DNA双螺旋模型的建构.docVIP

DNA双螺旋模型的建构 　　引导学生尝试建构“DNA双螺旋结构模型”已成为高中生物必修2“DNA分子结构”教学中常用的手段。课堂上学生通过制作物理模型，再现难以直接观察到的DNA分子结构，对DNA为双螺旋结构的概念进行具体化，从而加深对DNA分子结构特点的认识和理解。 　　学生在课堂上常用“DNA双螺旋结构模型组件”来完成DNA分子模型的建构。从模拟制作的角度看，这是非常好的学具，因为学生亲自制作DNA的立体模型，有助于在现有的实验条件下让DNA分子变“微观”为“宏观”，从而更好地完成知识体系的构建。但由于模型组件中代表脱氧核糖、磷酸、含氮碱基的模型材料、相应的共价键以及不同共价键插入位置的洞口粗细大小都匹配得非常到位，让组装不会出现“差错”。这在无形中限制了学生的“猜想”，因为出现不了问题，学生也就不能体会科学家们当时建立、修正模型的过程。因此DNA的模型构建，更建议教师用自制材料做成DNA的6种构成分子，即脱氧核糖、磷酸、4种含氮碱基，让学生摆脱课本的束缚，充分构想，甚至是出现错误猜想，从而强化体验模型构建的过程。 　　1 创新材料选择 　　课前布置学生根据教材中“制作DNA双螺旋的结构模型”活动要求，寻找生活中能制作DNA模型的材料，并准备10份构成脱氧核苷酸的材料。学生有许多新颖的想法，寻找的制作材料也丰富多彩，归纳如下。 　　代替脱氧核糖、磷酸、碱基的材料：彩色纸板、塑料片、吹塑纸、橡皮泥、软糖。代替氢键的连接物：订书针、曲别针、牙签、棉签棒、塑料吸管、废弃的笔芯。代替DNA分子骨架的连接物：粗细适当的铁丝、塑料软管（打吊针的医用软管）、棉绳。取一种小人形的软糖果，用刀分开，模拟相互配对的碱基（A—T）；另取一种颜色小人形软糖果，模拟另一对相互配对的碱基（G—C）；分开的“碱基”用牙签做氢键连接，再把碱基对穿在两条黑色带状软糖做的骨架上；然后手提模型，进行螺旋。一个造型简单、直观的DNA分子双螺旋结构模型就成功了。 　　市场上软糖的种类很多，果汁糖、橡皮糖、QQ糖等，形状和颜色都很丰富，软糖也便于插入牙签这样的共价键，不失为一种富有创意的材料。 　　注意代替DNA分子骨架的连接物的用途有2个：如果是制作简易DNA结构模型，用它代替磷酸和脱氧核糖交替排列的基本骨架；如果是复杂的DNA结构模型，一定要向学生强调，它不是构成DNA分子的真实存在的结构，仅是起到对骨架加固的作用，能帮助最后完成模型的螺旋化。 　　2 明确构建思路 　　物理模型是依照类似原理，将真实事物依照一定比例缩小或者放大成为模型，其最显著特点是形象直观。建构物理模型的前提是以客观事实为依据，在建构模型前需要通过观察、统计、实验、查阅研究史料等方法掌握模型对象的特征，寻找合适的模型展示方式，选择恰当的模型建构材料。在建构过程中，遵循先大后小、先简后繁的原则，由表及里、先框架后细节进行逐步构建。初步建构完模型后，还需要进一步审查模型的科学性和美观性，并在此基础上进一步修改完善，从而力求客观真实反映认识对象的特征。学生在构建DNA结构模型前根据必修1所学内容，理清DNA分子的结构层次，即脱氧核苷酸→相互连接→多核苷酸单链→双链平面结构→双螺旋空间结构，从而明确建构的步骤。 　　3 尝试模型构建 　　DNA结构的发现是科学史上最具传奇性的“章节”之一，发现它的方法是物理模型建构法，说得直白点，就像小孩子拼图游戏一样，而在这场“拼凑”中表现最出色的是沃森和克里克。因此，在整个动手过程中，教师要充分让学生自己组装，自己发现，自己修正，在观察、讨论、合作、比较、交流中相互启迪，自主完成模型建构。 　　3.1 基本单位的构建 　　DNA的基本单位是脱氧核苷酸，大多数情况下，用五边形材料代替脱氧核糖，学生按照模式图能够拼出基本单位，但往往会用“直线”把磷酸和五边形连接起来，这是有悖事实的，学生并不理解教材上连接脱氧核糖和磷酸的为什么是“折线”。这是因为学生在认识上有一个误区，即五边形的五个顶点就代表五个碳原子，观察其分子式（图1A），五边型的顶点是氧原子，其他四个顶点为碳原子（从右侧顺时针依次是1、2、3、4号位碳原子），而第5号位碳原子不在五边形上，是通过化学键与4号位碳原子相连的。因此仅用五边形不能准确代表脱氧核糖，建议学生在五边形的4号碳原子处延伸出一个短支（图1B），这样就可以按照脱氧核苷酸的分子式（图1C）准确构建出脱氧核苷酸的模型（图1D）。学生要依次构建出4种脱氧核苷酸，可以用不同的颜色或形状以示区别。 　　3.2 单链结构的构建 　　如何连接两个脱氧核苷酸？教师向学生提供史实：1951年11月，富兰克林通过数据计算知道，是一个脱氧核苷酸的脱氧核糖和另一脱氧核苷酸的磷酸之间发生连接。学生依据资料，根据化学知识，可以推出磷