蔡露蓉

[摘 要]以DNA分子結構模型的科學探究史為背景，通過創(chuàng)設連續(xù)的問題情境，讓學生逐步構建DNA雙螺旋結構物理模型，在建立物理模型的基礎上進一步建立概念模型；讓學生在不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中領悟模型方法的本質內(nèi)涵，獲得DNA分子結構的生物學概念。

[關鍵詞]DNA分子結構 模型構建 教學設計

[中圖分類號] G633.91 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2015）080105

一、教材分析

“DNA分子的結構”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”“細胞增殖”等內(nèi)容相聯(lián)系，與此同時，它既對前一節(jié)“DNA是主要的遺傳物質”的內(nèi)容進行更進一步的說明，使學生加深了對遺傳物質的理解，又為之后學習“DNA分子的復制”“基因表達”等內(nèi)容進行必要的鋪墊，所以說本節(jié)課是高中生物教學的重要內(nèi)容之一。

在新課標下，教材并沒有直接闡述DNA分子的結構特點，而是以科學家研究DNA分子結構的歷程為主線（其中主要是以沃森及克里克兩位科學家構建DNA分子結構模型的故事為主線），逐步向學生提供科學家探索DNA分子結構的背景資料，讓學生邊分析DNA分子結構特點邊逐步構建模型、修正模型。學生在建立模型的探索與發(fā)現(xiàn)中，體會模型構建方法及其在科學研究中的意義。

二、教學目標

1.知識目標：通過DNA分子雙螺旋結構模型的構建歷程概述DNA分子結構的主要特點。

2.技能目標：嘗試構建DNA分子物理模型；體驗科學家構建DNA分子雙螺旋結構的過程，領悟模型構建方法。

3.情感態(tài)度與價值觀目標：認同合作、鍥而不舍的精神及勇于承認錯誤的優(yōu)良品質在科學研究中的重要性。

三、教學過程

1.創(chuàng)設情境，導入新課

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

2.展示模型構建歷程的背景資料，讓學生認識到模型方法的重要作用

簡介20世紀30年代科學界進行DNA結構的探索背景，讓學生初步認識沃森、克里克等科學家。給出沃森在《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結構的故事》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結構時對模型方法的選擇，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?！?/p>

讓學生探討：鮑林帶給沃森什么樣的靈感？沃森等科學家在揭示DNA結構的過程中，采用的研究方法是什么？通過分析沃森在研究DNA結構時對模型方法的選擇學引出模型建構法，同時讓學生認識到模型方法在科學研究中的重要作用。

3.回顧舊知，構建DNA單體的模型

幫助學生回顧已有的DNA的相關知識，引導學生回答DNA的基本結構單位、每個結構單位由哪幾部分構成。之后，向學生提供實驗材料，小組合作完成“磷酸→脫氧核糖→堿基→脫氧核糖核苷酸”的模型構建。

實驗材料：五邊形脫氧核糖，圓形磷酸基團，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）。

學生構建DNA單體的模型，可以讓其感受由簡單到復雜、由點到線再到面的模型構建過程，為形成DNA雙螺旋結構模型的立體結構打下基礎。

4.利用科學史創(chuàng)設問題情境，逐步構建DNA雙螺旋結構模型

從DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)史中可以看出，每一個問題解決的背后，都隱藏著問題情境。教師要充分利用科學史中的一個個節(jié)點，創(chuàng)設問題情境，為模型的構建提供“支架”，引導學生逐步構建出DNA雙螺旋結構模型。從威爾金斯和富蘭克林提供DNA的X射線衍射圖譜，到螺旋結構的確定，再到三股螺旋的DNA結構、初步雙螺旋結構等，通過環(huán)環(huán)相扣的問題逐步地引導構建模型、完善模型。并用“關鍵問題”引導學生從DNA結構的表層進入DNA結構的實質，讓其領悟模型方法的本質內(nèi)涵。（如下表）

5.加深理解，構建DNA分子結構的概念模型

展示學生最終構建的DNA雙螺旋模型，與沃森和克里克創(chuàng)建的DNA分子雙螺旋結構模型及實物模型進行比較。同時引導學生思考以下問題：1.DNA分子由幾條鏈構成？鏈的延伸方向如何？有怎樣的立體結構？2.DNA的基本骨架由哪些物質組成？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？讓學生參照模型獨立思考，回答問題，總結DNA分子雙螺旋結構的主要特點。

四、教學反思

本節(jié)課以構建和制作DNA分子雙螺旋結構模型為核心，在科學史的資料分析過程中，用問題對學生進行引導，幫助其抓住構建DNA分子結構模型的要點，讓學生“走上探究之路”——分步構建DNA分子雙螺旋結構模型。每一步都以科學家的科學研究過程為指導，提出問題，逐步探究，讓學生親身體驗，進行模型構建。教師作為教學的組織者和引導者，主要是創(chuàng)設情境，為學生搭建探究的臺階，讓其在理論和實踐的思維碰撞中獲得知識，不斷思考，主動參與“DNA分子結構”的學習過程。

[ 參 考 文 獻 ]

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

（責任編輯 黃春香）