角色扮演

陳紹勇

摘 要：通過角色扮演，變微觀抽象為宏觀具體，突破 DNA分子重組的教學重點、難點，有利于培養學生的動手操作能力、自主探究精神、合作探究意識、交流表達能力和邏輯思維素養等，激發學生學習興趣，使學生深切感受到在角色扮演中學習的快樂。

關鍵詞：角色；目的基因；運載體；重組

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）06B-0085-02

一、教學內容分析

“重組DNA分子的模擬操作”是人教版高中生物《現代生物科技專題》中專題1第一節《DNA重組技術的基本工具》中的一個模擬實驗。DNA分子重組的基本原理是本專題學習的核心內容，是構建基因表達載體的關鍵步驟。首先，由于DNA分子重組是分子水平的操作，對學生而言較為抽象，不易理解；其次，在教材的模擬操作實驗中學生容易誤解限制性核酸內切酶（restriction endonucleases）和DNA連接酶（DNA ligase）的作用位置，且不利于學生對實驗結果的分析。因此，學生通過模擬實驗不僅能深刻理解限制性核酸內切酶、DNA連接酶及運載體（vector）的功能特點，而且有助于學生形象生動地理解目的基因與載體的重組過程，還有利于培養學生的合作探究意識、邏輯思維素養等。

二、學情分析

通過對必修2第六章第二節《基因工程》的學習，學生對基因工程的概念及過程都有了初步了解，為本實驗的學習奠定基礎；但學生對基因工程的核心——基因表達載體的構建過程并不清晰，本實驗的目的就在于幫助學生更好地理解DNA重組過程。

三、課前準備

便利貼（10cm×10cm）120張，對于其中60張分別用4種顏色記號筆寫上A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）各自數量15；剩余60張用黑色記號筆寫上代表磷酸基團；A4紙2張，分別用黑、紅色記號筆寫上EcoR1限制酶、Ecoli DNA連接酶；透明膠帶一卷。

四、教學過程

（一） 創設情景，激發學生的體驗欲望

引導學生回顧“DNA重組技術的基本工具”的原理，并觀察教材中的插圖，讓學生思考以下問題：假如你是轉基因抗蟲棉的科學家，你將怎樣把抗蟲基因拼接到運輸工具——載體上？閱讀教材第6頁的“重組DNA分子的模擬制作”，思考該模擬制作中有什么不足之處？思考如何模擬目的基因與載體的結構以及二者的重組的過程？在這個過程中限制酶、DNA連接酶、運載體的主要功能及作用原理是什么？通過一系列問題讓學生在頭腦中對模擬實驗進行初步構建，激發學生體驗的欲望。

（二）體驗樂趣——模擬構建脫氧核苷酸模型

對于問題“一分子脫氧核糖核苷酸包括哪幾個部分？脫氧核苷酸有幾種？”在學生回答后，老師總結：1分子堿基+1分子脫氧核糖+1分子磷酸構成1分子脫氧核苷酸；堿基有四種，因此，相應的脫氧核苷酸有四種。接著老師選一名學生到講臺上，讓其保持右手側平舉，左手彎曲握拳的姿勢，然后引導學生思考：該同學可以表示一個脫氧核苷酸嗎？學生思考回答后，老師總結并提示該同學右手側平舉代表含N堿基，左手彎曲握拳代表磷酸，頭和身體代表脫氧核糖。然后，老師把準備好的便利貼隨機發給60位學生，引導學生把寫有的貼在自己的左手背上，寫有A、G、T、C貼在右手背上，這樣脫氧核苷酸就構建完畢，既簡單又直觀。

（三）體驗探究——模擬目的基因與運載體重組

用PPT展示DNA的平面結構，引導學生分析脫氧核苷酸是如何連接形成雙鏈的DNA分子的？再展示教材中的插圖，引導學生再一次認識EcoRI限制酶的識別序列、切割位點和形成的末端類型，為準確快速模擬目的基因與運載體重組作鋪墊。

體驗1：工具酶的構建。

選2名男生，把寫有EcoRI限制酶、Ecoli DNA連接酶的A4紙分別用透明膠帶固定在2名男生胸前，并要求2名學生說出“自己”的化學本質、功能特點。

體驗2：DNA分子片段構建。

老師提問：為確保EcoRⅠ限制酶有識別序列和切割位點，在構建DNA片段時，同學們應注意什么問題？要把目的基因從DNA片段中切下，在DNA片段上至少要有幾個切割位點？學生通過思考，認識到在構建DNA片段時應確保有EcoRⅠ限制酶的識別序列，從而使教師能夠很容易地引導學生構建提取目的基因的DNA片段。根據堿基互補配對原則及限制酶識別序列的要求選擇30名學生靠教室左側站成兩列，一列面向講臺，另一列與之相反。此時，學生根據已有的知識就能進行DNA片段的構建，每列中后一位學生的左手搭在前一位學生的肩上代表磷酸二酯鍵，這樣就形成兩條DNA片段的單鏈；然后，同排學生右手相拉代表堿基之間的氫鍵，此時提示學生看彼此手背上所貼的堿基，避免堿基互補配對錯誤，如果彼此是A、T，可以兩個手指相拉，如果是C、G，彼此三個手指相拉，形象直觀地展現出堿基間氫鍵的數量關系。提示學生觀察每列中哪幾位學生的左手（代表游離的磷酸基團）是“閑著”的，再思考這是3端還是5端？這樣學生就能深刻的認識到DNA分子兩條鏈反向平行的原理。

體驗3：運載體構建。

對于問題：在基因工程中通常用什么作運載體，它的化學本質及結構是什么？構建的運載體有游離的磷酸基團嗎？構建運載體與DNA片段有什么相同點？學生通過討論，很容易就能解答上述問題。組織剩余的30名學生根據堿基互補配對原則及限制酶識別序列的要求以15人為一圈靠教室右側站成內外兩圈，用構建DNA片段同樣的方法構建運載體——質粒。

體驗4：模擬目的基因與運載體重組。

在老師指導下，由EcoRⅠ限制酶的學生分別在模擬的目的基因和運載體上找到識別的序列和切割位點，將“目的基因”從構建的DNA片段中切下，把運載體切開，并產生相同的黏性末端；此時，再由模擬Ecoli DNA連接酶的學生根據相同黏性末端互補的特點將“目的基因”與“運載體”連接起來。此時老師提問：“限制酶切割的是什么鍵？Ecoli DNA連接酶連接的是什么鍵？堿基之間的氫鍵是如何斷開與形成的？”學生通過交流討論從而理解限制酶和連接酶的功能及作用部位。

有科學家發現由單一EcoRⅠ限制酶切下的目的基因會形成環狀（簡稱DNA環化），教師要引導同學們思考這是為什么，如何避免獲得的目的基因環化？從而又引入SmaⅠ限制酶的學習，如果同時用兩種限制酶去識別切割相應的位點，得到的“目的基因”是否環化？從而引起DNA環化的原因不攻自破。接著，老師讓模擬目的基因的學生在連接酶的作用下轉過180°與運載體連接，讓學生仔細觀察思考這和之前的連接結果有什么不同，為什么？由于載體上的基因表達具有一定的方向性，轉過180°后連接會轉錄出不同核糖核苷酸序列的mRNA，從而可能得到不同的蛋白質。經過這番模擬，這個極難理解的問題就迎刃而解。

（四）強化體驗成果——課堂小結

老師引領學生總結回顧DNA重組技術工具的功能、作用特點以及DNA重組的基本原理；引導學生說說自己在角色扮演中的感受及有待改進的地方，并與同學交流分享；最后，提示學生思考這種角色扮演方法對理解DNA分子結構、DNA復制及轉錄有什么啟示。

五、教學反思

體驗式教學法的創立源于美國教育理論家約翰·杜威，是指假定某一模擬環境，學生扮演特定角色，通過學生的表演使所有學生參與到模擬環境當中，學生通過觀察、參與、體驗、反思等過程，在實踐中得以體驗，在體驗中得以成長，在成長中得以感悟，在感悟中得以提高。通過角色扮演體驗目的基因與載體的重組過程，把微觀抽象的問題宏觀具體化，使學生不但感受到在游戲活動中學習的快樂，而且對學生的參與意識、學習熱情、合作探究、抽象思維等的培養有著促進作用。

設計角色扮演，引導全班參與思考如何模擬構建，教師要在探索中積極糾正錯誤，最終成功模擬DNA分子的重組過程，從而突破難點。經過角色體驗，學生不僅深刻認識DNA分子的重組過程，還能進一步鞏固理解DNA分子結構、DNA復制、轉錄的過程。

參考文獻：

[1]姜中玉.“DNA的復制”一節的角色體驗式教學設計[J].生物學教學，2015，（9）.

[2]呂宇良.“DNA的分子結構和特點”的體驗式教學設計[J].生物學教學，2013，（7）.

[3]李一鳴，常亮，李榮.角色體驗式教學法在大學生心理健康課堂教學中的應用研究[J].經濟師，2011，（4）.