基于模型建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)

林程琳

摘 要：本教學(xué)設(shè)計(jì)以問題串貫為引，結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)為導(dǎo)，學(xué)生在探索科學(xué)史中，完成了DNA分子結(jié)構(gòu)模型的制作，掌握了DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：“DNA分子的結(jié)構(gòu)”；問題探究；模型構(gòu)建

一、教材分析

“DNA分子的結(jié)構(gòu)”是高中生物必修2《遺傳和進(jìn)化》中第三章第二節(jié)的內(nèi)容。在成功探索出“DNA是主要遺傳物質(zhì)”的基礎(chǔ)上，本節(jié)進(jìn)一步闡述DNA作為遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，為后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。由于DNA結(jié)構(gòu)是微觀的，比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來會(huì)感到難以理解。若能通過多媒體課件的展示、科學(xué)史的重現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建，則可以較好地突破“DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)”這一重難點(diǎn)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

二、課例展示

教具準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室采購的DNA三維立體模型。

課前準(zhǔn)備：以四人小組為單位分發(fā)2個(gè)訂書機(jī)和多個(gè)不同類型的脫氧核糖核苷酸模型。

1.課題導(dǎo)入

科學(xué)家在通過實(shí)驗(yàn)證明了DNA是生物體的主要遺傳物質(zhì)之后，又迫切得想知道DNA是如何儲(chǔ)存遺傳信息的？想要回答以上問題必須了解DNA的結(jié)構(gòu)。教師展示中關(guān)村的DNA雙螺旋建筑，說明DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu)這一重大發(fā)現(xiàn)離不來科學(xué)家克里克和沃森的貢獻(xiàn)。今天讓我們一起來重溫他們的研究過程，構(gòu)建DNA模型并探究DNA分子的結(jié)構(gòu)。

【設(shè)計(jì)意圖】利用結(jié)構(gòu)決定功能這一科學(xué)思想以及直觀的圖片展示，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新課的學(xué)習(xí)。

2.DNA分子模型構(gòu)建

模型構(gòu)建1：脫氧核糖核苷酸

教師通過多媒體向?qū)W生展示【資料1】：20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA分子的單位是_____，且每個(gè)脫氧核苷酸是由_____、_____、_____構(gòu)成的。

模型建構(gòu)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(zhǎng)鏈構(gòu)成的。

提出問題：一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸要連接成長(zhǎng)鏈，怎么連呢？學(xué)生代表回答脫水縮合，教師點(diǎn)評(píng)，學(xué)生動(dòng)手操作利用訂書機(jī)將一個(gè)個(gè)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(píng)價(jià)，課件展示正確的連接方法。

模型建構(gòu)3：DNA平面結(jié)構(gòu)

教師展示【資料3】：沃森和克里克根據(jù)當(dāng)時(shí)掌握的資料，推算出DNA呈螺旋結(jié)構(gòu)，最初嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型，最后確定DNA結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。

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?zhǔn)请S隨便便結(jié)合在一起嗎？有沒有什么規(guī)律和要求呢？堿基排列在內(nèi)側(cè)還是外側(cè)呢？（教師邊實(shí)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(xué)生通過直觀的觀察進(jìn)行思考）

教師展示【資料4】：在最初建構(gòu)模型中，堿基置于螺旋的外部。在威爾金斯為首的一批科學(xué)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(gòu)建了一個(gè)將磷酸—核糖骨架安排在螺旋外部，堿基安排在螺旋內(nèi)部的雙鏈螺旋。

提出問題：DNA分子雙鏈結(jié)構(gòu)中堿基排列在內(nèi)側(cè)還是外側(cè)？（內(nèi)側(cè)）；利用多媒體展示雙鏈堿基的多種配對(duì)方式，繼續(xù)提問：堿基之間又是如何配對(duì)的呢？是相同類型堿基進(jìn)行配對(duì)呢？還是不同類型堿基進(jìn)行配對(duì)？

教師展示【資料5】：沃森和克里克最初構(gòu)建的模型，連接雙鏈結(jié)構(gòu)的堿基之間是以相同堿基進(jìn)行配對(duì)的，即A與A、T與T配對(duì)（教師PPT展示這種配對(duì)方式下的DNA平面模型）。但是，有化學(xué)家指出這種配對(duì)方式違反了化學(xué)規(guī)律。

教師展示【資料6】：1952年，沃森和克里克從奧地利生物化學(xué)家查哥夫那里得到了一個(gè)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(xué)事實(shí)？學(xué)生對(duì)資料5和資料6進(jìn)行整合、分析，成功得獲得了這一科學(xué)信息：腺嘌呤與胸腺嘧啶配對(duì)，鳥嘌呤與胞嘧啶配對(duì)。

結(jié)合教材P49圖3-11DNA分子的結(jié)構(gòu)模式圖進(jìn)行DNA平面結(jié)構(gòu)的建構(gòu)（在學(xué)生建構(gòu)過程中，教師注意捕捉細(xì)節(jié)，對(duì)一些生成性的問題進(jìn)行及時(shí)處理和糾正），交流、分享和評(píng)價(jià)小組間的成果，最后教師點(diǎn)評(píng)，給予肯定和鼓勵(lì)，讓學(xué)生體會(huì)獲得成功的喜悅，激發(fā)學(xué)生自主探究的主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心。

模型建構(gòu)4：DNA立體結(jié)構(gòu)

（過渡）模型構(gòu)建的正確與否關(guān)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(xù)發(fā)問：科學(xué)家從圖譜中推算出DNA應(yīng)呈螺旋結(jié)構(gòu)，應(yīng)如何體現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)呢？（教師指導(dǎo)學(xué)生在制作好的DNA雙鏈平面模型基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)即可完成DNA立體結(jié)構(gòu)的建構(gòu)）

教師通過展示、對(duì)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(fā)現(xiàn)兩者完全符合，驗(yàn)證了模型構(gòu)建的科學(xué)性。

組織學(xué)生對(duì)制作的模型進(jìn)行小組內(nèi)自評(píng)、組間他評(píng)后，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生觀察不同組DNA模型的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，為DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性的展開做好鋪墊。

【設(shè)計(jì)意圖】立足科學(xué)史，學(xué)生在構(gòu)建模型的過程中，分享互動(dòng)的樂趣，培養(yǎng)合作精神，深刻體會(huì)DNA兩條鏈的排列方式，堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，突破空間想象障礙，了解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容。

3.DNA結(jié)構(gòu)模型分析

通過DNA立體結(jié)構(gòu)模型的直觀呈現(xiàn)，借助于問題串：①DNA分子中，外側(cè)由什么連接而成？?jī)?nèi)側(cè)是什么？②條鏈之間堿基的連接有什么規(guī)律？③構(gòu)成DNA的兩條鏈有怎樣的關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生思考并總結(jié)DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性。（學(xué)生邊總結(jié)，教師邊板書）

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①DNA分子是有兩條鏈組成，盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)；②脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基對(duì)排列在內(nèi)側(cè)；③堿基通過氫鍵連接成堿基對(duì)，并遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。結(jié)構(gòu)特性：穩(wěn)定性、多樣性、專一性

【設(shè)計(jì)意圖】以構(gòu)建好的DNA模型為依托，在關(guān)鍵詞的引導(dǎo)下，學(xué)生自主分析模型、主動(dòng)探究，自主歸納出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)以及特性，達(dá)成本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。

4.小結(jié)提升

利用“元素”“基本單位”“平面結(jié)構(gòu)”“立體結(jié)構(gòu)”等關(guān)鍵詞進(jìn)行概念圖構(gòu)建，進(jìn)行點(diǎn)睛之筆。

三、教學(xué)反思

首先，學(xué)生在科學(xué)史的探討，模型的合作探究，結(jié)果的展示等過程中，掌握了DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鍛煉了動(dòng)手操作技能，培養(yǎng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，領(lǐng)悟了科學(xué)就是在曲折中不斷修正完善的一個(gè)過程。其次，采用問題教學(xué)法，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)理性思維能力。endprint