“基因指导蛋白质的合成”一节的探究式教学设计

王吉文

(江苏省南京市人民中学 210005)

1 教材分析

“基因指导蛋白质的合成”是人教版高中生物学教材《遗传与进化》第4章“基因的表达”第1节的内容。本节内容主要包括基因转录形成RNA和RNA通过翻译形成蛋白质这两个相互联系的生命反应过程，而该过程发生于细胞内部，内容抽象难懂，既是重点也是难点。学生需要发展分析和综合、归纳和概括等理性思维能力，以准确理解基因指导蛋白质合成的过程以及建构“转录”和“翻译”的概念。阐明基因指导蛋白质合成的过程依靠的是一系列构思精巧的经典实验，也是引导学生探究性学习的良好素材。

笔者收集和梳理了若干经典实验，联系课程标准和学生的实际情况，对这些实验进行了符合学生认知特点和规律的处理，教学中通过引导学生分析实验现象、综合实验结论、展开合理推理、大胆想象和发散思考，结合小组合作的模拟活动发展学生的理性思维能力、建构概念，最终准确把握基因指导蛋白质合成的过程。

2 教学目标

2.1 知识目标 总结经典实验结论，概述基因指导的转录与翻译；理解基因指导的蛋白质合成过程。

2.2 能力目标 进行小组合作，合理使用教具模拟核糖体上蛋白质的合成过程，形成分析和综合、抽象和概括的思维习惯。

2.3 情感态度和价值观目标 认识生命活动的基本规律，树立科学的世界观。

3 教学过程

3.1 回顾旧知，创设探究情境 向学生展示噬菌体感染大肠杆菌示意图，教师提出：噬菌体的DNA进入大肠杆菌的细胞内，噬菌体用于合成自身蛋白质的场所、原料和能量来源于何处？引导学生回顾：噬菌体利用大肠杆菌提供的环境和原料合成自身的蛋白质。教师继续提问：控制蛋白质合成的是哪一种物质？引导学生回答：噬菌体的DNA控制蛋白质的合成。引出本节主题：DNA是如何控制蛋白质的合成的。

设计意图：通过引导学生联系之前一节的内容以及自身思维盲点，引发认知矛盾，激发探究学习的欲望。

3.2 通过分析、综合、想象和发散构建概念 教师以转录和翻译研究过程中的几组经典实验为线索，引导学生在分析实验、做出正确结论的同时，展开想象、推理和发散思维，结合教材，建构“转录”和“翻译”的概念。

然后，让学生根据一段具体的DNA序列，利用所提供的教具，小组合作概述基因指导蛋白质合成的过程，以检测学生对概念的理解。

3.2.1 分析实验现象并综合实验结论，建构“转录”概念 教师提出：DNA是直接控制蛋白质合成的吗？向学生展示经典实验①：35S标记半胱氨酸的大肠杆菌培养一段时间后，将大肠杆菌细胞破碎、离心、检测放射性，发现核糖体上有高放射性；32P标记T2噬菌体DNA，再用噬菌体感染大肠杆菌，将大肠杆菌细胞破碎、离心、检测放射性，发现核糖体上没有放射性。让学生分析实验，尝试看能得出什么结论？

教师提出：那么充当DNA和蛋白质之间中间物质的“信使”可能是什么呢？继续展示经典实验②：先用T2噬菌体感染大肠杆菌，有新的RNA生成，再用32P标记新合成的RNA，将大肠杆菌细胞破碎、离心、检测放射性，发现核糖体上有高放射性。让学生分析实验，引导学生猜想：RNA可能是基因指导蛋白质合成的“信使”。并引导学生回顾RNA相关知识：碱基组成、组成单位和结构特点。

教师提出：如何证明实验②中的RNA和噬菌体DNA有关呢？即证明以噬菌体的DNA为模板合成RNA呢？接着展示经典实验③：将噬菌体DNA和大肠杆菌DNA加热变性至双螺旋解开，分别加入荧光标记的实验②中提取的RNA，各自在适宜的温度下保温足够的时间，用洗脱液洗脱，检测放射性，发现噬菌体DNA这一组的实验中出现放射性而大肠杆菌的没有。仍然让学生先思考分析实验，引导学生得出：噬菌体以自身的DNA为模板指导合成RNA。

之后引导学生仔细分析转录过程示意图、描述转录过程，总结归纳转录的场所、模板、原料、所需的酶、碱基配对原则。

设计意图：引导学生学会分析实验现象、综合实验结论构来建“转录”概念，并且发展“分析和综合”这一重要的理性思维能力。

3.2.2 展开想象和发散思维，构建“翻译”概念 教师提出：DNA和RNA上的信息都是以碱基的顺序来编码的，但是组成蛋白质的是氨基酸，碱基的顺序如何转变成氨基酸的顺序呢？(引出碱基和氨基酸之间的编码问题，引导学生得出三个碱基决定一个氨基酸和密码子的概念。)向学生展示遗传密码子表，帮助学生总结归纳出密码子和氨基酸之间的关系：不是所有的密码子都编码氨基酸、一种密码子编码一种氨基酸而一种氨基酸可能不止一种密码子。接着教师继续引发新的认知矛盾：已知任何一种氨基酸都没有同时能和三个碱基结合的位点。

引导学生认识：必然还存在一种能够连接mRNA和氨基酸之间的物质——连接物。这一连接物应该具备能识别mRNA上的密码子并且同时能连接氨基酸特点。

教师继续引导学生猜想连接物的化学本质可能是什么呢？并展示经典实验④：在大肠杆菌的细胞提取物中加入14C标记的氨基酸和其他必备物质,一段时间后检测放射性强度，发现一种未知的小RNA中的放射性强度/蛋白质中的放射性强度 = 489/30；再过一段时间，发现这种未知小RNA中的放射性强度/蛋白质中的放射性强度 = 180/374。教师提出：分析实验现象，从中能得出什么结论？(引导学生思考并说出：氨基酸在形成蛋白质之前可能先和这种小RNA结合，即这种RNA可能就是“翻译”时的连接物。)随后引出tRNA的概念和示意图，引导学生辨识密码子和反密码子的概念。

教师展示一幅大肠杆菌多聚核糖体的电镜照片，并标识出其中的mRNA、核糖体和多肽链。让学生结合之前展示的3组实验，思考蛋白质合成的过程大体是怎样的？(对该图片可以有多种解释，可以利用此图启发和培养学生的想象力与发散思维能力。)引导学生想象出翻译的可能过程：以DNA为模板转录形成mRNA，然后mRNA结合到核糖体上，tRNA转运氨基酸到核糖体，mRNA和核糖体之间相对移动的过程中多肽逐渐合成。教师因势导出翻译的过程示意图，引导学生仔细分析并概述翻译的过程。

设计意图：引导学生在分析、综合实验现象和结论的基础上，展开大胆想象和发散思维，将静态的信息在头脑中转化为动态的生命反应过程，逐步构建“翻译”概念。

3.2.3 模拟蛋白质合成过程，加深概念理解 教师将学生4人分为一组，每组1块小黑板、1支记号笔，事先制作1块核糖体形状硬纸板、每种tRNA形状(倒“L”形)的硬纸板若干、20种代表各种氨基酸的各种几何形状的硬纸板若干(临时粘在模拟tRNA的硬纸板的一端)以及模拟mRNA的一长条状的硬纸板，用磁铁将这些教具固定在小黑板上。

教师在课件上按组号列出编号1～10各不相同的具有30对碱基对的DNA序列(提前在序列中设计好对应于起始密码子和终止密码子的碱基序列)，让每组根据组号，选择其中指定的一条链为模板，在模拟mRNA的硬纸板上写出mRNA序列，然后教师引导学生在组内对照翻译的过程示意图和密码子表，在黑板上利用教具模拟翻译的过程。最后随机选择几组在全班范围内展示，并写出该组模拟翻译过程而得出组成多肽的氨基酸序列。此过程便于学生在模拟和展示的过程中发现对“翻译”过程理解不深入或错误的地方，并能及时纠正。

设计意图：引导学生通过本活动，既加深对遗传信息传递过程的理解，又检查自己对构建的“转录”和“翻译”概念的理解是否准确，并对之前的学习过程进行及时评价。

3.3 表现性评价 除了传统的纸笔测验，本节课还采用多元化表现性的评价提高学生的学习效果和兴趣。例如，教师让学生对参加展示的小组评分，评出最佳小组和最佳组员，以鼓励学生在课堂上敢于表现和珍惜发言的机会，教师还可以引导学生利用计算机技术制作转录和翻译的过程动画，并进行评奖，对于制作出没有科学性错误、动画质量优异作品的学生及时地给予奖励等。

4 教学反思

本节教学打破了以往生命活动过程的教学框架，即主要通过引导学生对照示意图或者视频概述生命反应过程、总结反应规律，而是以构建概念和发展学生的理性思维能力为目标，精心地对科学家做过的经典实验进行了符合中学教学实际的选取和加工，引导学生充分利用经典实验进行合作、探究式学习，进而构建概念、发展能力、形成良好的思维习惯。本节课也是以表现性的评价方式让学生有多种机会在学习过程中发现自己对概念理解是否准确并能及时纠错，调动了学生的积极性、创造性和学习的兴趣，取得了良好的教学效果。