基于PCK的實踐
——自制教具模擬DNA復制

王海濱 （廣東省揭陽市華僑高級中學 廣東揭陽 522000）

一直以來，人們總是認為只要具備了充足的知識體系，便能教好書。但是高中生物教學卻是例外，特別是必修2模塊中的遺傳學知識是非常抽象的，由于受到各種因素限制，往往不能進行實驗，只能單純靠教師課堂講解，學生也只有通過空間思維來理解。這樣會導致學生對知識掌握不牢，課堂效率低下。如何高質量高效率完成教學工作？自制教具有強大的生命力，尤其教師利用PCK的理念自制教具，更能在其基礎上進一步顯示出教學優勢。

PCK是由美國學者舒爾曼首創的概念，是指教師個人獨一無二的教學經驗、教師獨特學科內容領域和教育學的特殊整合，是教師對自己專業理解的特定形式。PCK既綜合了學科知識，也結合了學生背景，是教師將學科內容轉化和表征為個人教學方式的形式，是教師特有的知識。它適合不同能力和背景的學生。具有PCK理念的教師在選擇適合主題的教學方法時，往往更加靈活，能夠把復雜知識轉變成熟悉的、易理解的知識。結合PCK理念，筆者在教學中發現利用塑料拉鏈這一日常材料來動態模擬DNA復制是很好的方法，因此在教學中設計并制作了這一替代模型。該模型不但彌補了常規教學教具復雜化、難以制作和控制的缺點，而且可以反復利用，動態模擬DNA復制，另外，也可以在其基礎上進行改裝作為其他內容的教學用具。使用該模型教學取得良好的教學效果，現拋磚引玉。

1 學具制作過程

1.1 制作材料

2根不同顏色長度約為30 cm的塑料拉鏈（布料拉鏈也可以），紅色和白色2種不同顏色的A4紙，訂書機，磁鐵，剪刀。

1.2 制作方法

1.2.1 脫氧核苷酸鏈制作

20世紀50年代沃森和克里克構建了DNA雙螺旋的結構。據此，塑料拉鏈結構只要稍加處理，就可以進行使用。塑料拉鏈主要由組合凹槽、拉頭、膠片等組成。凹槽的組合與分離可以代表氫鍵的恢復與破壞。當拉頭分離拉鏈時，可用來代表解旋酶解旋；當拉頭組合凹槽時，又可以代表DNA聚合酶恢復氫鍵。塑料拉鏈兩邊有兩片透明膠片，先用剪刀把打印在白色紙張中的4種不同的堿基（A、T、C、G）剪下來，用訂書機把堿基訂在膠片的兩側，作為親代DNA分子（圖1）。再準備另一條長度一樣的塑料拉鏈，并用剪刀把打印在紅色紙張中的4種不同堿基剪下來備用。

圖1 模擬親代DNA分子

1.2.2 酶的制作

用白色的紙張制作2個U形字樣的圖形代表DNA聚合酶，用紅色的紙張制作類似梅花樣的圖形代表蛋白六聚體的DNA解旋酶。

2 DNA復制的模擬原則

DNA復制為半保留復制。先把其中一條藍色的塑料拉鏈用磁鐵固定在黑板上，把紅色紙片制作的DNA解旋酶放在拉鏈拉頭處以模擬DNA解旋酶和DNA結合，不斷移動拉鏈的拉頭，同時移動DNA解旋酶，模擬DNA的解旋，得到分開的兩片拉鏈，作為親代的DNA分子，用磁鐵將其固定在磁性黑板上（圖2A）。把另一條黃色備用的塑料拉鏈的拉頭完全拉開作為兩條子鏈，并分別用兩個拉頭與兩條已經解旋的藍色母鏈組合，把白色紙張制作的DNA聚合酶連在拉頭的凹槽結合處，移動拉頭時也不斷移動DNA聚合酶，表示DNA聚合酶恢復氫鍵，凹槽的結合部位同時用訂書機把備用的紅色堿基紙片按照堿基互對配對原則將其訂在配對的黃色子鏈的區域。由于DNA復制是按照5′到3′方向合成，因此，兩邊拉頭連接凹槽的方向也必須是按相反的方向進行（圖2B）。按照這種原則不斷延伸，到最后把原來組合母鏈的拉頭去掉，并移開DNA解旋酶，表示解旋結束。另一側則不斷移動拉頭把子鏈與母鏈的凹槽組合，同時將配對的紅色堿基紙片用訂書機訂在子鏈區域，當兩條子鏈分別完全與兩條母鏈的凹槽互鎖后，移開DNA聚合酶，最終得到兩個完全相同的子代DNA分子，每一個子代DNA分子包含一條母鏈和一條新合成的子鏈，用磁鐵將它們固定在磁性黑板上（圖2C）。這樣就完成了DNA的復制過程。

圖2 模擬DNA的復制

3 教學反思

模型和建模研究目前已成為國際科學教育的重要研究議題之一，越來越多國家的科學教育標準都強調模型和建模的作用，并將其納入到教學內容中，而利用PCK理念自制的新型教具模型又進一步提升了教師課堂教學的針對性、趣味性、可行性。在國內中學生物教學中，很多實際的觀察、實驗、探究等活動，正不斷被電子圖片等方式取代。筆者用塑料拉鏈結構設計制作的DNA結構相對穩定，不但教師可以重復演示，學生也可以演示，以鍛煉他們的思維和表達能力，親歷探究的過程，便于掌握知識、方法和技能，體現了科學精神和科學本質，這是任何多媒體技術替代不了的。此實踐也更體現了PCK的核心內涵：“立足于學生立場，實現知識轉化”。