陳文君 李文靜

（江門臺(tái)山市第一中學(xué) 廣東江門 529200）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出，教師組織的單元教學(xué)活動(dòng)應(yīng)圍繞大概念展開。為幫助學(xué)生達(dá)成對(duì)概念的理解，可開展制作模型活動(dòng)。學(xué)生通過(guò)建?；顒?dòng)，深入理解知識(shí)形成過(guò)程的核心理念，已成為提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要教學(xué)策略之一。

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”所聚焦的概念是支撐核心概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”的下位概念，是繼DNA 復(fù)制及基因本質(zhì)后，進(jìn)一步闡明基因表達(dá)的過(guò)程，也是學(xué)習(xí)“基因突變及其他變異”的基礎(chǔ)。因轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程涵蓋的名詞、概念眾多，多年教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，教師受限于動(dòng)畫制作水平不高和教學(xué)資金不足以購(gòu)買成品教具等原因，課堂中難以運(yùn)用多種策略幫助學(xué)生突破次位概念“概述DNA 分子上的遺傳信息通過(guò)RNA 指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的理解。現(xiàn)介紹“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”教具的制作與使用，以期為一線教師提供更多種類的課堂組織策略。

1 建模教學(xué)與自制教具

凡是涉及模型構(gòu)建、模型使用、模型評(píng)價(jià)和修正的教學(xué)都稱為建模教學(xué)[1]。趙萍萍等[2]指出：在建模教學(xué)策略實(shí)施之初，教師可采用示范如何建模為主的教學(xué)形式，將建模的主要步驟潛移默化地滲透到教學(xué)中。自制教具演示則是教師示范建模的一種形式。課堂上可借助教具描述難以直接觀測(cè)到的太大或太小的事物或現(xiàn)象，解釋事物發(fā)生的原因和機(jī)理[3]。

2 模型的制作

2.1 模型成品圖（圖1）

圖1 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成模型圖

2.2 各種材料在模型中的作用（表1）

表1 各種材料在模型中的作用

2.3 制備過(guò)程

2.3.1 堿基模型的制作 將5種顏色的EPE環(huán)保爬行墊剪成5 種形狀（其中嘌呤規(guī)格為2 cm×3.5 cm，嘧啶規(guī)格為2 cm×3 cm），表示5種堿基，保證A與T或U能嵌入吻合，C與G能嵌入吻合，并標(biāo)注英文縮寫。

2.3.2 核糖核苷酸與氨基酸模型的制作 將淺褐色的扭扭棒剪成小段，中部固定堿基，兩端做出鉤和環(huán)（圖2），用以模擬一個(gè)個(gè)核糖核苷酸聚合的過(guò)程。

圖2 自制核糖核苷酸

用鐵絲穿過(guò)不同顏色的絨毛球，兩端做出鉤和環(huán)（圖3），用以模擬氨基酸形成肽鏈的過(guò)程。白板的右上角附密碼子表，密碼子旁貼有相應(yīng)顏色的絨毛球，表示對(duì)應(yīng)的氨基酸。

圖3 自制氨基酸

2.3.3 DNA 的制作 2 條深褐色扭扭棒表示DNA的基本骨架，剪切小段同色的扭扭棒固定堿基（圖4）。在個(gè)別堿基的背后貼上磁片，方便在白板上固定。隨著堿基排列順序的變換，可制作出不同種類的DNA，以體現(xiàn)DNA 分子的多樣性。

圖4 DNA片段

2.3.4 tRNA 模型的制作 用2 根扭扭棒做出tRNA 的三葉草形態(tài)，在堿基配對(duì)處用同色扭扭棒固定。在反密碼子處凸出3 根扭扭棒，用以變換tRNA 上的反密碼子（圖5）。

圖5 tRNA

用EPE 環(huán)保墊剪出葫蘆狀的核糖體，并用油性筆標(biāo)注E、P、A位點(diǎn)（圖6）。

圖6 核糖體

在條狀核膜上挖孔并用顏色相近的扭扭棒做出凸起代表蛋白復(fù)合體（圖7）。

圖7 核膜及核孔

2.3.5 展示板的制作 取60 cm×90 cm 的白板2塊，按圖8規(guī)格制作展示板。

圖8 基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過(guò)程演示板

窗簾滑道固定在白板上，并在白板上方固定鐵桿，用鐵絲做出簡(jiǎn)單拉勾并懸掛操縱繩，方便核糖體和tRNA等部件的移動(dòng)。

3 模擬“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的過(guò)程

核心概念能為新知識(shí)的獲取提供組織架構(gòu),并建議將陳述式的核心概念轉(zhuǎn)換成問(wèn)題的形式，這些問(wèn)題的答案直接指向核心概念[4]。這種策略同樣適用于下位概念的構(gòu)建。

因此，為幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識(shí)基因表達(dá)的過(guò)程，現(xiàn)將“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”一課所涉及的次位概念及其對(duì)應(yīng)問(wèn)題一一列出，并整理如表2所示。

表2 “基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的次位概念及對(duì)應(yīng)問(wèn)題

3.1 遺傳信息的轉(zhuǎn)錄 在構(gòu)建轉(zhuǎn)錄模型前，指導(dǎo)學(xué)生思考以下問(wèn)題：模型中如何區(qū)分DNA 和RNA？貯存在DNA 堿基序列中的遺傳信息，如何傳遞到RNA？轉(zhuǎn)錄得到的RNA 的堿基序列與DNA 2 條鏈的堿基序列有哪些異同？

現(xiàn)有模板——DNA 的1 條鏈，工人——RNA聚合酶，原料——4 種核糖核苷酸，教師在講臺(tái)模擬轉(zhuǎn)錄的過(guò)程，具體如下：

1）模擬轉(zhuǎn)錄的過(guò)程。RNA 聚合酶（橢圓蛋糕盒）與DNA 結(jié)合，形成復(fù)合體后，將DNA2條鏈分開，模擬解旋過(guò)程。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，核糖核苷酸與模板鏈上的堿基配對(duì)，并借助核糖核苷酸模型底部的鉤和環(huán)相連，延伸mRNA（圖9）。同時(shí)，演示錯(cuò)誤堿基的碰撞，例如，A 與C，由于堿基間（在形狀上）不能嵌入吻合，所以，錯(cuò)誤核糖核苷酸離開。

圖9 mRNA 延伸示意圖

2）mRNA 的去向及DNA 的變化。完成轉(zhuǎn)錄后的mRNA 經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，DNA 恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)。借助白板上部的鐵桿和細(xì)絲，將合成的mRNA 拉出核孔，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，固定在窗簾滑道上；利用部分堿基背后的磁片，將DNA 恢復(fù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)（圖10）。通過(guò)觀看教師演示模型，學(xué)生從細(xì)胞層面了解到轉(zhuǎn)錄后mRNA 的去向及DNA的變化。

圖10 mRNA離開核孔，DNA恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)

3.2 遺傳信息的翻譯 教材中用較大篇幅闡述遺傳信息的翻譯過(guò)程，其中涉及密碼子、反密碼子等名詞，知識(shí)零散，不利于學(xué)生內(nèi)化生物學(xué)概念。為此，通過(guò)問(wèn)題串，并使用自制教具模擬翻譯的動(dòng)態(tài)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用觀察、思考、歸納等科學(xué)思維，逐步建立翻譯的概念模型。

1）問(wèn)題串引導(dǎo)閱讀，培養(yǎng)閱讀理解能力。組織學(xué)生帶著以下問(wèn)題閱讀教材：游離的氨基酸是如何運(yùn)送到核糖體的？tRNA 的結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？mRNA上的堿基序列如何翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸序列？

2）動(dòng)態(tài)模擬翻譯過(guò)程，發(fā)展模型與建模能力。引導(dǎo)學(xué)生從材料、制作的難易等方面合理選擇tRNA、核糖體等組分的表征方式，并參與翻譯模型的構(gòu)建。

①核糖體與mRNA 結(jié)合（套入窗簾滑道中），并沿mRNA移動(dòng)，讀取起始密碼，翻譯開始。

②攜帶甲硫氨酸的tRNA（反密碼子UAC）通過(guò)與密碼子AUG 互補(bǔ)配對(duì)，進(jìn)入位點(diǎn)1（即位點(diǎn)P）。該過(guò)程幫助學(xué)生理清氨基酸與密碼子、反密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。①、②2 步借助白板上的鐵桿和細(xì)絲操控tRNA進(jìn)入核糖體。

③攜帶丙氨酸的tRNA 以同樣方式進(jìn)入位點(diǎn)2。通過(guò)模型演示，深化學(xué)生對(duì)密碼子與反密碼子配對(duì)的理解。

④甲硫氨酸和丙氨酸的脫水縮合過(guò)程利用固定在絨毛球兩側(cè)的鉤和環(huán)完成。

⑤通過(guò)暗線操縱核糖體移動(dòng)3 個(gè)堿基，讀取下一個(gè)密碼子，繼續(xù)肽鏈的合成。

圖11 翻譯的演示過(guò)程

4 體會(huì)

課后，學(xué)生對(duì)該模型仍然表現(xiàn)出較大的興趣，紛紛上臺(tái)參與演示并相互評(píng)價(jià)。將自制教具引入課堂，不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂活動(dòng)的積極性，還能發(fā)展學(xué)生的模型與建模能力，加深其對(duì)生物學(xué)概念的理解，有助于落實(shí)科學(xué)思維的培養(yǎng)。