建模學(xué)習(xí)在“DNA分子結(jié)構(gòu)”一節(jié)中的應(yīng)用

黃瓊玲

摘 要：以建模學(xué)習(xí)法為指導(dǎo)，以人教版高中生物學(xué)教材中“DNA分子結(jié)構(gòu)”為例，本文闡述了“信息收集——嘗試建構(gòu)——獲取信息——繼續(xù)建構(gòu)——獲取信息——深入建構(gòu)——獲取信息——修正完善”的建模過程，以及學(xué)生在模型構(gòu)建過程中的具體活動(dòng)，以期提高學(xué)生的建模能力。筆者也闡述了要結(jié)合學(xué)情，改進(jìn)模型構(gòu)建的信息材料和優(yōu)化模型構(gòu)建的流程，提高模型教學(xué)的課堂效率，實(shí)現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：信息;建構(gòu);DNA結(jié)構(gòu)

“建模學(xué)習(xí)法”是指通過對(duì)知識(shí)信息的歸納綜合、分析比較、抽象概括和提煉升華，發(fā)現(xiàn)知識(shí)間的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系，然后經(jīng)過思維加工，構(gòu)建原始模型，結(jié)合具體信息修正模型，在具體條件下應(yīng)用模型，解決學(xué)習(xí)和生活中的實(shí)際問題，然后對(duì)模型再研究，發(fā)現(xiàn)問題，拓展新思路的學(xué)習(xí)方法。

《DNA分子的結(jié)構(gòu)》是人教版必修2第3章第2節(jié)，在教材中起著承上啟下的作用。一方面，是在前兩章的基礎(chǔ)上完成的，可以加深學(xué)生對(duì)遺傳物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生嘗試解釋DNA與儲(chǔ)存豐富的遺傳信息相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);另一方面，又為后面基因的表達(dá)、生物變異和進(jìn)化進(jìn)行必要的知識(shí)鋪墊。為此，筆者采用“信息收集——嘗試建構(gòu)——獲取信息——繼續(xù)建構(gòu)——獲取信息——深入建構(gòu)——獲取信息——修正完善”過程進(jìn)行建模學(xué)習(xí)。

一、巧設(shè)問題情境，引入新課

教師總結(jié)人類對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過程。設(shè)問：DNA為什么能夠作為遺傳物質(zhì)？DNA是怎樣儲(chǔ)存遺傳信息？又是怎樣決定生物性狀的？要回答這些問題，首先必須了解DNA的結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：以結(jié)構(gòu)與功能觀創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生明白，要了解DNA的功能，需要探究其結(jié)構(gòu)，從而順理成章地引入本節(jié)建模教學(xué)。

二、DNA雙螺旋模型的構(gòu)建

1.信息收集，嘗試建構(gòu)脫氧核苷酸模型，繼續(xù)建構(gòu)脫氧核苷酸鏈模型。

聯(lián)系知識(shí)基礎(chǔ)，提出問題串：1.DNA的基本單位是什么？（脫氧核苷酸）2.每個(gè)脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)組成是什么？（一分子磷酸+一分子脫氧核糖+一分子含N堿基）3.DNA是由連接而成的。（DNA是由脫氧核苷酸連接而成的長(zhǎng)鏈）

師生在白板上建構(gòu)4種脫氧核苷酸種類，繼而建構(gòu)脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈。

設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系知識(shí)背景，逐步引發(fā)對(duì)新知識(shí)的建構(gòu)，讓新知識(shí)在原有知識(shí)的基礎(chǔ)上“成長(zhǎng)”。

2.獲取信息，深入建構(gòu)DNA雙鏈平面模型。

復(fù)習(xí)提問：DNA是由條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈組成的？引出新問題：這兩條長(zhǎng)鏈?zhǔn)侨绾谓M成DNA的呢？

提供資料1：1950年初，瑞士細(xì)胞學(xué)家西格納帶著他提取到的高質(zhì)量的DNA來到倫敦，威爾金斯利用這些DNA獲得了DNA衍射圖譜。測(cè)量分析后，發(fā)現(xiàn)DNA分子纏繞在一起像一個(gè)圓筒，直徑2nm，沿分子長(zhǎng)度方向每隔0.3-0.4nm有一個(gè)很強(qiáng)的衍射，如果把這些很強(qiáng)的衍射區(qū)分離出后，沿長(zhǎng)度方向是中空的。講解：看到DNA衍射圖譜及其數(shù)據(jù)分析，可以得出：DNA的結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，可能是螺旋結(jié)構(gòu);DNA分子可能有中心軸。

提供資料2：沃森和克里克嘗試了很多種不同的雙螺旋結(jié)構(gòu)，在這些模型中，堿基位于螺旋的外部。但是，這些模型很快就被否定了。1952年5月，富蘭克林利用X射線結(jié)晶技術(shù)獲得了有史以來最清晰的DNA分子照片，并運(yùn)用數(shù)學(xué)公式對(duì)照片進(jìn)行了分析，計(jì)算出一些有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確數(shù)值。根據(jù)富蘭克林的新X射線照片和數(shù)據(jù)，沃森和克里克提出了雙螺旋結(jié)構(gòu)的設(shè)想，并將核糖和磷酸組成的骨架放在螺旋的外面，里面是堿基對(duì)。在這個(gè)模型中是相同堿基進(jìn)行配對(duì)的，即A與A，T與T配對(duì)。學(xué)生根據(jù)沃森和克里克的設(shè)想，構(gòu)建DNA的平面模型。

設(shè)計(jì)意圖：指導(dǎo)學(xué)生追尋科學(xué)家探索DNA結(jié)構(gòu)路，逐步深入地認(rèn)識(shí)DNA的結(jié)構(gòu)，體會(huì)模型建構(gòu)的方法，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

3.獲取信息，修正DNA雙鏈平面模型

教師設(shè)疑：上面的模型很快又被否定，你認(rèn)為可能的原因是什么？在教師的點(diǎn)撥下，學(xué)生意識(shí)到：嘌呤堿基對(duì)和嘧啶堿基對(duì)的直徑不一樣，與DNA的射線衍射圖測(cè)量的結(jié)果不相符，這樣的結(jié)構(gòu)可能不穩(wěn)定，而DNA作為遺傳物質(zhì)必須具有穩(wěn)定性。

提供資料3：1952年春天，奧地利著名的生物化學(xué)家查哥夫訪問了劍橋大學(xué)，沃森和克里克從他那里得到了一個(gè)重要信息：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。于是，沃森和克里克又興奮起來，他們改變了堿基配對(duì)的方式，讓A與T配對(duì)，G與C配對(duì)，構(gòu)建出新的DNA模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A-T堿基對(duì)與G-C堿基對(duì)具有相同的形狀和直徑，這樣組成的DNA具有穩(wěn)定的直徑，能夠解釋A、T、C、G的數(shù)量關(guān)系。

提供資料4：鮑林以前的同事多諾告訴沃森，A-T和G-C配對(duì)是靠氫鍵維系的，A和T之間有兩個(gè)氫鍵，G和C之間有三個(gè)氫鍵。

要求學(xué)生修正完善所構(gòu)建的DNA分子的平面模型。

4.獲取信息，完善DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

教師借助多媒體展示DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)圖，學(xué)生觀看DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：建立完整的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生體驗(yàn)成功！

三、DNA分子的結(jié)構(gòu)

要求學(xué)生閱讀書本P50，小組討論以下問題，并請(qǐng)每組派代表用自己的語言描述：

1.DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？

2.DNA的基本骨架是由哪些物質(zhì)組成的？他們分別位于DNA的什么部位？

3.DNA中的堿基配對(duì)是如何配對(duì)的？有什么規(guī)律？

4.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)研究史主要涉及哪些學(xué)科的知識(shí)和方法、對(duì)你有什么啟示？

設(shè)計(jì)意圖：指導(dǎo)學(xué)生用自己的語言總結(jié)DNA結(jié)構(gòu)模型。體驗(yàn)DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史所蘊(yùn)含的科學(xué)方法、科學(xué)思想和科學(xué)精神。

四、總結(jié)

參考文獻(xiàn)

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