創新設計手型 形象理解概念

楊洪斌 周素英

摘? ? 要：對概念的深入理解，既增強概念在學生大腦中的記憶，也有助于學生建立起概念之間的關聯。在高中生物核酸教學中，教師可以通過改變手型和在手型中做標注，創新設計出一種利用人的手型建構的簡易DNA學習模型，有利于學生形象深刻地掌握核酸的結構模型。

關鍵詞：手型;概念;核苷酸;學習模型

如今，建?；顒右殉蔀閷W?？茖W教育的最前沿[1]。建模使學生能夠創建、分析和演示一個概念或事物的內在工作原理，從而提供對概念或事物充分理解的證據[2]。許多中學教師在他們的教學設計中使用了構建模型的方法以展示DNA的結構和功能[3]，人教版教材中有制作DNA模型的方法，但這種方法費時較多。我們設計了一種簡易的DNA模型，即利用人的手型建構一種“簡易的DNA模型”。

一、建構脫氧核苷酸模型

DNA分子的一部分（圖1）可以分解為單個脫氧核苷酸。將脫氧核苷酸繪制在手套上以用作模型（圖2）。學生將在戴手套的手掌面和手背面上標記七個位置，以代表脫氧核苷酸的各個部分（不包括氮堿基）。其中五個位置由手套手掌上的脫氧核糖環結構的氧原子和四個碳原子組成，一個碳原子置于拇指中部。磷酸根離子置于拇指指尖。磷酸根離子能夠與相鄰核苷酸上的碳形成共價鍵。如圖2，食指是嘧啶堿基的模型，為胞嘧啶（C）或胸腺嘧啶（T），因為嘧啶堿基像較短的食指一樣是較短的單環分子（圖1）。中指代表為腺嘌呤（A）或鳥嘌呤（G），因為像更長的中指一樣，嘌呤是更長的雙環分子（圖1）。根據手套標記的類別可以分為兩組（表1）。

表1? ?手指標記堿基方式

二、模擬DNA核苷酸和分子

使用兩只戴著手套的手，一只手掌朝上，另一只手掌朝下，并讓一只手的食指或中指的尖端分別接觸另一只手的中指或食指的尖端，從而建立起脫氧核苷酸配對模式的模型。例如，一只手掌朝上，另一只手掌朝下，學生可以用右手的中指觸摸左手的食指，從而模擬C-G配對（圖3）。兩副手套的拇指應朝相反的方向伸展?；蛘?，學生可以用右手食指觸摸左手套的中指，以模擬A-T或G-C配對。學生可以切換每只手的手指，以繼續模擬含氮堿基間的配對關系。在堿基配對時，將模型中未使用的其他手指折回手套的手掌中。如果學生練習這項活動，他們將開始了解含氮堿基的大小是如何影響核苷酸配對的模式和DNA分子形狀的。

在其他學生的配合下，DNA分子的一部分可以由坐在長桌子對面并跨過桌子直到他們的手相遇的學生建模（圖4），圖4中桌子中間的長線表示中指，代表嘌呤;短線表示食指，代表嘧啶。該模型旨在為個別學生提供快速識別DNA分子，以補充他們對DNA核苷酸結構和功能的理解。

三、模擬核苷酸的氫鍵

為了深入了解氫鍵，學生還可以添加點來表示氫鍵，氫鍵將核苷酸彼此配對。C（嘧啶）和G（嘌呤）各自具有三個位置的氫鍵，這導致C與G的鍵合。類似地，腺嘌呤和胸腺嘧啶各自具有兩個位置的氫鍵，這將導致A與T的鍵合。學生將在手套指尖標記三個平行的點，代表參與C-G配對的三個氫鍵（圖3）。同理，學生將用兩個平行的點標記代表兩個A和T配對的氫鍵，使它們鍵合。這說明由于氫鍵的匹配，只有C可以與G鍵合，只有A可以與T鍵合。這是有助于描述DNA分子結構的關鍵因素。此時，還可以讓學生構建一個表格以顯示DNA含氮堿基之間的關系，如表2。

生物學模型可以幫助學生將困難的概念轉化為日常生活中普通的情景。通過建構、分析和解釋模型，學生可以更好地理解他們可能無法完全理解的概念[4]。對概念的深入理解，增強了概念在學生大腦中的記憶，也有助于讓學生建立起概念之間的關聯。建構此模型非常簡單，且能體現沃森和克里克在建構該模型時為什么要嘧啶和嘌呤配對，原因是嘧啶只有一個環，較短;而嘌呤有兩個環，較長;同時，該模型也能體現DNA分子寬度相同的原理。

參考文獻：

[1]BRYCE? C M， BALIGA V B， NESNERA K L D， et al. Exploring models in the biology classroom[J]. American Biology Teacher， 2016， 78（1）： 35-42.

[2]LOUCA L T， ZACHARIA Z C. Modeling-based learning in science education： cognitive， metacognitive， social， material and epistemological contributions[J].Educational Review， 2012， 64（4）： 471-492.

[3]朱世芳. 發揮學生在生物學課堂中的主體地位——“DNA的結構”一節的教學[J]. 生物學通報， 2015，50（7）：33-36.

[4]ROBERTS J R， ERIC H， PAUL D， et al. Physical models enhance molecular three-dimensional literacy in an introductory biochemistry course [J]. Biochemistry & Molecular Biology Education A Bimonthly Publication of the International Union of Biochemistry & Molecular Biology， 2005， 33（2）： 105-110.