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关于DNA双螺旋结构模型制作中的问题与解决方式

2020-09-10 499 上传者：管理员

摘要：本文通过引导学生制作DNA双螺旋结构模型,发现了学生在模型建构过程中的一些问题,以这些问题为例,加深对DNA分子双螺旋结构特点的认识和理解。

关键词：
DNA分子
DNA双螺旋结构
中等教学法
模型建构
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《高中生物课程标准(实验)》中要求:“了解建立模型等科学方法及其在科学研究中的作用,培养学生的建模思维和建模能力,获得生物学的基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识。”[1]在生物教学中主要有物理模型、数学模型、概念模型,以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征,这种模型就是物理模型。沃森和克里克制作的著名的DNA双螺旋结构模型,就是物理模型。它形象而概括地反映了所有DNA分子结构的共同特征。

普通高中课程标准实验教科书生物必修2(遗传与进化)第三章第2节——DNA分子的结构一节中的教学重难点为:DNA分子结构的主要特点。学生需通过空间想象才能理解。因此,本文以DNA模型为依托,学生预习本节内容,分组进行DNA模型建构活动。意图为学生在自我认知的知识体系上进行模型建构,注重DNA双螺旋结构的内在联系,加深对DNA分子结构特点的认识和理解,培养学生分析问题的能力。以下是模型建构中的一些典型问题例析,旨在通过对这些问题的分析,突破并巩固本节重难点。

一、DNA分子结构的基本骨架是什么?它们是如何连接的?

图1

DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。如图1:模型中学生采用彩色纸片和普通棉线为材料。缺点为:DNA分子中的脱氧核糖和磷酸并没有反向平行连接。优点为:采用4种不同颜色的纸片代替4种碱基(蓝色-A,黄色-T,红色-G,绿色-C);两种不同的剪贴形状代替2种碱基对不同的氢键数目的连接方式;五角形代替脱氧核糖,白色圆形代替磷酸基团。从该模型可以看出,同学们对于DNA分子的基本单位及基础构架是清楚的,即分别用不同的材料来代表组成DNA分子的磷酸、脱氧核糖和碱基;不同形状将碱基对的连接方式表现出来。在课堂教学中,借“没有体现DNA分子的两条链是反向平行的”,强调DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链以氢键连接起来的,两条链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构。

二、DNA分子结构中碱基有几种?它们是如何排列的?

DNA两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,并且碱基配对有一定的规律。如图2:采用彩色卡纸和透明胶带为材料。缺点为:用红色和绿色卡纸代表碱基,直观认为碱基只有2种,且碱基对的连接方式都相同。优点为:用不同性状代表了脱氧核糖、磷酸、碱基;DNA的两条链按反向平行连接。小组同学展示DNA平面模型时,教师进行分析和讲解,DNA碱基有4种(腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶),其中碱基通过氢键连接成碱基对,并且遵循碱基互补配对原则:腺嘌呤与胸腺嘧啶配对(A与T2个氢键连接);鸟嘌呤与胞嘧啶配对(C与G3个氢键连接),碱基对连接的氢键数目不同,应以不同的形式予以展示。

图2

三、建立DNA分子的立体结构:DNA双螺旋结构模型。

图3

如图3,该组同学在充分预习的前提下,以铁丝和超轻黏土为材料,制作了较为正确的DNA双螺旋结构模型:两条链呈现了反向平行双螺旋结构,4种不同颜色的黏土代表了4种不同的碱基,且碱基对的连接方式不同,不同性状的黏土代表了脱氧核糖、磷酸、碱基,展示了DNA的立体结构。在这个模型展示时教师可引导学生依据碱基互补配对原则,推算DNA分子的碱基比例,学会用数学语言描述生命现象:碱基的比例和数量之间的规律,即在双链DNA分子中,所有的嘌呤碱基纸盒等于所有的嘧啶碱基之和(A+G/C+T=1),模型中玫红色为A=6,橘红色为T=6;绿色为C=6,紫色为G=6,直观分析数据得出相应结论,并为后面的章节(第3节DNA的复制)打好理论和数学基础。

由于DNA分子双螺旋结构特点,因此在学习这部分内容时,利用“学生预习——自制模型——课堂展示——教师总结”的顺序,使学生逐步认识DNA分子的空间结构和平面结构。高中生物教材中,有大量内容是需要通过引导学生在建立相应的物理模型的过程中去掌握知识并提升思维和方法的,通过模型建构教学活动,加深对概念、规律的理解,培养其动脑、动手的能力,帮助学生认识、理解微观世界、三维结构、复杂原理、动态变化等[2]。此外,本文指导学生在初步预习的基础之上,运用模型建构,利于学生进一步把握DNA结构的主要特点;关键是在此过程中能将被动学习变为主动探求,深层次的引发学生学习兴趣,锻炼其动手能力和探究能力,更是学生体会一种科学研究的基本方法[3]。在建构活动中,学生带领教师一起领略伟大的科学家的探究思路,感悟生物学的学科精神在于探究生命奥秘,感知生命本真!

参考文献:

[1]陈睿.边“做”边学--高中生物课堂物理模型制作例谈.科学咨询,2016(6):144-145.

[2]王澜.高中生物物理模型建构常见误区及其分析.西部素质教育,2016,(06),2(12):99-100.

[3]尹虎军.浅谈模型建构在高中生物学教学中的应用.中学生物学,2017,33(5):74-75.

严容.制作DNA双螺旋结构模型中遇到的几个问题及应对[J].科学咨询(教育科研),2020(09):176-177.