应用框架问题进行“基因指导蛋白质的合成”一节的教学设计

陈兆亮（河北省秦皇岛市第一中学河北秦皇岛 066006）

应用框架问题进行“基因指导蛋白质的合成”一节的教学设计

陈兆亮（河北省秦皇岛市第一中学河北秦皇岛 066006）

叙述了教学设计运用“为什么RNA适于做DNA的信使？”“DNA的遗传信息如何传递给mRNA？”“mRNA如何指导蛋白质合成？”等7个环环相扣的框架问题，让学生置身于复杂的、有意义的问题情境中。学生在教师的引领下带着问题去思考、去探索，在思考和探索中学习新知识并培养思维能力。

框架问题 转录 翻译 知识迁移 课堂评价

文件编号：1003－7586（2017）01－0025－03

1 教材分析

本节是人教版必修2第四章学习的基础，集中讲述了基因指导蛋白质的合成，难度相对较大，是本章教学的难点。其内容不仅抽象复杂，而且涉及到的物质种类繁多。本节的主干知识是遗传信息的转录和翻译过程，尤其是翻译过程更为复杂，是本节内容的难点；侧枝内容是DNA与RNA结构的比较、3种RNA以及密码子、反密码子的概念、组成和特点等。

本节在新课程标准中的要求是：概述遗传信息的转录和翻译。“概述”是理解水平的要求，即要求学生能够把握知识的内在逻辑关系，并与已有的知识建立联系，且能进行解释、区分和扩展等。因此本节教学时，教师不应局限于对转录和翻译过程的单纯描述，而应当让学生理解转录和翻译的物质结构基础以及二者之间的内在逻辑联系。为了使学生要达到理解层次的目标，教师需要引导学生运用已有知识思考和讨论相关的问题。

在已经明确了基因、DNA、染色体之间的关系基础上，通过本节内容的学习，使学生进一步理解“基因是的作用过程”是理解“基因对性状的控制”的基础，更是从根本上帮助学生理解遗传与变异的本质，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。

2 教学目标

2.1 知识目标

（1）概述遗传信息的转录和翻译过程。

（2）建构转录、翻译与蛋白质间的逻辑关系。

2.2 能力目标

（1）能运用数学方法，分析碱基与氨基酸的对应关系。

（2）通过对“框架问题”的探究，培养分析能力。

2.3 情感、态度与价值观目标

（1）养成主动思索的良好习惯。

（2）提升自主学习生物学知识的热情，树立探索科学知识的意识。

3 教学过程

3.1 巧设引言，导入新课

教师播放转基因荧光鼠的视频，引出转录、翻译2个新名词，并将遗传信息的表达分为转录和翻译两个过程。然后，引导学生带着问题，阅读教材：①转录、翻译的定义、场所是哪里？②遗传信息是如何指导蛋白质合成的？③转录、翻译的产物是什么？这样来引发学生思考，开始新知识学习。

3.2 整理学习主线，把握主体知识

教师结合学生阅读，布置新任务，绘制遗传信息表达的逻辑主线（图1）。

图1 遗传信息表达的逻辑主线

3.3 转录

教师提出问题：①如何证明转录产物mRNA来自细胞核？

教师展示拉斯特的变形虫核移植实验：设置A、B两组实验。将A组变形虫置于含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中培养，B组置于不含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液中培养。一段时间的培养后，发现：被标记的RNA首先出现在A组的细胞核中，后又集中在细胞质中；然而B组中细胞核和细胞质中均不出现放射性。接着，将A组变形虫的核移植到去核的B组变形虫中的细胞质中，得到重组变形虫C，用不含15N标记的尿嘧啶核糖核苷酸培养液培养。结果显示，在C变形虫的细胞质中检测到了放射性。由此表明：RNA是在细胞核中转录形成的，并将DNA上携带的遗传信息带至细胞质中。

教师提出问题：②为什么RNA适于做DNA的信使？

教师带领学生比较DNA和RNA的化学成分、组成及结构。学生经过分析后，归纳出：①RNA分子结构与DNA很相似，也能储存遗传信息。②RNA一般是单链，比DNA短，易通过核孔转移到细胞质中。

教师提出问题：③DNA的遗传信息是怎样传给mRNA的？

结合问题①和②，学生知道了“mRNA是在DNA指导下合成的”，但其具体过程还比较模糊。此时，教师播放遗传信息表达过程的视频，让学生结合课本，试着用文字进行描述。随后，教师带领学生共同梳理转录过程：在细胞核中，DNA双链在DNA解旋酶催化下形成单链，以其中一条链为模板，在RNA聚合酶催化下，按照碱基互补配对原则合成一条单链mRNA，然后进行相应的加工，通过核孔进入到细胞质中，从而将遗传信息传递到mRNA上。

3.4 翻译

教师提出问题：为什么3个相邻碱基决定1个氨基酸？

教师引导学生依次思考若1、2或3外碱基决定1种氨基酸，最多能决定氨基数的种数，开启密码子知识的学习。

教师提出问题：密码子具有哪些特性？

教师让学生观察密码子表，得出密码子共64种，并查找起始密码子、终止密码子、亮氨酸的密码子。学生通过查找，知道终止密码子不编码氨基酸；一种氨基酸可以对应多种密码子；且在多种密码子中往往是第三个碱基不同。随后，教师总结密码子特性：简并性；摆动性；通用性。

教师提出问题：mRNA上的密码子是重叠阅读，还是非重叠阅读？

教师播放克里克遗传密码验证实验，通过研究T4噬菌体上一个基因由于碱基数目改变而对蛋白质产生的影响：采用加入或减少1个、2个或3个碱基的方法，观察对蛋白质合成的影响：最后得出加入或减少3个碱基时，对于噬菌体蛋白的合成影响最小。学生从而知道：遗传密码是从一个固定点开始，以非重叠的形式阅读。然后，教师要求：学生写出一段RNA序列，亲自感受实验过程，加深对理论的理解。

教师提出问题：mRNA是如何指导蛋白质合成的？

教师播放翻译过程的视频，让学生了解大致过程后，思考带领学生思考几个重要的子问题（氨基酸如何进入核糖体；核糖体如何移动；肽链如何形成；翻译的终点等），并总结出翻译过程：核糖体首先结合到mRNA上，tRNA携带氨基酸置于核糖体的第一个合成位置；第二个tRNA再携带下一个氨基酸到第二个合成位置；两个氨基酸脱水缩合形成肽键；在ATP供能下，核糖体移动三个碱基，再进行下一个合成循环；直到终止密码子翻译完全部编码信息，新肽链脱落，经盘曲折叠、修饰，形成成熟蛋白质。

3.5 建构知识内在逻辑关系框架

教师为避免学生对转录、翻译知识发生混淆，引导其构建逻辑框架（图2）。

图2 转录、翻译逻辑关系图

3.6 学以致用，知识迁移

教师指导学生对课本插图进行分析：1条mRNA可以同时结合许多个核糖体形成多聚核糖体；一般来说，mRNA链相对越长，其上附着的核糖体就会越多；其依赖于相同的模板，同时合成大量的相同肽链，以此来提高翻译效率，并且根据不同核糖体上合成多肽链的长度来判断翻译的方向。

3.7 评价课堂知识的生成

经过以上学习，学生对于遗传信息的表达过程已经有所理解。这时，教师可以精选习题来考查学生对知识的理解情况，并综合评价，一方面可以保证教学内容的达成，另一方面，通过习题反馈指导教师教学。

【例1】图3为细胞中核糖体合成蛋白质的示意图，下列说法中正确的是（）

图3 核糖体合成蛋白质示意图

A.核糖体在①上的移动方向都是从左到右

B．4条多肽链是同时开始合成的

C．最终合成的②③④⑤结构不同

D．每个核糖体都能单独合成完整的肽链

【例2】图4为原核细胞内基因控制蛋白质合成的示意图，据图分析正确的是（）

图4 原核细胞基因控制蛋白质合成示意图

A．①②两处都有大分子的生物合成，图中DNA可以与有关蛋白质结合成染色体

B．①②两处都发生碱基互补配对，配对方式仅有A和U、G和C

C．①处有DNA聚合酶参与，②处没有DNA聚合酶参与

D．①处有DNA－RNA杂合双链片段，②处没有DNA－RNA杂合双链片段

4 教学反思

本节采用了框架问题教学模式，按照学生的逻辑认知规律，让学生带着疑问开始本节课，不仅可以激发学生的学习热情，还利于后面学习环节顺利进行。教师采用递进式疑问句——“遗传信息是如何传给mRNA的呢？”“mRNA的信息如何传给蛋白质的？”开启课堂内容教学，利于激发学生的求知欲，也让教师的教学思路更加清晰，从而更好把握和调控课堂。同时，围绕mRNA上几个碱基决定一个氨基酸为探究点，教师运用数学方法，激发了学生的创造性思维。

教师选用Flash课件展示转录、翻译的抽象过程，比教师的描述说教更有效，学生更易理解接受。针对课堂评价习题的编制，例1重点考查翻译内容，使学生达成知识迁移的目标；例2具有总结性，综合了转录和翻译知识。练习形式的多样化，学生感到新颖有利于提高他们的学习积极性。

本节通过教师提出问题、学生思考，避免了学生陷入“学习时都懂，学完了都不懂”的低效课堂局面，以师生间的互动来促进学生的有效学习，引导学生的自主学习和自主探究，激发学生学习的兴趣，提高了教育教学效率。

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