袁可為

(貴州省六盤水市第五中學(xué)， 六盤水　533028)

?

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(duì)這一內(nèi)容的抽象性，筆者設(shè)計(jì)了學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)錄”和“翻譯”的模型構(gòu)建活動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)參與，加深對(duì)細(xì)胞活動(dòng)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和動(dòng)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(gè)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(duì)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(dòng)．‘倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)’正本溯源，應(yīng)該是有計(jì)劃地、有效地組織好學(xué)習(xí)過程中的探究活動(dòng)．”[2]

高中生物可以作為學(xué)生探究活動(dòng)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(shí)．在實(shí)際教學(xué)中，由于課時(shí)、硬件條件等因素的影響，并不是所有的活動(dòng)都能開展，當(dāng)然也不是只有標(biāo)識(shí)的活動(dòng)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(dòng)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(gè)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(jì)探究活動(dòng)，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(dòng)．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(shí)儲(chǔ)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(jì)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(shí)須遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，即A和T配對(duì)，C和G配對(duì)．

(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(gè)特定的起始位置開始，按每三個(gè)核糖核苷酸代表一個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)多種密碼子，1種密碼子對(duì)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(gè)堿基，與mRNA上特定的3個(gè)堿基配對(duì)．

(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(gè)，訂書釘若干，訂書釘表示分子連接形成的共價(jià)鍵．

二、活動(dòng)過程

1. 知識(shí)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)，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(gè)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(dòng)，讀取mRNA上的堿基，三個(gè)堿基為一個(gè)密碼子，第一個(gè)為CAU，非起始密碼子，不能開始翻譯，依次往后讀取，第二個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)在一起．讀取下一個(gè)密碼子ACU，選取標(biāo)注有UGA的tRNA和ACU在密碼子表中對(duì)應(yīng)的蘇氨酸，用同樣的方法進(jìn)入核糖體，將第一個(gè)氨基酸甲硫氨酸與第二個(gè)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(gè)密碼子AUG從核糖體中出來，第三個(gè)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(gè)氨基酸依次組成的肽鏈．在整個(gè)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(dòng)與知識(shí)對(duì)接

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

設(shè)計(jì)課后思考

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

2.DNA轉(zhuǎn)錄時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)是如何處理的？你在模擬轉(zhuǎn)錄過程時(shí)，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(shí)，依據(jù)是什么？

4.本次活動(dòng)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(jì)的相同？請(qǐng)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(gè)脫氧核苷酸，看看得到的肽鏈有哪些不同？

四、活動(dòng)總結(jié)

活動(dòng)完成后，相信學(xué)生會(huì)對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)學(xué)生的自學(xué)能力和動(dòng)手能力有較強(qiáng)的要求．由于不同學(xué)校和班級(jí)的學(xué)生情況不同(包括軟硬件)，此活動(dòng)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(duì)活動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，才能使教學(xué)效果更好．

五、活動(dòng)反思

探究活動(dòng)課與傳統(tǒng)教學(xué)課在課堂時(shí)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(dòng)課的優(yōu)點(diǎn)．在此節(jié)的教學(xué)中，更強(qiáng)調(diào)的是對(duì)表達(dá)過程的理解，這也使得有些知識(shí)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(duì)于翻譯過程的數(shù)量計(jì)算問題，多數(shù)時(shí)候并不考慮終止密碼子．同時(shí)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(shí)注意思考，并適當(dāng)?shù)貙?duì)學(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(bào),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(dòng)[J]．生物學(xué)通報(bào),2011 (10):16—17．

(責(zé)任編輯：李珺)