如何突破“DNA貯存遺傳信息”的教學重難點

田　廣

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如何突破“DNA貯存遺傳信息”的教學重難點

田廣

(貴州省六盤水市盤縣第一中學， 六盤水553500)

北師大版高中《生物(必修2)》第2章第2節(jié)“DNA貯存遺傳信息”一節(jié)教材中， DNA是主要遺傳物質(zhì)的探索和DNA分子的結(jié)構(gòu)無疑是本節(jié)內(nèi)容的重點和難點，本文圍繞本節(jié)內(nèi)容的重點與難點的突破，提供思考與建議．

一、做好導入，激發(fā)學生的學習興趣

俗話說“興趣是最好的老師”．只有充分調(diào)動學生的學習積極性，激發(fā)學生的學習興趣，才有可能輕松地突破本節(jié)內(nèi)容的重點和難點．

本節(jié)內(nèi)容筆者利用DNA在案件偵破和親子鑒定中的重要作用進行導入，這樣利用社會熱點問題一下就提高了學生的學習熱情，學生對后面的教學過程也更容易關(guān)注．

二、靈活運用多種教學手段，引導學生思考

(一)“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的探索

首先，通過講解格里菲斯和艾弗里的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗得出結(jié)論：DNA是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)不是．其次，提出問題：并不是所有人都信服這一結(jié)果，因為艾弗里的實驗中提取出的DNA，純度最高時也還含有0.02%的蛋白質(zhì)．怎樣才能把蛋白質(zhì)和DNA分開，直接、單獨地去觀察蛋白質(zhì)和DNA的作用呢？為此，筆者做了如下處理．

1.動畫演示，變抽象為直觀

首先，出示T2噬菌體的模式圖：其頭部和尾部的外殼是由蛋白質(zhì)組成的，在它的頭部內(nèi)含有DNA．其次，動畫演示噬菌體侵染大腸桿菌的過程：吸附—注入—合成—組裝—釋放．綜合上述過程，提供了如下資料：噬菌體是由C、H、O、N、P、S等元素組成的，在它的化學組分中，大約60%是蛋白質(zhì)，40%是DNA，硫元素只存在于蛋白質(zhì)中，而99%的磷元素都存在于DNA中．這樣，學生就容易想到用放射性同位素分別標記噬菌體的蛋白質(zhì)和DNA，然后通過檢測子代噬菌體放射性同位素的種類來確定誰是遺傳物質(zhì)的思路．

2.定向質(zhì)疑，引導學生思考探索

綜合上述過程，筆者又提出了如下問題：最好選擇哪些元素分別對蛋白質(zhì)和DNA進行標記呢? 用 C、H、O等元素可行嗎? 經(jīng)分組討論，最后得出一致的結(jié)論：分別用35S和32P標記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和DNA．然后用它們分別去侵染細菌，在子代噬菌體中檢測放射性同位素的種類，進而確定在親子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是蛋白質(zhì)還是DNA．

然后再提出如下問題：怎樣用35S和32P 對噬菌體進行標記呢? 學生最容易想到：分別用含有35S 和32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)噬菌體．這時進行適時點撥：T2噬菌體是DNA病毒，作為病毒，噬菌體專營寄生生活，只有在宿主細胞內(nèi)才能繁殖后代．這時，學生會意識到在培養(yǎng)基上培養(yǎng)噬菌體是不能成功的．因此應(yīng)先分別用含35S 和32P的培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌；再分別用上述細菌培養(yǎng)噬菌體，從而制備出含有35S的蛋白質(zhì)和含有32P的DNA的噬菌體；然后分別用含有35S和32P的噬菌體去感染未被標記的細菌；最后根據(jù)檢測放射性同位素在子代噬菌體的存在以確定蛋白質(zhì)和DNA誰是遺傳物質(zhì)．

當學生基本清楚了用放射性同位素標記噬菌體的過程以后，再提出另一個問題：怎樣檢測放射性同位素．

3. 閱讀教材，指導學生歸納總結(jié)

引導學生結(jié)合教材中 T2噬菌體侵染細菌的實驗進行思考分析、討論交流．最后得出結(jié)論：用被35S和32P標記的噬菌體分別感染未被標記的細菌，經(jīng)過短時間的保溫，用攪拌器攪拌，使在細菌外的噬菌體與細菌分開，經(jīng)離心后檢測上清液和沉淀物中的放射性物質(zhì)．結(jié)果， 用35S標記的一組，主要在上清液中檢測到了放射性，而用32P標記的一組，主要在沉淀物中檢測到了放射性，而且細菌裂解后，在釋放出來的大量噬菌體中，可以檢測到被32P標記的 DNA， 卻檢測不到被35S標記的蛋白質(zhì)．因此，親代與子代之間具有連續(xù)性的物質(zhì)是 DNA，而不是蛋白質(zhì)．也就是說，子代噬菌體的各種性狀，是通過親代的DNA遺傳給后代的，因此， DNA才是真正的遺傳物質(zhì)．

4. 反饋練習，加深學生的理解與記憶

當學生對實驗過程清晰之后，為了加強學生對相關(guān)知識的理解和運用，筆者設(shè)計了如下試題對學生進行訓練．

噬菌體侵染細菌的實驗過程，證明了噬菌體前后代性狀的遺傳是靠DNA來完成的，根據(jù)實驗內(nèi)容回答以下問題：

(1)怎樣才能使噬菌體的 DNA被標記上32P ?

(2)32P標記的噬菌體侵染細菌，在理論上， 上清液中不含放射性，沉淀物中具有很高的放射性 ，但實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)之間有較大的差異，試分析其原因：

① 在實驗中，從噬菌體和細菌混合培養(yǎng)到用離心機分離這段時間過長，會使上清液的放射性含量增加，其原因是．

② 在實驗中，如果有一部分噬菌體沒有侵染到細菌細胞內(nèi)，其結(jié)果又會怎么樣?試述其理由．

根據(jù)學生回答所暴露出來的問題，進行適當?shù)姆治鲋v解，從而加深學生的理解和記憶．

(二)“DNA分子的結(jié)構(gòu)”

首先，通過講解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的科學發(fā)展史，讓學生明白科學理論發(fā)展的艱苦性和復雜性．其次，提出問題：DNA分子的結(jié)構(gòu)是怎樣的，有什么特點？如何制作DNA分子規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型？為此，筆者做了如下處理．

1. 倡導探究，加強指導

提前一個星期安排學生利用課余時間分組制作好DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，在學生對雙螺旋結(jié)構(gòu)知識已有初步的感性認識后，進一步把抽象的知識具體化，并對學生已形成的知識“查錯補缺”．

第一步：在課堂上展示學生成果，讓學生互相評價．

第二步：復習提問化學結(jié)構(gòu)的基本知識：元素組成→基本單位→脫氧核苷酸鏈．

第三步：結(jié)合模型和課件講授DNA規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識、堿基互補配對原則等．最后歸納出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)具有“雙鏈交叉、反向平行、互補配對”等特點，方便學生記憶．

在這部分內(nèi)容中，要不斷的結(jié)合學生自制的模型，給予表揚或糾正，既可鞏固知識，又能進一步加強師生互動，加深學生印象．

最后總結(jié)：一種雙螺旋結(jié)構(gòu)、兩條脫氧核苷酸單鏈、三種物質(zhì)、四種基本單位、五種化學元素的數(shù)字排列順序，便于學生的理解和記憶．

2.掌握結(jié)構(gòu)、合理呈現(xiàn)、創(chuàng)新遷移

(1)在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，用動畫演示DNA中堿基互補配對的情況，方便學生理解為什么在DNA中A只能與T配對，C只能與G配對，從而為下面的相對穩(wěn)定性埋下伏筆．

(2)根據(jù)DNA雙鏈中堿基之間的關(guān)系，總結(jié)相關(guān)的公式或結(jié)論，如：

①在雙鏈中A=T，C=G；由①引伸出A+G=T+C，即嘌呤數(shù)=嘧啶數(shù)．再引伸出(A+G)/(T+C)=1，從而得出在所有雙鏈DNA中，它們的比值都是相等的，即(A+G)/(T+C)在雙鏈中的比值是定值．

②生物種類不同，(A+T)/(G+C)比值不同．

在學生掌握了以上的基本知識以后，緊接著用相關(guān)試題進行訓練，從而加深學生對堿基互補配對原則的理解和運用．

①已知一個含150個磷酸的雙鏈DNA分子中有腺嘌呤25個，請問此DNA分子中胞嘧啶有個．

②某DNA分子一個單鏈上(A+G)/(T+C)=0.5，則該DNA的另一條單鏈上同樣的堿基比是．

③由某生物組織中提取的DNA成分中，鳥嘌呤和胞嘧啶之和占全部堿基含量的46%，已知其中的一條鏈的堿基中28%是腺嘌呤，22%是胞嘧啶，求：與已知鏈相對應(yīng)的鏈中腺嘌呤占該鏈全部堿基的百分比為．

3.嘗試體驗、反饋評價

在前面知識的基礎(chǔ)上，讓學生分組交流，總結(jié)出DNA分子的特性，然后再設(shè)疑引導，這樣，一切就水到渠成了，最后再加以點撥．

(1)穩(wěn)定性：從兩個角度看它的相對穩(wěn)定性：①DNA都是由磷酸連接著脫氧核糖；②遵循堿基的互補配對原則．

(2)多樣性：動畫演示，讓學生總結(jié)出DNA分子的多樣性由DNA上的堿基對的排列順序及DNA本身的空間結(jié)構(gòu)所決定,緊接著出示相關(guān)的試題進行練習．這樣，有助于學生對遺傳信息多樣性的理解．

(3)特異性：對所有的DNA分子來說表現(xiàn)為多樣性，但對每一種DNA分子來說，有其特定的脫氧核苷酸排列順序，從而顯示出單個DNA的特異性．

三、做好知識小結(jié)，加深學生的理解和記憶

通過回顧相關(guān)知識要點，引導學生思考總結(jié)，以概念圖的形式做好與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的知識要點小結(jié)，不但加深了學生的理解和記憶，而且有利于學生今后對相關(guān)知識要點的復習．

通過這樣的教學過程，突出了重點，突破了難點，不僅使學生準確掌握了知識，同時將所學的知識鞏固并消化，還能在綜合運用過程中構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，真正做到學有所得，學以致用．

(責任編輯：李珺)