□楊洪斌 周素英

（1.重慶市第七中學(xué)校，重慶 400030；2.重慶市教育科學(xué)研究院，重慶 400015）

如今，建模活動(dòng)已成為學(xué)?？茖W(xué)教育的最前沿[1]。建模使學(xué)生能夠創(chuàng)建、分析和演示一個(gè)概念或事物的內(nèi)在工作原理，從而提供對(duì)概念或事物充分理解的證據(jù)[2]。許多中學(xué)教師在他們的教學(xué)設(shè)計(jì)中使用了構(gòu)建模型的方法以展示DNA的結(jié)構(gòu)和功能[3]，人教版教材中有制作DNA 模型的方法，但這種方法費(fèi)時(shí)較多。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的DNA 模型，即利用人的手型建構(gòu)一種“簡(jiǎn)易的DNA模型”。

一、建構(gòu)脫氧核苷酸模型

DNA 分子的一部分（圖1）可以分解為單個(gè)脫氧核苷酸。將脫氧核苷酸繪制在手套上以用作模型（圖2）。學(xué)生將在戴手套的手掌面和手背面上標(biāo)記七個(gè)位置，以代表脫氧核苷酸的各個(gè)部分（不包括氮堿基）。其中五個(gè)位置由手套手掌上的脫氧核糖環(huán)結(jié)構(gòu)的氧原子和四個(gè)碳原子組成，一個(gè)碳原子置于拇指中部。磷酸根離子置于拇指指尖。磷酸根離子能夠與相鄰核苷酸上的碳形成共價(jià)鍵。如圖2，食指是嘧啶堿基的模型，為胞嘧啶（C）或胸腺嘧啶（T），因?yàn)猷奏A基像較短的食指一樣是較短的單環(huán)分子（圖1）。中指代表為腺嘌呤（A）或鳥嘌呤（G），因?yàn)橄窀L的中指一樣，嘌呤是更長的雙環(huán)分子（圖1）。根據(jù)手套標(biāo)記的類別可以分為兩組（表1）。

圖1 DNA分子的部分結(jié)構(gòu)

圖2 在食指和中指分別標(biāo)記嘧啶和嘌呤

表1 手指標(biāo)記堿基方式

二、模擬DNA核苷酸和分子

使用兩只戴著手套的手，一只手掌朝上，另一只手掌朝下，并讓一只手的食指或中指的尖端分別接觸另一只手的中指或食指的尖端，從而建立起脫氧核苷酸配對(duì)模式的模型。例如，一只手掌朝上，另一只手掌朝下，學(xué)生可以用右手的中指觸摸左手的食指，從而模擬C-G配對(duì)（圖3）。兩副手套的拇指應(yīng)朝相反的方向伸展?；蛘撸瑢W(xué)生可以用右手食指觸摸左手套的中指，以模擬A-T 或G-C 配對(duì)。學(xué)生可以切換每只手的手指，以繼續(xù)模擬含氮堿基間的配對(duì)關(guān)系。在堿基配對(duì)時(shí)，將模型中未使用的其他手指折回手套的手掌中。如果學(xué)生練習(xí)這項(xiàng)活動(dòng)，他們將開始了解含氮堿基的大小是如何影響核苷酸配對(duì)的模式和DNA分子形狀的。

圖3 嘧啶和嘌呤配對(duì)的手勢(shì)

在其他學(xué)生的配合下，DNA 分子的一部分可以由坐在長桌子對(duì)面并跨過桌子直到他們的手相遇的學(xué)生建模（圖4），圖4 中桌子中間的長線表示中指，代表嘌呤；短線表示食指，代表嘧啶。該模型旨在為個(gè)別學(xué)生提供快速識(shí)別DNA 分子，以補(bǔ)充他們對(duì)DNA 核苷酸結(jié)構(gòu)和功能的理解。

圖4 多人手型拼接建構(gòu)DNA分子模式圖

三、模擬核苷酸的氫鍵

為了深入了解氫鍵，學(xué)生還可以添加點(diǎn)來表示氫鍵，氫鍵將核苷酸彼此配對(duì)。C（嘧啶）和G（嘌呤）各自具有三個(gè)位置的氫鍵，這導(dǎo)致C與G的鍵合。類似地，腺嘌呤和胸腺嘧啶各自具有兩個(gè)位置的氫鍵，這將導(dǎo)致A與T的鍵合。學(xué)生將在手套指尖標(biāo)記三個(gè)平行的點(diǎn)，代表參與C-G配對(duì)的三個(gè)氫鍵（圖3）。同理，學(xué)生將用兩個(gè)平行的點(diǎn)標(biāo)記代表兩個(gè)A 和T 配對(duì)的氫鍵，使它們鍵合。這說明由于氫鍵的匹配，只有 C 可以與 G 鍵合，只有 A 可以與 T 鍵合。這是有助于描述DNA分子結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。此時(shí)，還可以讓學(xué)生構(gòu)建一個(gè)表格以顯示DNA含氮堿基之間的關(guān)系，如表2。

表2 堿基配對(duì)與對(duì)應(yīng)手指表

生物學(xué)模型可以幫助學(xué)生將困難的概念轉(zhuǎn)化為日常生活中普通的情景。通過建構(gòu)、分析和解釋模型，學(xué)生可以更好地理解他們可能無法完全理解的概念[4]。對(duì)概念的深入理解，增強(qiáng)了概念在學(xué)生大腦中的記憶，也有助于讓學(xué)生建立起概念之間的關(guān)聯(lián)。建構(gòu)此模型非常簡(jiǎn)單，且能體現(xiàn)沃森和克里克在建構(gòu)該模型時(shí)為什么要嘧啶和嘌呤配對(duì)，原因是嘧啶只有一個(gè)環(huán)，較短；而嘌呤有兩個(gè)環(huán)，較長；同時(shí)，該模型也能體現(xiàn)DNA分子寬度相同的原理。