嚴(yán) 容

（蘭州民族中學(xué) 甘肅蘭州 730000）

《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中要求：“了解建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的作用，培養(yǎng)學(xué)生的建模思維和建模能力，獲得生物學(xué)的基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎(chǔ)知識?！盵1]在生物教學(xué)中主要有物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型，以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象的特征，這種模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，就是物理模型。它形象而概括地反映了所有DNA 分子結(jié)構(gòu)的共同特征。

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書生物必修2（遺傳與進(jìn)化）第三章第2 節(jié)——DNA 分子的結(jié)構(gòu)一節(jié)中的教學(xué)重難點(diǎn)為：DNA 分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。學(xué)生需通過空間想象才能理解。因此，本文以DNA 模型為依托，學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，分組進(jìn)行DNA 模型建構(gòu)活動。意圖為學(xué)生在自我認(rèn)知的知識體系上進(jìn)行模型建構(gòu)，注重DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系，加深對DNA 分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識和理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。以下是模型建構(gòu)中的一些典型問題例析，旨在通過對這些問題的分析，突破并鞏固本節(jié)重難點(diǎn)。

一、DNA分子結(jié)構(gòu)的基本骨架是什么？它們是如何連接的？

圖1

DNA 分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基排列在內(nèi)側(cè)。如圖1：模型中學(xué)生采用彩色紙片和普通棉線為材料。缺點(diǎn)為：DNA 分子中的脫氧核糖和磷酸并沒有反向平行連接。優(yōu)點(diǎn)為：采用4 種不同顏色的紙片代替4 種堿基（藍(lán)色-A，黃色-T，紅色-G，綠色-C）；兩種不同的剪貼形狀代替2 種堿基對不同的氫鍵數(shù)目的連接方式；五角形代替脫氧核糖，白色圓形代替磷酸基團(tuán)。從該模型可以看出，同學(xué)們對于DNA 分子的基本單位及基礎(chǔ)構(gòu)架是清楚的，即分別用不同的材料來代表組成DNA 分子的磷酸、脫氧核糖和堿基；不同形狀將堿基對的連接方式表現(xiàn)出來。在課堂教學(xué)中，借“沒有體現(xiàn)DNA 分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械摹?，?qiáng)調(diào)DNA 分子是由兩條脫氧核苷酸長鏈以氫鍵連接起來的，兩條鏈按反向平行方式盤旋成規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

二、DNA分子結(jié)構(gòu)中堿基有幾種？它們是如何排列的？

DNA 兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且堿基配對有一定的規(guī)律。如圖2：采用彩色卡紙和透明膠帶為材料。缺點(diǎn)為：用紅色和綠色卡紙代表堿基，直觀認(rèn)為堿基只有2 種，且堿基對的連接方式都相同。優(yōu)點(diǎn)為：用不同性狀代表了脫氧核糖、磷酸、堿基；DNA 的兩條鏈按反向平行連接。小組同學(xué)展示DNA 平面模型時，教師進(jìn)行分析和講解，DNA 堿基有4 種（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶），其中堿基通過氫鍵連接成堿基對，并且遵循堿基互補(bǔ)配對原則：腺嘌呤與胸腺嘧啶配對（A 與T 2 個氫鍵連接）；鳥嘌呤與胞嘧啶配對（C 與G3 個氫鍵連接），堿基對連接的氫鍵數(shù)目不同，應(yīng)以不同的形式予以展示。

圖2

三、建立DNA分子的立體結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

圖3

如圖3，該組同學(xué)在充分預(yù)習(xí)的前提下，以鐵絲和超輕黏土為材料，制作了較為正確的DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型：兩條鏈呈現(xiàn)了反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)，4 種不同顏色的黏土代表了4種不同的堿基，且堿基對的連接方式不同，不同性狀的黏土代表了脫氧核糖、磷酸、堿基，展示了DNA 的立體結(jié)構(gòu)。在這個模型展示時教師可引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則，推算DNA 分子的堿基比例，學(xué)會用數(shù)學(xué)語言描述生命現(xiàn)象：堿基的比例和數(shù)量之間的規(guī)律，即在雙鏈DNA 分子中，所有的嘌呤堿基紙盒等于所有的嘧啶堿基之和（A+G/C+T=1），模型中玫紅色為A=6，橘紅色為T=6；綠色為C=6，紫色為G=6，直觀分析數(shù)據(jù)得出相應(yīng)結(jié)論，并為后面的章節(jié)（第3節(jié)DNA 的復(fù)制）打好理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

小結(jié)：由于DNA 分子雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，利用“學(xué)生預(yù)習(xí)——自制模型——課堂展示——教師總結(jié)”的順序，使學(xué)生逐步認(rèn)識DNA 分子的空間結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。高中生物教材中，有大量內(nèi)容是需要通過引導(dǎo)學(xué)生在建立相應(yīng)的物理模型的過程中去掌握知識并提升思維和方法的，通過模型建構(gòu)教學(xué)活動，加深對概念、規(guī)律的理解，培養(yǎng)其動腦、動手的能力，幫助學(xué)生認(rèn)識、理解微觀世界、三維結(jié)構(gòu)、復(fù)雜原理、動態(tài)變化等[2]。此外，本文指導(dǎo)學(xué)生在初步預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用模型建構(gòu)，利于學(xué)生進(jìn)一步把握DNA 結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)；關(guān)鍵是在此過程中能將被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃犹角?，深層次的引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其動手能力和探究能力，更是學(xué)生體會一種科學(xué)研究的基本方法[3]。在建構(gòu)活動中，學(xué)生帶領(lǐng)教師一起領(lǐng)略偉大的科學(xué)家的探究思路，感悟生物學(xué)的學(xué)科精神在于探究生命奧秘，感知生命本真！