李晨　李高峰

摘 要 本文以“DNA分子的結構”一節(jié)為例，采用模型建構的方法進行教學，結合生命科學史，展示DNA雙螺旋結構特點，學生自主構建DNA雙螺旋模型，教師分析學生構建模型中遇到的問題，歸納總結DNA雙螺旋結構中基本骨架、堿基等方面存在的規(guī)律，在此基礎上畫概念圖，建構完整的知識體系。

關鍵詞 模型構建 高中生物 科學史 概念圖

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A

1教材分析與設計思路

《普通高中——生物學課程標準》要求學生在學習本節(jié)課的內容后可以概述DNA分子是由四種脫氧核苷酸構成，通常由兩條堿基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構，堿基的排列順序編碼了遺傳信息?！癉NA分子的結構”是人教版必修2第三章第二節(jié)的內容，主要結合生命科學史呈現(xiàn)DNA雙螺旋結構模型的構建過程，學生自主拼裝DNA雙螺旋模型，通過模型構建發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構的主要特點，其難點在于靈活運用堿基互補配對原則總結堿基內部數(shù)目的規(guī)律。

學生在“分子與細胞”中已經(jīng)知道DNA組成元素以及組成單位，但對其空間結構的認知是片面且模糊的，只關注了結構的整體卻忽略了單一結構之間的聯(lián)系。DNA 分子雙螺旋結構物理模型的構建是從 DNA 的基本結構脫氧核苷酸開始的，由脫氧核苷酸的拼裝到 DNA 單鏈，又由 DNA 單鏈到 DNA 雙鏈，一步一步逐漸使結構完善，在構建的過程中也逐步使學生認識到自己對 DNA 雙螺旋結構認識的錯誤，與頭腦中原有的認知發(fā)生沖突，這樣認知上的碰撞可以幫助學生更深刻的記憶。學生在“遺傳與進化”前幾章的學習中對脫氧核苷酸、基因、染色體、DNA、遺傳因子等一些抽象化的概念往往會混淆，此時需要教師幫助學生理清概念，建立概念之間的聯(lián)系，同時將這些知識內化，由惰性知識轉化為活性知識。為下一節(jié)學習DNA分子的復制打下良好的基礎。

2教學目標

依據(jù)《普通高中——生物學課程標準》并圍繞核心素養(yǎng)的要求制定了如下教學目標：

（1）學生通過教材中資料的分析理解DNA雙螺旋結構模型的構建歷程，就科學家探索基因的本質的過程與方法進行分析和討論、領悟假說—演繹法在科學研究中的應用，體會科學家善于批判質疑、勇于探究的精神。

（2）學生通過分析DNA雙螺旋結構的主要特點，明確DNA分子中脫氧核糖和磷酸交替排列構成了基本骨架，且DNA雙鏈之間的連接遵循堿基互補配對原則，以此進行問題探究，分析DNA雙鏈和單鏈中胸腺數(shù)、嘧啶數(shù)的規(guī)律，通過構建DNA分子模型檢驗猜想正確與否，培養(yǎng)學生樂學善學、勤于反思的學習態(tài)度。

（3）學生在教師的引導下繪制出遺傳因子、基因、染色體、DNA等重要概念的概念圖（如圖1）。

3教學過程

3.1創(chuàng)設情境—分析生命科學史，導入主題

課件展示，分析資料：圖片展示坐落于北京中關村高新科技園區(qū)的DNA雕塑、2003年英國發(fā)行的DNA雙螺旋結構紀念幣、2004年雅典奧運會開幕投射的DNA雙螺旋模型，這都顯示出世界各地的人們對于這一首“生命樂章”的關注，不過其探究的過程并不是一帆風順的，按照時間順序將學生帶回1951年威爾金斯和富蘭克林首先發(fā)現(xiàn)的DNA衍射圖譜，這也正得益于當時X射線技術的發(fā)展，讓學生感悟到生物科學的進步離不開科學技術的發(fā)展，這張衍射圖譜同樣引起了物理學家克里克的關注，他可以幫助沃森理解晶體學的原理，以此推斷DNA分子呈雙螺旋結構。深究其內部機制，4種脫氧核苷酸又是如何連接？其內部有什么奧秘？1952年春天，著名化學家查戈夫提供了重要的信息，DNA分子中嘧啶數(shù)總是等于嘌呤數(shù)，于是沃森和克里克將堿基置于內部，讓A與T配對，G與C配對，磷酸和五碳糖在外部交替排列構成DNA分子的基本骨架，學生據(jù)此明白學科之間的共通性，在學習的過程中應該融會貫通。最后，將DNA雙螺旋模型向向學生展示，辨認雙螺旋方向以及讓學生猜測其各部分組成。

3.2物理模型—理解DNA分子雙螺旋結構的特點

大多數(shù)學生對于DNA雙螺旋結構的理解僅是一個模糊的“面”，教師需要將其內在的“點”指給學生，再讓學生將這些抽象的“點”轉化為立體結構，加深理解。首先教師指出DNA雙螺旋結構特點可以歸為三點：DNA分子呈雙鏈且反向平行；脫氧核糖和堿基交替排列在外側構成基本骨架，堿基排列在內測；堿基通過氫鍵相連，且遵循堿基互補配對原則，A-T、C-G配對，A與T之間由兩個氫鍵連接，C與G之間由三個氫鍵相連?；诮滩牡膬热輰W生可以自主完成DNA模型的拼裝。

首先，教師給學生一些專用拼裝DNA雙螺旋模型的零件，學生自主拼裝模型。為了形成良性的學習環(huán)境，先完成拼裝的同學有小獎品，激發(fā)學生們拼裝模型的興趣，在學生完成拼裝后，選擇幾位學生的DNA雙螺旋模型進行點評、糾錯。學生構建的DNA雙螺旋錯誤主要有以下幾點：

（1）螺旋方向為左手螺旋；

（2）雙鏈兩端一端都是磷酸基團，一端都是五碳糖，沒有體現(xiàn)反向平行；

（3）沒有注意到A-T與C-G之間氫鍵的不同。

教師在分析學生問題的基礎上向學生展示，右手螺旋是指右手大拇指向上，其余四指握拳后環(huán)繞的方向就是DNA的螺旋方向，通過課件給學生展示DNA的平面結構圖，DNA由脫氧核糖核苷酸脫水縮合而成，脫水縮合發(fā)生的部位是一個脫氧核苷酸的磷酸與下一個脫氧核苷酸的3號碳，通常將磷酸基團稱為核苷酸鏈的5‘端，脫氧核糖3號碳所在方向稱為核苷酸鏈的3端，所以核酸是有方向性的分子，DNA的兩條鏈一條方向是5‘→3，另一條是3‘→5，故稱為反向平行。DNA是遺傳物質，其結構的穩(wěn)定有利于在親代與子代間傳遞，堿基之間通過氫鍵相連，氫鍵比較穩(wěn)定，且雙鏈之間只能是嘌呤和嘧啶配對，因為嘌呤是雙環(huán)化合物，所占空間較大，嘧啶是單環(huán)化合物，所占空間較小，正因為如此，嘌呤與嘧啶配對體現(xiàn)互補原則，由于A、G、C、T之間最外層電子數(shù)不同，決定A-T之間通過兩個氫鍵相連，C-G之間通過三個氫鍵相連。對于學生在拼裝過程中出現(xiàn)的問題解釋其原理并更正，讓學生產(chǎn)生思維碰撞，提高學生興趣，學生課堂學習中參與度更高。

學生更正自己的DNA雙螺旋模型后，小組合作探究分析DNA分子結構堿基排列的規(guī)律，得出如下結論：

（1）DNA雙鏈中，A的數(shù)目=T的數(shù)目，C的數(shù)目=G的數(shù)目，A+C/T+G等于1，單鏈中不成立。

（2）DNA雙鏈中，1鏈和2鏈中A+T/C+G的值互為倒數(shù)。

（3）DNA雙鏈中，脫氧核糖：堿基：磷酸基團=1：1：1。

（4）一個DNA雙鏈分子，存在n個堿基對，則堿基排列方式有4n種，其排列順序代表遺傳信息。

學生在構建DNA雙螺旋模型后，每個人的DNA雙螺旋分子堿基序列雖然不同，但是都遵循間堿基互補配對原則，因此在合作探究后不難得出以上結論，學生不再感覺這些規(guī)律晦澀難懂，更有利于以后靈活運用。

3.3畫概念圖—厘清重要概念之間的聯(lián)系

將概念圖放在課堂教學的最后一個環(huán)節(jié)，可以幫助學生整合新舊知識，建構知識網(wǎng)絡，在整體上把知識融會貫通。建構主義學習理論認為，要記住知識并懂得意義，新知識就應當與現(xiàn)有的知識結構整合，長期研究發(fā)現(xiàn)，學習過程中使用概念圖的學生，一段時間以后，對知識的熟練程度遠超過未使用概念圖的學生。畫概念圖的學生解決學習中的問題時方式發(fā)法更靈活，因此在本節(jié)課堂學習最后，教師將容易與DNA混淆的遺傳因子、脫氧核苷酸、基因、染色體等幾個概念畫成完整的概念圖是非常有必要的。

4教學反思

《普通高中生物課程標準 》中對模型建構有如下要求：了解建立模型的科學方法，在此過程中培養(yǎng)學生的建模思維和建模能力。利用好的模型進行教學，提高學生課堂的整體參與度。本節(jié)課將抽象的DNA分子結構具體化，有利于學生理解其內部的規(guī)律，同時將學生經(jīng)?；煜倪z傳學概念繪成概念圖，建立知識之間的聯(lián)系，有助于學生記憶和掌握。

參考文獻

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