基于PCK的实践——自制教具模拟DNA复制

王海滨 （广东省揭阳市华侨高级中学 广东揭阳 522000）

一直以来，人们总是认为只要具备了充足的知识体系，便能教好书。但是高中生物教学却是例外，特别是必修2模块中的遗传学知识是非常抽象的，由于受到各种因素限制，往往不能进行实验，只能单纯靠教师课堂讲解，学生也只有通过空间思维来理解。这样会导致学生对知识掌握不牢，课堂效率低下。如何高质量高效率完成教学工作？自制教具有强大的生命力，尤其教师利用PCK的理念自制教具，更能在其基础上进一步显示出教学优势。

PCK是由美国学者舒尔曼首创的概念，是指教师个人独一无二的教学经验、教师独特学科内容领域和教育学的特殊整合，是教师对自己专业理解的特定形式。PCK既综合了学科知识，也结合了学生背景，是教师将学科内容转化和表征为个人教学方式的形式，是教师特有的知识。它适合不同能力和背景的学生。具有PCK理念的教师在选择适合主题的教学方法时，往往更加灵活，能够把复杂知识转变成熟悉的、易理解的知识。结合PCK理念，笔者在教学中发现利用塑料拉链这一日常材料来动态模拟DNA复制是很好的方法，因此在教学中设计并制作了这一替代模型。该模型不但弥补了常规教学教具复杂化、难以制作和控制的缺点，而且可以反复利用，动态模拟DNA复制，另外，也可以在其基础上进行改装作为其他内容的教学用具。使用该模型教学取得良好的教学效果，现抛砖引玉。

1 学具制作过程

1.1 制作材料

2根不同颜色长度约为30 cm的塑料拉链（布料拉链也可以），红色和白色2种不同颜色的A4纸，订书机，磁铁，剪刀。

1.2 制作方法

1.2.1 脱氧核苷酸链制作

20世纪50年代沃森和克里克构建了DNA双螺旋的结构。据此，塑料拉链结构只要稍加处理，就可以进行使用。塑料拉链主要由组合凹槽、拉头、胶片等组成。凹槽的组合与分离可以代表氢键的恢复与破坏。当拉头分离拉链时，可用来代表解旋酶解旋；当拉头组合凹槽时，又可以代表DNA聚合酶恢复氢键。塑料拉链两边有两片透明胶片，先用剪刀把打印在白色纸张中的4种不同的碱基（A、T、C、G）剪下来，用订书机把碱基订在胶片的两侧，作为亲代DNA分子（图1）。再准备另一条长度一样的塑料拉链，并用剪刀把打印在红色纸张中的4种不同碱基剪下来备用。

图1 模拟亲代DNA分子

1.2.2 酶的制作

用白色的纸张制作2个U形字样的图形代表DNA聚合酶，用红色的纸张制作类似梅花样的图形代表蛋白六聚体的DNA解旋酶。

2 DNA复制的模拟原则

DNA复制为半保留复制。先把其中一条蓝色的塑料拉链用磁铁固定在黑板上，把红色纸片制作的DNA解旋酶放在拉链拉头处以模拟DNA解旋酶和DNA结合，不断移动拉链的拉头，同时移动DNA解旋酶，模拟DNA的解旋，得到分开的两片拉链，作为亲代的DNA分子，用磁铁将其固定在磁性黑板上（图2A）。把另一条黄色备用的塑料拉链的拉头完全拉开作为两条子链，并分别用两个拉头与两条已经解旋的蓝色母链组合，把白色纸张制作的DNA聚合酶连在拉头的凹槽结合处，移动拉头时也不断移动DNA聚合酶，表示DNA聚合酶恢复氢键，凹槽的结合部位同时用订书机把备用的红色碱基纸片按照碱基互对配对原则将其订在配对的黄色子链的区域。由于DNA复制是按照5′到3′方向合成，因此，两边拉头连接凹槽的方向也必须是按相反的方向进行（图2B）。按照这种原则不断延伸，到最后把原来组合母链的拉头去掉，并移开DNA解旋酶，表示解旋结束。另一侧则不断移动拉头把子链与母链的凹槽组合，同时将配对的红色碱基纸片用订书机订在子链区域，当两条子链分别完全与两条母链的凹槽互锁后，移开DNA聚合酶，最终得到两个完全相同的子代DNA分子，每一个子代DNA分子包含一条母链和一条新合成的子链，用磁铁将它们固定在磁性黑板上（图2C）。这样就完成了DNA的复制过程。

图2 模拟DNA的复制

3 教学反思

模型和建模研究目前已成为国际科学教育的重要研究议题之一，越来越多国家的科学教育标准都强调模型和建模的作用，并将其纳入到教学内容中，而利用PCK理念自制的新型教具模型又进一步提升了教师课堂教学的针对性、趣味性、可行性。在国内中学生物教学中，很多实际的观察、实验、探究等活动，正不断被电子图片等方式取代。笔者用塑料拉链结构设计制作的DNA结构相对稳定，不但教师可以重复演示，学生也可以演示，以锻炼他们的思维和表达能力，亲历探究的过程，便于掌握知识、方法和技能，体现了科学精神和科学本质，这是任何多媒体技术替代不了的。此实践也更体现了PCK的核心内涵：“立足于学生立场，实现知识转化”。