“DNA分子的結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)與反思

蔡露蓉

[摘 要]以DNA分子結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)探究史為背景，通過創(chuàng)設(shè)連續(xù)的問題情境，讓學(xué)生逐步構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)物理模型，在建立物理模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立概念模型；讓學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中領(lǐng)悟模型方法的本質(zhì)內(nèi)涵，獲得DNA分子結(jié)構(gòu)的生物學(xué)概念。

[關(guān)鍵詞]DNA分子結(jié)構(gòu) 模型構(gòu)建 教學(xué)設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 16746058（2015）080105

一、教材分析

“DNA分子的結(jié)構(gòu)”是高中新課程生物必修二第3章第2節(jié)的內(nèi)容，它在教材中有著承前啟后的作用。本節(jié)課與必修一的“核酸”“細(xì)胞增殖”等內(nèi)容相聯(lián)系，與此同時(shí)，它既對前一節(jié)“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”的內(nèi)容進(jìn)行更進(jìn)一步的說明，使學(xué)生加深了對遺傳物質(zhì)的理解，又為之后學(xué)習(xí)“DNA分子的復(fù)制”“基因表達(dá)”等內(nèi)容進(jìn)行必要的鋪墊，所以說本節(jié)課是高中生物教學(xué)的重要內(nèi)容之一。

在新課標(biāo)下，教材并沒有直接闡述DNA分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而是以科學(xué)家研究DNA分子結(jié)構(gòu)的歷程為主線（其中主要是以沃森及克里克兩位科學(xué)家構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型的故事為主線），逐步向?qū)W生提供科學(xué)家探索DNA分子結(jié)構(gòu)的背景資料，讓學(xué)生邊分析DNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)邊逐步構(gòu)建模型、修正模型。學(xué)生在建立模型的探索與發(fā)現(xiàn)中，體會(huì)模型構(gòu)建方法及其在科學(xué)研究中的意義。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)：通過DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建歷程概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

2.技能目標(biāo)：嘗試構(gòu)建DNA分子物理模型；體驗(yàn)科學(xué)家構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程，領(lǐng)悟模型構(gòu)建方法。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：認(rèn)同合作、鍥而不舍的精神及勇于承認(rèn)錯(cuò)誤的優(yōu)良品質(zhì)在科學(xué)研究中的重要性。

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

展示“北京中關(guān)村高科技園區(qū)的DNA雕塑”圖片，讓學(xué)生回答：這是什么？為什么可以作為高科技的標(biāo)志？舉例說明DNA在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。（如刑偵）它的這項(xiàng)功能又是以什么作為基礎(chǔ)的呢？引出本節(jié)課的主題：DNA分子的結(jié)構(gòu)。

2.展示模型構(gòu)建歷程的背景資料，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到模型方法的重要作用

簡介20世紀(jì)30年代科學(xué)界進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的探索背景，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)沃森、克里克等科學(xué)家。給出沃森在《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事》一書中的一段話：“鮑林發(fā)現(xiàn)的研究方法是什么？通過分析沃森、克里克在研究DNA結(jié)構(gòu)時(shí)對模型方法的選擇，發(fā)現(xiàn)α螺旋并不是僅僅靠研究X射線衍射圖譜，其主要方法是探討原子之間的相互關(guān)系。不用紙和筆，他的主要工具是一組分子模型。這些模型表面上看與學(xué)齡前兒童的玩具非常相似……用同樣的方法解決DNA的問題！我們只要制作一組分子模型，開始擺弄起來就行了。”

讓學(xué)生探討：鮑林帶給沃森什么樣的靈感？沃森等科學(xué)家在揭示DNA結(jié)構(gòu)的過程中，采用的研究方法是什么？通過分析沃森在研究DNA結(jié)構(gòu)時(shí)對模型方法的選擇學(xué)引出模型建構(gòu)法，同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到模型方法在科學(xué)研究中的重要作用。

3.回顧舊知，構(gòu)建DNA單體的模型

幫助學(xué)生回顧已有的DNA的相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回答DNA的基本結(jié)構(gòu)單位、每個(gè)結(jié)構(gòu)單位由哪幾部分構(gòu)成。之后，向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)材料，小組合作完成“磷酸→脫氧核糖→堿基→脫氧核糖核苷酸”的模型構(gòu)建。

實(shí)驗(yàn)材料：五邊形脫氧核糖，圓形磷酸基團(tuán)，四種顏色、大小不同的長方形（代表四種堿基，略長的代表嘌呤，短的代表嘧啶）。

學(xué)生構(gòu)建DNA單體的模型，可以讓其感受由簡單到復(fù)雜、由點(diǎn)到線再到面的模型構(gòu)建過程，為形成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的立體結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。

4.利用科學(xué)史創(chuàng)設(shè)問題情境，逐步構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史中可以看出，每一個(gè)問題解決的背后，都隱藏著問題情境。教師要充分利用科學(xué)史中的一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)問題情境，為模型的構(gòu)建提供“支架”，引導(dǎo)學(xué)生逐步構(gòu)建出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。從威爾金斯和富蘭克林提供DNA的X射線衍射圖譜，到螺旋結(jié)構(gòu)的確定，再到三股螺旋的DNA結(jié)構(gòu)、初步雙螺旋結(jié)構(gòu)等，通過環(huán)環(huán)相扣的問題逐步地引導(dǎo)構(gòu)建模型、完善模型。并用“關(guān)鍵問題”引導(dǎo)學(xué)生從DNA結(jié)構(gòu)的表層進(jìn)入DNA結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)，讓其領(lǐng)悟模型方法的本質(zhì)內(nèi)涵。（如下表）

5.加深理解，構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)的概念模型

展示學(xué)生最終構(gòu)建的DNA雙螺旋模型，與沃森和克里克創(chuàng)建的DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型及實(shí)物模型進(jìn)行比較。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：1.DNA分子由幾條鏈構(gòu)成？鏈的延伸方向如何？有怎樣的立體結(jié)構(gòu)？2.DNA的基本骨架由哪些物質(zhì)組成？位于DNA鏈的什么部位？3.堿基位于DNA鏈的什么部位？堿基連接方式？堿基配對的規(guī)律？讓學(xué)生參照模型獨(dú)立思考，回答問題，總結(jié)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課以構(gòu)建和制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為核心，在科學(xué)史的資料分析過程中，用問題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，幫助其抓住構(gòu)建DNA分子結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)，讓學(xué)生“走上探究之路”——分步構(gòu)建DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。每一步都以科學(xué)家的科學(xué)研究過程為指導(dǎo)，提出問題，逐步探究，讓學(xué)生親身體驗(yàn)，進(jìn)行模型構(gòu)建。教師作為教學(xué)的組織者和引導(dǎo)者，主要是創(chuàng)設(shè)情境，為學(xué)生搭建探究的臺(tái)階，讓其在理論和實(shí)踐的思維碰撞中獲得知識(shí)，不斷思考，主動(dòng)參與“DNA分子結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)過程。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

詹姆斯·沃森著，劉望夷譯.雙螺旋：發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的故事[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：121-133.

（責(zé)任編輯 黃春香）