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《遺傳的分子基礎(chǔ)》的教學(xué)思考與探討
《遺傳的分子基礎(chǔ)》揭示了DNA是主要的遺傳物質(zhì),以及遺傳物質(zhì)對遺傳信息的儲存、傳遞和表達(dá)�！哆z傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)》是從細(xì)胞水平闡述遺傳的原理,本單元則從分子水平揭示遺傳的本質(zhì),這兩個單元共同構(gòu)成了遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)。
1 教學(xué)內(nèi)容與要求
課標(biāo)規(guī)定的本單元的內(nèi)容包括:總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程;概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn);說明基因和遺傳信息的關(guān)系;概述DNA分子的復(fù)制;概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯�；顒咏ㄗh有兩項(xiàng):搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料,并進(jìn)行討論和交流;制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。
1)知識目標(biāo)
“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”屬于應(yīng)用性的內(nèi)容。這部分內(nèi)容的教學(xué)不是要求學(xué)生記住對遺傳物質(zhì)探索過程的史實(shí),而是通過對科學(xué)過程的分析領(lǐng)悟科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想、方法、過程與價值。具體選擇哪些科學(xué)史實(shí)?肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)以及噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)是兩個經(jīng)典實(shí)驗(yàn),應(yīng)該進(jìn)行具體的分析。煙草花葉病毒感染煙葉的實(shí)驗(yàn)主要用于說明RNA也可以作為遺傳物質(zhì),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計的思想與方法上與DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)是類似的,因此可以從簡些。具體目標(biāo)包括:①分析肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)及噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn),證明DNA是遺傳物質(zhì);②分析煙草花葉病毒侵染煙草的實(shí)驗(yàn),證明RNA也是遺傳物質(zhì);③總結(jié)遺傳物質(zhì)的共同特征;④評價人類探索遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計思想與方法。
“概述DNA分子結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)”屬于理解水平。只有明確DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),才能理解DNA對遺傳信息的貯存、傳遞與表達(dá)等基本功能。要明確DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),首先應(yīng)掌握DNA的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成,具體目標(biāo)包括:①概述DNA的元素組成、基本組成物質(zhì)、結(jié)構(gòu)單位、一級結(jié)構(gòu),以及沃森-克里克提出的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本論點(diǎn);②說明DNA分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、特異性和多樣性。
“說明基因和遺傳信息的關(guān)系”屬于理解水平。本單元的核心內(nèi)容是闡明基因概念,即從基因與性狀的關(guān)系上說明基因是控制性狀遺傳的基本單位,從基因與染色體的關(guān)系上說明基因的存在部位及方式,從基因與DNA的關(guān)系上說明基因的化學(xué)本質(zhì),從功能上揭示基因中蘊(yùn)涵著特定的遺傳信息。具體目標(biāo)包括:①舉例說明基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段;②說明基因與遺傳信息的關(guān)系。
“概述DNA分子的復(fù)制”也屬于理解水平。DNA通過自我復(fù)制將遺傳信息從親代傳遞到子代,從而保持親子之間的連續(xù)性。具體教學(xué)目標(biāo)為:①概述DNA的復(fù)制場所、時間和過程,②說明DNA復(fù)制的條件、分子基礎(chǔ)和特點(diǎn),③揭示DNA復(fù)制的實(shí)質(zhì)及意義。
“概述遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯”仍然是理解水平。在子代的個體發(fā)育階段,基因控制蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程,從而使遺傳信息得以通過性狀而表達(dá)。具體目標(biāo)為:①區(qū)別遺傳信息轉(zhuǎn)錄的場所、模板、過程、結(jié)果與條件;②說明翻譯過程是信使RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、核糖體三者之間協(xié)同作用的結(jié)果;③DNA分子的堿基序列與蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系上分析說明遺傳密碼的構(gòu)成方式;③解說中心法則的論點(diǎn)和意義。④舉例說明基因?qū)ι镄誀畹目刂谱饔谩?br> 2)情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)
本單元蘊(yùn)含了豐富的情感態(tài)度價值觀的內(nèi)容。課標(biāo)在《遺傳與進(jìn)化》模塊中提出了要“體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖、遺傳和進(jìn)化奧秘的過程”,在具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中列出了應(yīng)用層次的“總結(jié)人類對遺傳物質(zhì)的探索過程”的要求,可見通過生物科學(xué)史組織教學(xué)應(yīng)該是本模塊的基本要求。從人類對遺傳物質(zhì)的探索過程中,可以領(lǐng)悟人們對科學(xué)的認(rèn)識是不斷的深化與發(fā)展的;從肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)以及DNA半保留復(fù)制等實(shí)驗(yàn)中,可以體會從實(shí)驗(yàn)材料的選擇、研究思路的確定、技術(shù)手段的進(jìn)步對研究過程所起的作用;從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模的構(gòu)建過程,可以看到不同學(xué)科的交叉與滲透以及合作在科學(xué)研究中的重要性。通過完美的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,可以從分子水平領(lǐng)悟DNA分子之美,從復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯等過程,可以體驗(yàn)遺傳信息的傳遞與表達(dá)過程中的和諧之美;從遺傳密碼可以感悟生物界多樣性與共同性的統(tǒng)一。
3)能力目標(biāo)
課標(biāo)建議活動“搜集DNA分子結(jié)構(gòu)模型建立過程的資料,并進(jìn)行討論和交流”,應(yīng)該盡量讓學(xué)生自己去搜集相關(guān)的資料,這對于學(xué)生搜集、甄別、處理信息能力的培養(yǎng)是十分有幫助的。建議活動“制作DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型”是要學(xué)生動手制作模型,要通過這一活動讓學(xué)生體會模型構(gòu)建在科學(xué)研究中的應(yīng)用,同時培養(yǎng)空間想象能力及動手操作的能力。除了這兩個活動外,本單元可以安排的探究活動是非常多的,這些活動分別可以從不同的方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。如運(yùn)用分析與推理的方法說明遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備的條件及DNA具備作為遺傳物質(zhì)的條件;嘗試運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法分析遺傳信息的多樣性、堿基與氨基酸之間的對應(yīng)關(guān)系等相關(guān)問題;用假說-邏輯推理的方法探究DNA的復(fù)制過程;用資料分析與推理的方法分析遺傳信息的轉(zhuǎn)錄與翻譯過程等等。
2 對教學(xué)的幾點(diǎn)思考
根據(jù)本單元的教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容特點(diǎn),筆者以為以下幾個方面值得關(guān)注:
1)充分發(fā)揮科學(xué)史的作用。生物學(xué)是一門自然科學(xué),知識的結(jié)論都是通過觀察與實(shí)驗(yàn)得出或驗(yàn)證的。本單元有著許多經(jīng)典的科學(xué)實(shí)驗(yàn),如肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn),煙草花葉病毒侵染煙葉的實(shí)驗(yàn),DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建, DNA的半保留復(fù)制的證明實(shí)驗(yàn),遺傳密碼的破譯實(shí)驗(yàn)等等。通過這些經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析與體驗(yàn),不僅要讓學(xué)生獲得科學(xué)知識,更應(yīng)通過這些實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力,培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑、求實(shí)、創(chuàng)新及勇于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。
如何運(yùn)用好這些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)素材呢?方法可以是多種多樣的,教學(xué)中要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對象等因素的不同而確定。例如噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)可組織如下的教學(xué):
步驟一:提供背景資料。通過投影或視頻介紹噬菌體以及噬菌體侵染細(xì)菌的過程,讓學(xué)生明確在噬菌體侵染細(xì)菌的過程中,DNA進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),而蛋白質(zhì)的外殼留在了細(xì)胞外。
步驟二:引發(fā)思考與討論:
問題1:根據(jù)這個實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鍪裁唇Y(jié)論?為什么?
問題2:細(xì)菌和病毒那么小,用肉眼是無法觀察到的,那么科學(xué)家怎么知道DNA進(jìn)入到了細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),而蛋白質(zhì)沒有進(jìn)入的呢?
問題3:用同位素標(biāo)記什么元素?
問題4(如果學(xué)生無法回答問題3):科學(xué)用32P和35S分別標(biāo)記了噬菌體的DNA中的P和蛋白質(zhì)中的S,為什么選擇標(biāo)記這兩種元素呢?
問題5: 用什么辦法才能使噬菌體標(biāo)記上同位素呢?
問題6:用含有同位素標(biāo)記的噬菌體去侵染不含同位素標(biāo)記的細(xì)菌,結(jié)果將會是如何?
問題7:在培養(yǎng)液中我們沒有辦法直接看到32P位于細(xì)菌內(nèi),35S位于細(xì)菌之外的,有什么辦法能夠知道呢?
步驟三:歸納總結(jié)。通過圖示或CAI回顧總結(jié)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)過程,并作如下歸納:
①標(biāo)記噬菌體
含 35S的培養(yǎng)基 含 35S的細(xì)菌 蛋白質(zhì)外殼含35S的T2噬菌體
含 32P的培養(yǎng)基 含32P的細(xì)菌 內(nèi)部DNA含32P的T2噬菌體
②噬菌體侵染細(xì)菌
組別 被標(biāo)記的噬菌體 被侵染細(xì)菌 處理 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 成分
1 含35S的
T2噬菌體 未標(biāo)記
的細(xì)菌 攪拌
離心 上清液放射性很高 主要是噬菌體外殼
沉淀物放射性很低 主要是細(xì)菌
2 含 32P的
T2噬菌體 未標(biāo)記
的細(xì)菌 攪拌
離心 上清液放射性很低 主要是噬菌體外殼
沉淀物放射性很高 主要是細(xì)菌
③原理與結(jié)論
親代噬菌體 寄主細(xì)胞內(nèi) 子代噬菌體 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
32P標(biāo)記DNA 有32P標(biāo)記DNA DNA有32P標(biāo)記 DNA分子具有連續(xù)性,是遺傳物質(zhì)
35S標(biāo)記蛋白質(zhì) 無35S標(biāo)記蛋白質(zhì) 外塹鞍字飾?5S標(biāo)記
步驟四:深化討論:
問題1.科學(xué)家選用噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)來證明DNA是遺傳物質(zhì),你認(rèn)為有什么巧妙之處?這一實(shí)驗(yàn)與肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計的思想與方法上有什么共同之處?
問題2.同位素的標(biāo)記還可以用于哪些類型的研究?
2)注重演繹、推理的運(yùn)用。在科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程 [1] [2] 下一頁 中,與觀察、實(shí)驗(yàn)法一樣,演繹與推理也是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要方法。課標(biāo)也明確提出了《遺傳與變異》教學(xué)應(yīng)讓學(xué)生領(lǐng)悟假說與演繹在科學(xué)研究中的作用的要求。在本單元的教學(xué)中,許多內(nèi)容是適宜組織學(xué)生進(jìn)行演繹與推理的,如遺傳物質(zhì)應(yīng)該具備的條件,可從自然界生命現(xiàn)象的特點(diǎn)入手進(jìn)行分析推理;DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型可以科學(xué)家相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)為資料,引導(dǎo)學(xué)生去分析推理。下面重點(diǎn)以DNA半保留復(fù)制證明為例,說明演繹與推理在教學(xué)中的應(yīng)用。
步驟一:作出假設(shè)。要求學(xué)生根據(jù)已有DNA結(jié)構(gòu)等方面的知識對DNA可能的復(fù)制作出猜測,并對所猜測的復(fù)制方式作簡要的描述。
步驟二:分析推演。告訴學(xué)生,科學(xué)家已證實(shí),DNA是一種半保留式的復(fù)制。
問題1:從理論上作出推演,如果是半保留復(fù)制,親代的DNA分子復(fù)制后得到的第一代DNA和第二代DNA的組成是怎么樣的?
問題2:你如何識別DNA中的哪一條鏈?zhǔn)悄告溎囊粭l是子鏈呢?
(啟發(fā)學(xué)生采用同位素標(biāo)記的方法。)
問題3:你準(zhǔn)備用同位素標(biāo)記哪種物質(zhì)?哪種元素?
問題4:如果原DNA是15N的,原料是14N的,那么請推演復(fù)制后的第一代DNA與第二代DNA中N的情況如何?用圖解表示出來。
問題5:根據(jù)分析第一代的每條DNA都是一條鏈含有15N,另一條鏈含有14N的(表示為15N/14N—DNA);第二代的DNA中有一半是14N/14N-DNA,另一半為15N/14N-DNA。但我們是看不出DNA分子的,有什么辦法我們可以知道這一結(jié)論呢?
(引導(dǎo)學(xué)生考慮同位素除了放射性不同外,還有哪些性質(zhì)。啟發(fā)學(xué)生明確同位素的質(zhì)量也是不相同的。)
問題6:根據(jù)同位素質(zhì)量的不同,你有什么辦法可以區(qū)別不同同位素標(biāo)記的DNA呢?
問題7:如果對每一代的DNA進(jìn)行離心分離,推演實(shí)驗(yàn)的結(jié)果會是怎樣的呢?
最后向?qū)W生介紹科學(xué)家所做的具體實(shí)驗(yàn),并分析討論DNA半保留復(fù)制的具體過程。
3)重視模型的構(gòu)建與運(yùn)用。模型構(gòu)建是自然科學(xué)研究中的一種常用方法。在現(xiàn)代生物科學(xué)研究中,模型方法被廣泛運(yùn)用。模型方法也被引入新課標(biāo)中。在生物科學(xué)學(xué)習(xí)中,模型提供觀念和印象,是非常吸引學(xué)生的生動的感性材料,是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。本單元的兩個建議活動都是與模型構(gòu)建相關(guān)的,教學(xué)中要切實(shí)加以落實(shí)。
例如,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建,教學(xué)中可以采取以下步驟:
步驟一:資料搜集。課前由學(xué)生搜集DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的相關(guān)資料,為課上進(jìn)行交流與討論作為準(zhǔn)備。
步驟二:模型討論。圍繞模型構(gòu)建過程的相關(guān)資料,提出問題讓學(xué)生進(jìn)行分析討論,如:①哪些資料支持DNA是雙鏈的結(jié)構(gòu)?②哪些資料支持DNA堿基間的配對是嘌呤與嘧啶?哪些支持A與T配對,G與C配對?③哪些觀點(diǎn)支持磷酸與核糖的骨架在螺旋的外部,堿基對在螺旋的內(nèi)部?④DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建運(yùn)用到了哪些學(xué)科的知識與方法?有哪些科學(xué)家為此作出了貢獻(xiàn)?能夠給你哪些方面的啟迪?等等。
步驟三:模型構(gòu)建。學(xué)生自己動手構(gòu)建模型。
對于條件有限,學(xué)生搜集資料有困難的學(xué)校,也可由教師搜集并提供資料給學(xué)生進(jìn)行討論。例如,提供不同生物DNA堿基組成的材料以及嘌呤與嘧啶的分子結(jié)構(gòu)資料,讓學(xué)生分析堿基之間的數(shù)量關(guān)系,進(jìn)而推測堿基間的可能配對關(guān)系等。
4)重視直觀教學(xué)手段的運(yùn)用。本單元是內(nèi)容復(fù)雜抽象,運(yùn)用現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)手段輔助教學(xué),能充分體現(xiàn)多媒體手段的優(yōu)勢,化微觀為宏觀,化靜止為動態(tài)。如DNA的復(fù)制過程,基因控制蛋白質(zhì)的合成過程等,如果能制作或有選用一些多媒體動畫,對促進(jìn)學(xué)生理解知識知識,突破難點(diǎn),提高教學(xué)質(zhì)量是十分有益的。但要注意避免將知識的理解作為唯一的目標(biāo)追求,用多媒體的手段替代學(xué)生活動過程及思維過程的做法。
如何運(yùn)用多媒體組織教學(xué),要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)對象的具體情況來確定。如噬菌體的結(jié)構(gòu),屬于陳述性內(nèi)容,而且了解其結(jié)構(gòu)的目的是服務(wù)于對噬菌體侵染細(xì)菌的過程的理解,其結(jié)構(gòu)的掌握本身并不是教學(xué)需要達(dá)成的目標(biāo),因此可通過幻燈片直接向?qū)W生介紹;噬菌體侵染細(xì)菌過程的也只是為了服務(wù)于DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證明的,因此也可以直接向?qū)W生展示侵染過程的動畫。但DNA的半保留復(fù)制,就必須在學(xué)生充分分析推理探究的基礎(chǔ)上再展示,其展示的目標(biāo)在于進(jìn)一步印證自己的分析推斷,并加深對這一知識的理解。同樣蛋白質(zhì)的合成過程也不宜直接通過多媒體向?qū)W生展示其過程,媒體的使用宜用來提供學(xué)生分析推理的情境與資料,以及證明學(xué)生分析推理的結(jié)論,否則學(xué)生就失去了親歷探究的過程,思維訓(xùn)練被弱化,也就背離了課標(biāo)的要求上一頁 [1] [2]
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