談運用計算機技術制作DNA雙螺旋結構模型

沈紅梅

生物教材必修二《遺傳與進化》第四章第二節“DNA分子的結構和復制”中安排了學生實驗——制作DNA雙螺旋結構模型，該實驗目的是通過制作DNA雙螺旋結構模型，加深對DNA分子結構特點的理解和認識。關于實驗所用材料，教材中列舉了一些實物，如：硬塑方框、細鐵絲、塑料片、釘書針等。但筆者結合高二學生所學信息技術，安排了學生用計算機技術制作DNA雙螺旋結構模型，主要是運用Flash軟件來制作。下面具體談一下實驗過程。

1 DNA平面結構模型制作過程

在課前運用Flash4.0軟件工具欄中的工具分別制作成球形磷酸、五邊形脫氧核糖、四種不同顏色形狀的堿基方塊，將它們生成符號，屬性定為圖形，命名為磷酸、脫氧核糖、堿基A、堿基T、堿基C、堿基G，如圖1所示：

然后再調出以上符號，排列形成一條脫氧核苷酸短鏈和DNA分子平面結構片段。同樣將它生成符號，屬性定為圖形，分別命名為短鏈和DNA片段。以上符號的圖形可以作為排列成DNA分子平面結構的材料，由于圖形已經分別生成了符號，可以反復調用。在多媒體教室，教師將提供的原料（以上圖形符號）以Flash文件形式發送到學生主機上。其中符號脫氧核苷酸短鏈和DNA片段，作為教師提供給學生的范例，學生可以多次調用符號庫中的磷酸圖形、脫氧核糖圖形、4種堿基圖形，并利用所學Flash軟件的基本技術將它們分別組裝成不同堿基數目和順序的脫氧核苷酸鏈，最后形成如符號庫中教師所提供的DNA分子平面結構片段。

2 DNA立體結構模型制作過程

DNA立體結構主要是突出DNA分子的雙螺旋結構，即脫氧核糖和磷酸交替構成的兩條鏈形成螺旋結構。同時兩條鏈之間形成堿基互補配對。做成螺旋片段，如圖2所示。

同樣將它生成符號，屬性定為圖形，命名為螺旋片段。接著教師利用生成的螺旋片段符號，為學生提供一個DNA雙螺旋的范例，如圖3所示。

也將圖形生成符號，命名為DNA螺旋片段。學生就可以通過符號庫調用，作為利用螺旋片段符號合成DNA雙螺旋的參考，再利用符號庫中的堿基圖形，將兩條鏈之間的堿基對補充上去，形成完整的DNA雙螺旋結構。然后選擇菜單Control中的TestMove將圖形放大。這樣，學生的實驗操作過程就完成了。

3 學生分析和教師的引導

學生在用計算機做好DNA平面結構和立體結構后，對照圖形，教師有目的地引導學生分析以下幾個問題：

（1） 回憶DNA片面結構和立體結構是如何一步一步做成的。

（2） 相互比較所做成的DNA分子中的堿基數量和順序差別（教師在實驗過程中沒有具體要求），分析：這些差別意味著什么？DNA是如何儲存遺傳信息的？

（3） DNA立體構型是怎樣的？每個脫氧核苷酸之間在什么部位相互連接成長鏈的？

（4） DNA分子兩條鏈的方向是怎樣的？

由于學生制作的DNA圖形直觀、形象，可以隨意移動、組合、放大、修改，再加上計算機的交互性，教師可隨時調用學生所做的范例進行分析，所以學生很容易回答上述問題，從而加深了對DNA分子結構特點的了解。

教師可以進一步提示：作為遺傳物質，應該能夠精確地復制自己，DNA是如何復制自己的？并要求學生課后運用本節課制作成的DNA分子模型進行模擬復制，下節課帶著作品進入課堂。這樣就為下節課“DNA的復制”的學習作了鋪墊。

總的來說，運用計算機技術進行實驗，有利于學生用所學知識來解決問題，發揮了學生的主體性，學生對學習充滿了興趣，使生物學教學與計算機教學很好的結合起來了。