模型建構(gòu)在“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一課中的應(yīng)用

朱艷

摘要通過(guò)模型建構(gòu)，將微觀(guān)、抽象的DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯，用圖形、數(shù)字和教具呈現(xiàn)出來(lái)，便于學(xué)生的理解記憶。

關(guān)鍵詞模型建構(gòu) 轉(zhuǎn)錄 翻譯

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中明確將獲得生物學(xué)模型的基本知識(shí)作為課程目標(biāo)之一，并在內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)或活動(dòng)建議部分做了具體的規(guī)定。模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述。模型作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方法，是科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程中抽象化和具體化的辯證統(tǒng)一。模型建構(gòu)已經(jīng)成為高中生物學(xué)課程內(nèi)容的一個(gè)重要組成部分。高中生物新課程教學(xué)中的模型建構(gòu)活動(dòng)的主要目的是讓學(xué)生通過(guò)嘗試建構(gòu)模型，體驗(yàn)建構(gòu)模型中的思維過(guò)程，領(lǐng)悟模型方法，并獲得或鞏固有關(guān)生物學(xué)概念。

“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”是人教版高中生物《必修2·遺傳與進(jìn)化》第四章“基因的表達(dá)”中第一節(jié)的內(nèi)容，是第四章的基礎(chǔ)和重難點(diǎn)。通過(guò)第二章“基因和染色體的關(guān)系”的學(xué)習(xí)，了解了“基因在哪里”，第三章“基因的本質(zhì)”又知道了“基因是什么”，本章主要學(xué)習(xí)“基因是怎么起作用的”，為第五章“基因突變和其他變異”等內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定了理論基礎(chǔ)。本節(jié)涉及的物質(zhì)種類(lèi)比較多，且內(nèi)容微觀(guān)、抽象復(fù)雜，學(xué)生理解起來(lái)比較困難。單純的填鴨式灌輸和死記硬背無(wú)法滿(mǎn)足新教學(xué)大綱的要求。為了把微觀(guān)、抽象的內(nèi)容，通過(guò)分析、歸納，總結(jié)成比較直觀(guān)的知識(shí)點(diǎn)，筆者就借助模型建構(gòu)進(jìn)行教學(xué)，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

模型建構(gòu)方法有很多，高中生物教學(xué)中常見(jiàn)的有概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型三種。在教學(xué)過(guò)程中，教師需要靈活地運(yùn)用這三種模型，幫助學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容有更深入、全面的理解和認(rèn)識(shí)。

1概念模型

概念模型是指以文字來(lái)抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型，其最主要、最直接的體現(xiàn)形式就是概念圖，可以幫助學(xué)生很好的抓住主干知識(shí)，發(fā)現(xiàn)各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，使知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。

本節(jié)主要內(nèi)容為遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程，分支為DNA和RNA的比較、三種不同類(lèi)型的RNA以及遺傳密碼的概念、種類(lèi)和特點(diǎn)等。以遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯為主線(xiàn)，以其他內(nèi)容為側(cè)枝，經(jīng)過(guò)完善以后可以得到圖1的概念模型。

這個(gè)概念模型清晰地體現(xiàn)了：基因是生命活動(dòng)的控制者，蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者和體現(xiàn)者，基因的核苷酸序列中含有遺傳信息，這些信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯，合成蛋白質(zhì)后才會(huì)發(fā)揮作用。通過(guò)這個(gè)概念模型，學(xué)生們可以清楚地掌握以下內(nèi)容：遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程；RNA的種類(lèi)和作用，進(jìn)而擴(kuò)展到與DNA的區(qū)別等；密碼子的概念、組成，進(jìn)而了解堿基和氨基酸的關(guān)系等。

2物理模型

物理模型是指以實(shí)物或者圖畫(huà)形式直觀(guān)地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象特征的模型，模擬客觀(guān)事物的某些功能和性質(zhì)。

本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)，是遺傳信息的翻譯過(guò)程，教師一般可以通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)來(lái)講解，但是通過(guò)制作物理模型，可以讓學(xué)生通過(guò)親自演練，了解和掌握翻譯的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

筆者根據(jù)教材P66中的“圖4-6”，制作了蛋白質(zhì)合成的模型，如圖2所示。

通過(guò)這個(gè)物理模型，學(xué)生可以直觀(guān)地掌握到以下信息：tRNA的結(jié)構(gòu)，反密碼子、攜帶氨基酸的位置等；密碼子的概念，學(xué)會(huì)通過(guò)密碼子表，查詢(xún)20種氨基酸；mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和核糖體結(jié)合；tRNA攜帶甲硫氨酸進(jìn)入核糖體，以mRNA為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，把氨基酸放入位點(diǎn)1（起始密碼子），另一個(gè)mRNA攜帶谷氨酸放入位點(diǎn)2；甲硫氨酸和谷氨酸脫水縮合形成肽鍵，甲硫氨酸和tRNA分離，轉(zhuǎn)移到第二個(gè)tRNA上；核糖體沿著mRNA移動(dòng)三個(gè)堿基位置，讀取下一個(gè)密碼子，原來(lái)的位點(diǎn)1的tRNA離開(kāi)核糖體，原來(lái)位點(diǎn)2的tRNA變成位點(diǎn)1，新的tRNA攜帶丙氨酸進(jìn)入位點(diǎn)2；如此過(guò)程不斷反復(fù)進(jìn)行，肽鏈不斷延伸，直到mRNA上出現(xiàn)終止密碼子（UAG、UAA、OGA）為止；肽鏈合成后，從mRNA上脫落，再經(jīng)過(guò)縮合，最終形成具有一定氨基酸順序的，有一定功能的蛋白質(zhì)。

通過(guò)這個(gè)方法，可以給出一段mRNA的堿基順序，讓學(xué)生自己動(dòng)手去制作物理模型并演示，以鞏固加深理解，同時(shí)，我們可以由物理模型總結(jié)出概念，再上升為抽象的數(shù)學(xué)模型。

3數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是指來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或者它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，用來(lái)表達(dá)生命活動(dòng)的規(guī)律。數(shù)學(xué)模型可以把復(fù)雜的問(wèn)題直觀(guān)化，建立一個(gè)能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對(duì)象規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系式，在生物學(xué)教學(xué)中，教師可以幫助學(xué)生將生物學(xué)的一些問(wèn)題、現(xiàn)象抽象化、形象化，更直觀(guān)地理解生物學(xué)問(wèn)題。

在本節(jié)課中，學(xué)生學(xué)習(xí)到：DNA和RNA都含有4種堿基，而且也知道：mRNA上3個(gè)相鄰的堿基決定1個(gè)氨基酸，將每3個(gè)堿基稱(chēng)作1個(gè)密碼子，故得出密碼子表上總共有4x4x4=64個(gè)密碼子，決定了20種氨基酸。從結(jié)構(gòu)上得知，DNA是雙鏈，RNA是單鏈，所以可以得出數(shù)學(xué)模型：基因中堿基數(shù)：mRNA中堿基數(shù)：氨基酸數(shù)=6：3：1。

通過(guò)數(shù)學(xué)模型，學(xué)生可以掌握DNA和RNA的區(qū)別，密碼子、氨基酸等相關(guān)的知識(shí)，并有較深的理解。

綜上所述，在本節(jié)課程的教學(xué)過(guò)程中，教師靈活地運(yùn)用各種不同的模型建構(gòu)，使高度抽象的書(shū)本知識(shí)生動(dòng)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生產(chǎn)生多維度的認(rèn)知體驗(yàn)，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加具體，從而能最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，教師也通過(guò)模型的提煉和建構(gòu)，科研和動(dòng)手能力得到了提高，教學(xué)能力得到了發(fā)展。因此，培養(yǎng)模型建構(gòu)能力，在高中生物教育中，是不容忽視的。