基于模型建構的教學設計

林程琳

摘 要：本教學設計以問題串貫為引，結構模型建構為導，學生在探索科學史中，完成了DNA分子結構模型的制作，掌握了DNA分子結構的主要特點。

關鍵詞：“DNA分子的結構”；問題探究；模型構建

一、教材分析

“DNA分子的結構”是高中生物必修2《遺傳和進化》中第三章第二節的內容。在成功探索出“DNA是主要遺傳物質”的基礎上，本節進一步闡述DNA作為遺傳物質的結構基礎，為后面內容的學習奠定了基礎。由于DNA結構是微觀的，比較抽象，學生學習起來會感到難以理解。若能通過多媒體課件的展示、科學史的重現來實現模型的構建，則可以較好地突破“DNA分子結構的主要特點”這一重難點，達到良好的教學效果。

二、課例展示

教具準備：用四種顏色的卡紙剪裁成的脫氧核糖核苷酸模型（不同顏色模型的堿基形狀不同，以便代表四種脫氧核糖核苷酸），訂書釘（代表氫鍵和磷酸二酯鍵）、實驗室采購的DNA三維立體模型。

課前準備：以四人小組為單位分發2個訂書機和多個不同類型的脫氧核糖核苷酸模型。

1.課題導入

科學家在通過實驗證明了DNA是生物體的主要遺傳物質之后，又迫切得想知道DNA是如何儲存遺傳信息的？想要回答以上問題必須了解DNA的結構。教師展示中關村的DNA雙螺旋建筑，說明DNA具有雙螺旋結構這一重大發現離不來科學家克里克和沃森的貢獻。今天讓我們一起來重溫他們的研究過程，構建DNA模型并探究DNA分子的結構。

【設計意圖】利用結構決定功能這一科學思想以及直觀的圖片展示，激發學生學習興趣，引導學生進入新課的學習。

2.DNA分子模型構建

模型構建1：脫氧核糖核苷酸

教師通過多媒體向學生展示【資料1】：20世紀30年代，科學家認識到：組成DNA分子的單位是_____，且每個脫氧核苷酸是由_____、_____、_____構成的。

模型建構2：脫氧核苷酸鏈

教師展示【資料2】：DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長鏈構成的。

提出問題：一個個脫氧核苷酸要連接成長鏈，怎么連呢？學生代表回答脫水縮合，教師點評，學生動手操作利用訂書機將一個個脫氧核糖核酸模型連接起來，制作成脫氧核苷酸鏈，展示模型，教師評價，課件展示正確的連接方法。

模型建構3：DNA平面結構

教師展示【資料3】：沃森和克里克根據當時掌握的資料，推算出DNA呈螺旋結構，最初嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結構模型，最后確定DNA結構為雙螺旋結構。

提出問題：DNA分子由幾條脫氧核糖核苷酸鏈？（兩條）；這兩條脫氧核糖核苷酸鏈是隨隨便便結合在一起嗎？有沒有什么規律和要求呢？堿基排列在內側還是外側呢？（教師邊實物展示兩條脫氧核苷酸鏈模型的多種排列方式邊提出上述問題，讓學生通過直觀的觀察進行思考）

教師展示【資料4】：在最初建構模型中，堿基置于螺旋的外部。在威爾金斯為首的一批科學家的幫助下，他們否定了最初建立的模型。在失敗面前，沃森和克里克沒有氣餒，他們又重新構建了一個將磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內部的雙鏈螺旋。

提出問題：DNA分子雙鏈結構中堿基排列在內側還是外側？（內側）；利用多媒體展示雙鏈堿基的多種配對方式，繼續提問：堿基之間又是如何配對的呢？是相同類型堿基進行配對呢？還是不同類型堿基進行配對？

教師展示【資料5】：沃森和克里克最初構建的模型，連接雙鏈結構的堿基之間是以相同堿基進行配對的，即A與A、T與T配對（教師PPT展示這種配對方式下的DNA平面模型）。但是，有化學家指出這種配對方式違反了化學規律。

教師展示【資料6】：1952年，沃森和克里克從奧地利生物化學家查哥夫那里得到了一個重要的信息：腺嘌呤（A）的量總是等于胸腺嘧啶（T）的量，鳥嘌呤（G）的量總是等于胞嘧啶（C）的量。

提出問題：怎樣的模型才能在任何情況下都符合這樣的科學事實？學生對資料5和資料6進行整合、分析，成功得獲得了這一科學信息：腺嘌呤與胸腺嘧啶配對，鳥嘌呤與胞嘧啶配對。

結合教材P49圖3-11DNA分子的結構模式圖進行DNA平面結構的建構（在學生建構過程中，教師注意捕捉細節，對一些生成性的問題進行及時處理和糾正），交流、分享和評價小組間的成果，最后教師點評，給予肯定和鼓勵，讓學生體會獲得成功的喜悅，激發學生自主探究的主動性，增強學習信心。

模型建構4：DNA立體結構

（過渡）模型構建的正確與否關鍵要看是否與DNA原型一致。DNA原型是怎樣的呢？教師通過展示DNA的X射線衍射圖譜來揭開DNA神秘面紗。繼續發問：科學家從圖譜中推算出DNA應呈螺旋結構，應如何體現DNA的雙螺旋結構呢？（教師指導學生在制作好的DNA雙鏈平面模型基礎上進行旋轉即可完成DNA立體結構的建構）

教師通過展示、對比克里克和沃森將利用金屬材料制作的模型與拍攝到的X射線衍射照片，發現兩者完全符合，驗證了模型構建的科學性。

組織學生對制作的模型進行小組內自評、組間他評后，繼續引導學生觀察不同組DNA模型的相同點和不同點，為DNA分子結構特點和特性的展開做好鋪墊。

【設計意圖】立足科學史，學生在構建模型的過程中，分享互動的樂趣，培養合作精神，深刻體會DNA兩條鏈的排列方式，堿基互補配對原則，突破空間想象障礙，了解DNA雙螺旋結構的基本內容。

3.DNA結構模型分析

通過DNA立體結構模型的直觀呈現，借助于問題串：①DNA分子中，外側由什么連接而成？內側是什么？②條鏈之間堿基的連接有什么規律？③構成DNA的兩條鏈有怎樣的關系？引導學生思考并總結DNA分子的結構特點和特性。（學生邊總結，教師邊板書）

結構特點：①DNA分子是有兩條鏈組成，盤旋成雙螺旋結構；②脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側，構成基本骨架；堿基對排列在內側；③堿基通過氫鍵連接成堿基對，并遵循堿基互補配對原則。結構特性：穩定性、多樣性、專一性

【設計意圖】以構建好的DNA模型為依托，在關鍵詞的引導下，學生自主分析模型、主動探究，自主歸納出DNA雙螺旋結構的主要特點以及特性，達成本節的教學目標。

4.小結提升

利用“元素”“基本單位”“平面結構”“立體結構”等關鍵詞進行概念圖構建，進行點睛之筆。

三、教學反思

首先，學生在科學史的探討，模型的合作探究，結果的展示等過程中，掌握了DNA分子的結構特點，鍛煉了動手操作技能，培養了團結協作精神，領悟了科學就是在曲折中不斷修正完善的一個過程。其次，采用問題教學法，激發學習興趣，培養理性思維能力。endprint