让智慧在指尖流淌

本轮课程改革从启动至今已经近15年了，课程改革所倡导的以学生为中心，培养学生实践与创新能力，已经为广大生物教师所熟知。然而，审视高中生物课堂，从PPT到板书，从教材到教辅，从讲解到习题，从测验到考试，似乎除了为数极少的实验以及用电脑投影能增加直观印象、加大信息量外，传统的教师讲解为主、辅以学生的习题练习的教学模式仍然牢固地占领着课堂阵地。

今天，当分子生物学、基因工程等现代生命科学新理论、新知识、新成果不断进入高中生物课程，成为当今学生必须了解和掌握的内容时，课堂教学模式如果不作出新的调整和改变，将离培养具有现代科学意识和较为开阔国际视野、具有很强动手能力和实践创新能力新时代人才的目标会越来越远。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》关于“创新人才培养模式”中指出：“遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。……注重学思结合。倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生学会学习。激发学生的好奇心，培养学生的兴趣爱好，营造独立思考、自由探索的良好环境。”因此，当前课堂教学改革必须扭转单纯地依赖PPT、书本、讲授、习题的不利于学生发展的模式，已经成为专家和基层教师的共识;但从哪里进行突破？如何突破？经过分析和思考，2014年以来，自主研发适合高中生物课堂教学的学具（目前研制的学具主要是永久模型组件学具）。学具是供学生在课程学习中帮助学生学习，由学生操作使用的模型、实物、图表等的统称;让学生能在课堂学习中，通过动手、动脑、探索，理解、思考、实践，互助、思辨，运用相关知识和原理，探究生命科学的真谛，真正实践本轮课程改革倡导和要求的“培养学生的科学素养、实践能力和创新精神”。

课题：中心法则中关于DNA复制、转录等相关问题。

分组：每小组4人;组内每2人为一小小组。

材料：每组发2套学具（五碳糖、磷酸各20个，同位素标记磷酸2个，A、T、C、G各5个，另发U6个）。

课前教师先让几名学生准备对“中心法则”的理解和存在的疑问。课堂上，首先让学生代表利用PPT阐述自己的认识，并提出疑问。然后，教师让学生带着问题开展活动。

活动1：建构DNA分子模型（每2名学生为组）。

学生思考与动手：

（1） 建构DNA的基本单位，比较它们的共同之处及区别。

（2） 建构DNA单链片段。

（3） 根据 原则，形成 DN段，形成平面结构。

（4） 和周围的同学比较一下，各自的DNA分子是否相同？如果不同，不同之处在于哪里？这体现了DNA分子的什么特点？

（5） 比较构建的DN段中嘧啶和嘌呤数量上关系。

（6） DNA中碱基对的排列顺序代表了其中蕴含了什么？

（7） 观察DNA的两条单链，其方向上呈现怎样的关系？

（8） 尝试建构DNA的空间结构。

围绕学案上的问题串，学生思考，组内讨论，动手建构模型，观察模型，相互纠错。教师在该过程中观察学生小组，发现问题，和学生一起讨论。在发现有小组构建的脱氧核苷酸有误时，通过投影让各组讨论分析，并让小组派代表指出问题，纠错。这个过程中，教师也可针对学生的操作，提出问题，让学生回答。有不同意见小组可以争论。当学生将自己建构的DNA双螺旋分子片段展现时，露出了发自心底自信的微笑。在此基础上，教师投影讨论例题，以对照实践，加深学生对DNA分子模型结构的理解，反思自己建构时存在的问题。

【例1】 图1是某小组建构的含两对核苷酸的DNA分子片段，有关评价正确的是（ ）

A. 结构上没有错误，物质组成有错

B. 有一处错误，应将U换成T

C. 如果画的是双链RNA应该是对的

D. 至少有三类（种）错误

选用这一例题的目的是引导学生关注DNA分子建构中的一些关键问题以及易犯的错误，以期达到反思巩固的效果。在建构DNA分子模型的基础上，教师提出：DNA分子携带的遗传信息又是如何传递的？以此引出活动2。

活动2：模拟DNA复制过程（以4人小组为单位）。

学生思考与动手：

（1） 小组内保留一个已经建构的DN段，并将母链标记;另一个分解成脱氧核苷酸。

（2） 教师提示学生重温DNA复制的程序。

（3） 提问：DNA分子复制的特点是什么？

（4） 由小组为单位，完成复制，观察新形成的两个子代DNA分子片段相同吗？与亲代DNA相同吗？为什么？

（5） 若母链被32P标记，复制发生在31P环境，子代DNA的放射性如何？如果复制2代呢？N代呢？

各组按要求在讨论的基础上，运用学具模拟DNA分子复制的过程，解旋打开双螺旋，以游离的脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则连接到母链，构成碱基对，而后在纵链上形成磷酸二酯键，完成单链的建构，最后形成两个新的子代DNA分子（片段）。整个模型建构的过程，既做中学，深化对DNA复制知识的理解，又学中做，培养增强了实践动手能力。这一教学过程使学生从单纯知晓、记忆书本理论知识，提升到学会运用书本知识，指导自己模型建构的实践。这一过程培养了学生的心智，提升了学生对理论的理解，实现了原理的内化，对学生建立自己的知识体系提供了更丰富的客观情境。在学生完成DNA分子复制模型建构的基础上，期望学生能进一步深化、拓展对这一过程的理解与应用，因此提供了例题2。

【例2】 如图2为真核细胞DNA复制示意图，下列说法中错误的是（ ）

A. 图中体现了边解旋边复制和半保留复制的特点

B. 酶1可以使碱基对之间的氢键打开

C. 若母链中原有100个碱基对，T为30个，则本次复制需要C为20个

D. 甲与乙的分开应在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期

例题中的D项将DNA复制与细胞分裂联系起来，拓展了知识之间的联系，启发学生将孤立的知识联系起来，有利于内化形成结构化的知识体系，这一做法得到专家的充分肯定。

在此基础上，教师提出：根据中心法则，当DNA分子通过复制，遗传信息传递给子代DNA后，如何才能表达？以此引出模拟转录过程模型建构。

活动3：模拟转录过程（以4人小组为单位）。

学生思考与动手：

（1） 转录的模板是 ;原料是

;转录时碱基之间配对遵循的原则是 。

（2） 转录的意义是什么？

。

（3） 模拟转录过程：

① 打开 ;②根据 形成脱氧核苷酸――核糖核苷酸对;

③ 建构 片段;

④ 与模板链脱离。

（4） 转录与DNA复制的区别主要在于

。

（5） 什么是密码子？ 。密码子和遗传信息有什么区别与关系？ 。

从检索的结果看，目前国内已开发的相关学具的功能仅能实现DNA分子的建构，至多实现DAN分子复制，但从遗传学知识结构的完整性以及学生对相关知识的理解掌握方面非常不够。所以，经过研究，开发并不断完善的这套学具模型，增添了能实现DNA转录、RNA复制，乃至逆转录等相关功能;力图通过模拟真实情境，引导自主学习，让学生应用知识原理，实现模型建构，达到实现理论和实践融通的比较理想的效果。在以上三个学生模型建构活动的基础上，提供例3，以期使学生对上述知识原理有一个综合应用、提炼的机会。

【例3】 图3中的甲和乙为中心法则中两个过程的示意图。图丙为上述两图中某一片段的放大示意。以下说法正确的是（ ）

A. 酶1酶2酶3分别是解旋酶，DNA聚合酶RNA聚合酶

B. 丙图是甲图的局部放大

C. 丙图中有2种五碳糖，5种碱基，5种核苷酸

D. 真核细胞中甲图和乙图所示过程主要发生在细胞核内

通过本题的思考讨论，促使学生对DNA复制、转录过程、产物、模板、酶的种类、两类核苷酸的基本组成，以及复制和转录的发生过程等容易混淆的多角度、多知识点问题梳理和总结归纳，实现了思维层次的转换和提升。

最后，教师提供一组综合性较强的训练题，对本课涉及的相关知识原理进行了梳理和归纳和发散，以巩固本课通过理论指导下开展自主学习，尝试模型建构的学习成果。这组训练题从学生实际水平出发，其难度稍低于或基本接近高考试题的要求，实现了学生认知和能力的进一训练和提升。因为课时容量的限制，本课未安排“翻译”这一内容的教学;辅以已经开发的氨基酸及多肽学具模型，这一内容可基于学具应用加以解决。

在整堂课教学过程中，学生始终是带着问题，边思考讨论，边模拟建构，有不同意见还会进行争论，发现问题和错误后，展开探讨，在学生之间或师生之间进行交流。教师在课堂教学设计时，并不过多地给学生展示、提示或是暗示，而是让学生自主地探究，在错误中发现问题，在思考中讨论问题，得出自己的结论;在探索中深化对知识和原理的理解，在交流中懂得合作;在动脑动手中学会对知识的应用，在观察和体验中增添智慧，获得发展;在动手中体验了理论联系实际，感受到了成功的快乐。