；引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)說(shuō)自己在角色扮演中的感受及有待改進(jìn)的地方，并與同學(xué)交流分享；最后，提示學(xué)生思考這種角色扮演方法對(duì)理解DNA分子結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄有什么啟示。

五、教學(xué)反思

體驗(yàn)式教學(xué)法的創(chuàng)立源于美國(guó)教育理論家約翰·杜威，是指假定某一模擬環(huán)境，學(xué)生扮演特定角色，通過(guò)學(xué)生的表演使所有學(xué)生參與到模擬環(huán)境當(dāng)中，學(xué)生通過(guò)觀察、參與、體驗(yàn)、反思等過(guò)程，在實(shí)踐中得以體驗(yàn)，在體驗(yàn)中得以成長(zhǎng)，在成長(zhǎng)中得以感悟，在感悟中得以提高。通過(guò)角色扮演體驗(yàn)?zāi)康幕蚺c載體的重組過(guò)程，把微觀抽象的問(wèn)題宏觀具體化，使學(xué)生不但感受到在游戲活動(dòng)中學(xué)習(xí)的快樂(lè)，而且對(duì)學(xué)生的參與意識(shí)、學(xué)習(xí)熱情、合作探究、抽象思維等的培養(yǎng)有著促進(jìn)作用。

設(shè)計(jì)角色扮演，引導(dǎo)全班參與思考如何模擬構(gòu)建，教師要在探索中積極糾正錯(cuò)誤，最終成功模擬DNA分子的重組過(guò)程，從而突破難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)角色體驗(yàn)，學(xué)生不僅深刻認(rèn)識(shí)DNA分子的重組過(guò)程，還能進(jìn)一步鞏固理解DNA分子結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜中玉.“DNA的復(fù)制”一節(jié)的角色體驗(yàn)式教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2015，（9）.

[2]呂宇良.“DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)”的體驗(yàn)式教學(xué)設(shè)計(jì)[J].生物學(xué)教學(xué)，2013，（7）.

[3]李一鳴，常亮，李榮.角色體驗(yàn)式教學(xué)法在大學(xué)生心理健康課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].經(jīng)濟(jì)師，2011，（4）.