基因DNA和染色體空間結構關系演示儀

◎簡介

中學生物課程在講授“遺傳”部分時，基因、DNA和染色體等概念及其空間結構關系的理解，既是重點更是難點。學生們對于這些知識非常感興趣，但缺乏相應直觀形象的教具輔助學習，因此，師生們都深感這些問題抽象費解。為此，我們在研究了有關文獻的基礎上研制了此7件套系列教具，包括教師演示講解用3件（染色體四級結構演示儀、基因DNA染色體一級二級三級空間結構關系演示儀和DNA模型改進演示儀）和學生用可拆裝式教具4件。

此套教具將抽象變形象、微觀變宏觀、平面變立體、費解變易解，不但直觀地詮釋解決了前面提到的一系列重難點焦點問題，滿足了教學急需，填補了教具空白。而且，還有助于提高學生的動手和創新能力。

◎制作思路與說明

Θ染色體四級結構演示儀

因為絲狀、由塑料外皮包裹銅芯構成的塑銅線的結構與絲狀、染色質即染色質絲是由DNA纏繞蛋白質構成、進而構成染色體的結構很相似；而紅色又有助于學生記住“染色”這個詞，所以，染色體四級結構演示儀就用紅色絲狀塑銅線表示由DNA纏繞蛋白質構成的細胞分裂間期的染色質絲。在細胞分裂期，染色質（絲）共進行3次即3級高度左旋縮短變粗就構成四級柱狀染色體。所以，在制作中，演示儀就用紅色絲狀塑銅線進行3次高度左旋縮短變粗而構成級柱狀結構以表示染色質絲構成的染色體四級柱狀結構。細胞分裂前期和中期的染色體四級結構中，實際包含著①已經復制完、②由著絲點連接著的、③兩條、④姐妹染色單體（包括長臂、短臂和著絲點）等要素，所有這些要素染色體四級結構演示儀都可一一表示出。通過它，可清晰地看出：染色質絲是如何纏繞、遵循什么規律，最終構成染色體四級結構的；染色質絲和染色體、染色單體等存在著怎樣的空間結構關系。根據教材圖示，我們將教具中“染色體三級以下結構”進行進一步高倍放大（二級以下放大5百萬倍）。制作完成的成品見圖l。

Θ基因-DNA-染色體一級二級三級空間結構關系演示儀

在此教具中，教材中易產生疑問的諸多概念和結構都要盡可能表示出。

◇我們用電話外線表示DNA雙鏈。因為電話外線是并行的、由雙股細電線組成、絲帶形、有一定硬度易成型，就恰好把DNA并行、雙鏈構成、絲帶形、在染色質絲和染色體中起骨架支撐作用的特點都充分地表示出來了。

◇為了更加凸顯、表明電話外線表示的是DNA雙鏈，我們還在構成電話外線的兩股細電線間加裝了幾對自制的彩色鏈狀配對結構，用以表示DNA雙鏈間的堿基對。

◇基因和DNA的關系以及基因的分類通過可將表示DNA雙鏈的電話外線噴成多種不同的色段反映，多種不同彩色段表示一條DNA上含有許多不同的有效基因，電線本色即黑色段則表示無效基因，在染色體末端是無效基因即黑色段。

◇用白色藥丸殼表示構成染色質（絲）和染色體的組蛋白分子；既方便學生記憶，記住“蛋白”一詞，又便于組裝，還能減輕重量，便于取用。

◇宏觀教具與微觀結構圖嚴格地一一對應，將DNA、堿基對、有效基因、無效基因、八聚體組蛋白分子、核小體及它們如何構成染色絲、染色絲又如何構成染色體和染色單體等空間結構關系都充分表示出，見圖2。

◇無論是染色體一級與二級的直徑之比，還是宏觀與微觀之比都嚴格遵循科學的嚴謹性和教具的示范性原則。

ΘDNA模型改進演示儀

本來，在此套教具中，DNA的結構不是重點表達的內容。但為了解釋說明“基因、DNA和染色體一級二級三級空間結構關系演示儀”中，用“堿基對”代表DNA的原因，防止學生們將DNA與染色體的結構相混淆，我們將“DNA模型改進演示儀”也歸入了此套教具。

Θ用于學生參與動手實踐、可隨時拆裝的4件教具

為了加深對于上述遺傳學理論知識的深刻理解，同時，更是為了與時俱進，體現現代教育理念，使學生適應時代需要，我們還開發了有助于學生參與動手實踐、提高動手能力和創新能力、可隨時拆裝式教具4件，包括染色體一級染色質絲的組裝、染色體二級結構螺線管的組裝、染色體二級和三級筒狀超螺線管組裝和染色體三級和四級即終極螺線管組裝。

◎制作效果和特點

◇獨創性強。通過各種檢索，沒有發現類似作品。

◇糾正彌補了原有DNA模型主要結構脫氧核糖表示上的誤漏與不足。

◇滿足了教學急需，解決了初高中生物有關遺傳的教學中共同的重難點和焦點問題，填補了教具空白。

◇教學效果非常顯著，示范性、實效性強。用宏觀模型打破了平面圖的局限，科學地模擬微觀結構，將微觀變宏觀、抽象變形象、平面變立體、費解變易解，使之直觀、立體、清晰、形象、科學，所示結構一目了然。

◇設計與制作科學、嚴謹、精準、周密。

◇應用廣，與時俱進，教學方式靈活，符合現代教育理念。這套教具初高中甚至大學都能用，不但能用于教師演示、講解，而且還能用于學生動手實踐，從而有利于提高他們的動手能力和創新能力。

該項目獲得第29屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果生物教學類一等獎。

專家評語

該演示儀基于長期困擾中學生物課的問題而提出，選題有實際意義。作品根據分子生物的物質層次和空間結構，使用簡單易得的材料，模擬制作出基因、DNA、染色體等空間結構系列演示教具，創意新穎，設計巧妙。制作中對各種結構特點、參數進行了較為深入的研究，精心選擇的制作材料很好地反映了各結構件的比例關系。該教具既便于教師進行課堂演示，又適合學生合作探究，符合當前生物課改的要求。