角色扮演

陈绍勇

摘 要：通过角色扮演，变微观抽象为宏观具体，突破 DNA分子重组的教学重点、难点，有利于培养学生的动手操作能力、自主探究精神、合作探究意识、交流表达能力和逻辑思维素养等，激发学生学习兴趣，使学生深切感受到在角色扮演中学习的快乐。

关键词：角色；目的基因；运载体；重组

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2018）06B-0085-02

一、教学内容分析

“重组DNA分子的模拟操作”是人教版高中生物《现代生物科技专题》中专题1第一节《DNA重组技术的基本工具》中的一个模拟实验。DNA分子重组的基本原理是本专题学习的核心内容，是构建基因表达载体的关键步骤。首先，由于DNA分子重组是分子水平的操作，对学生而言较为抽象，不易理解；其次，在教材的模拟操作实验中学生容易误解限制性核酸内切酶（restriction endonucleases）和DNA连接酶（DNA ligase）的作用位置，且不利于学生对实验结果的分析。因此，学生通过模拟实验不仅能深刻理解限制性核酸内切酶、DNA连接酶及运载体（vector）的功能特点，而且有助于学生形象生动地理解目的基因与载体的重组过程，还有利于培养学生的合作探究意识、逻辑思维素养等。

二、学情分析

通过对必修2第六章第二节《基因工程》的学习，学生对基因工程的概念及过程都有了初步了解，为本实验的学习奠定基础；但学生对基因工程的核心——基因表达载体的构建过程并不清晰，本实验的目的就在于帮助学生更好地理解DNA重组过程。

三、课前准备

便利贴（10cm×10cm）120张，对于其中60张分别用4种颜色记号笔写上A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鸟嘌呤）各自数量15；剩余60张用黑色记号笔写上代表磷酸基团；A4纸2张，分别用黑、红色记号笔写上EcoR1限制酶、Ecoli DNA连接酶；透明胶带一卷。

四、教学过程

（一） 创设情景，激发学生的体验欲望

引导学生回顾“DNA重组技术的基本工具”的原理，并观察教材中的插图，让学生思考以下问题：假如你是转基因抗虫棉的科学家，你将怎样把抗虫基因拼接到运输工具——载体上？阅读教材第6页的“重组DNA分子的模拟制作”，思考该模拟制作中有什么不足之处？思考如何模拟目的基因与载体的结构以及二者的重组的过程？在这个过程中限制酶、DNA连接酶、运载体的主要功能及作用原理是什么？通过一系列问题让学生在头脑中对模拟实验进行初步构建，激发学生体验的欲望。

（二）体验乐趣——模拟构建脱氧核苷酸模型

对于问题“一分子脱氧核糖核苷酸包括哪几个部分？脱氧核苷酸有几种？”在学生回答后，老师总结：1分子碱基+1分子脱氧核糖+1分子磷酸构成1分子脱氧核苷酸；碱基有四种，因此，相应的脱氧核苷酸有四种。接着老师选一名学生到讲台上，让其保持右手侧平举，左手弯曲握拳的姿势，然后引导学生思考：该同学可以表示一个脱氧核苷酸吗？学生思考回答后，老师总结并提示该同学右手侧平举代表含N碱基，左手弯曲握拳代表磷酸，头和身体代表脱氧核糖。然后，老师把准备好的便利贴随机发给60位学生，引导学生把写有的贴在自己的左手背上，写有A、G、T、C贴在右手背上，这样脱氧核苷酸就构建完毕，既简单又直观。

（三）体验探究——模拟目的基因与运载体重组

用PPT展示DNA的平面结构，引导学生分析脱氧核苷酸是如何连接形成双链的DNA分子的？再展示教材中的插图，引导学生再一次认识EcoRI限制酶的识别序列、切割位点和形成的末端类型，为准确快速模拟目的基因与运载体重组作铺垫。

体验1：工具酶的构建。

选2名男生，把写有EcoRI限制酶、Ecoli DNA连接酶的A4纸分别用透明胶带固定在2名男生胸前，并要求2名学生说出“自己”的化学本质、功能特点。

体验2：DNA分子片段构建。

老师提问：为确保EcoRⅠ限制酶有识别序列和切割位点，在构建DNA片段时，同学们应注意什么问题？要把目的基因从DNA片段中切下，在DNA片段上至少要有几个切割位点？学生通过思考，认识到在构建DNA片段时应确保有EcoRⅠ限制酶的识别序列，从而使教师能够很容易地引导学生构建提取目的基因的DNA片段。根据碱基互补配对原则及限制酶识别序列的要求选择30名学生靠教室左侧站成两列，一列面向讲台，另一列与之相反。此时，学生根据已有的知识就能进行DNA片段的构建，每列中后一位学生的左手搭在前一位学生的肩上代表磷酸二酯键，这样就形成两条DNA片段的单链；然后，同排學生右手相拉代表碱基之间的氢键，此时提示学生看彼此手背上所贴的碱基，避免碱基互补配对错误，如果彼此是A、T，可以两个手指相拉，如果是C、G，彼此三个手指相拉，形象直观地展现出碱基间氢键的数量关系。提示学生观察每列中哪几位学生的左手（代表游离的磷酸基团）是“闲着”的，再思考这是3端还是5端？这样学生就能深刻的认识到DNA分子两条链反向平行的原理。

体验3：运载体构建。

对于问题：在基因工程中通常用什么作运载体，它的化学本质及结构是什么？构建的运载体有游离的磷酸基团吗？构建运载体与DNA片段有什么相同点？学生通过讨论，很容易就能解答上述问题。组织剩余的30名学生根据碱基互补配对原则及限制酶识别序列的要求以15人为一圈靠教室右侧站成内外两圈，用构建DNA片段同样的方法构建运载体——质粒。

体验4：模拟目的基因与运载体重组。

在老师指导下，由EcoRⅠ限制酶的学生分别在模拟的目的基因和运载体上找到识别的序列和切割位点，将“目的基因”从构建的DNA片段中切下，把运载体切开，并产生相同的黏性末端；此时，再由模拟Ecoli DNA连接酶的学生根据相同黏性末端互补的特点将“目的基因”与“运载体”连接起来。此时老师提问：“限制酶切割的是什么键？Ecoli DNA连接酶连接的是什么键？碱基之间的氢键是如何断开与形成的？”学生通过交流讨论从而理解限制酶和连接酶的功能及作用部位。

有科学家发现由单一EcoRⅠ限制酶切下的目的基因会形成环状（简称DNA环化），教师要引导同学们思考这是为什么，如何避免获得的目的基因环化？从而又引入SmaⅠ限制酶的学习，如果同时用两种限制酶去识别切割相应的位点，得到的“目的基因”是否环化？从而引起DNA环化的原因不攻自破。接着，老师让模拟目的基因的学生在连接酶的作用下转过180°与运载体连接，让学生仔细观察思考这和之前的连接结果有什么不同，为什么？由于载体上的基因表达具有一定的方向性，转过180°后连接会转录出不同核糖核苷酸序列的mRNA，从而可能得到不同的蛋白质。经过这番模拟，这个极难理解的问题就迎刃而解。

（四）强化体验成果——课堂小结

老师引领学生总结回顾DNA重组技术工具的功能、作用特点以及DNA重组的基本原理；引导学生说说自己在角色扮演中的感受及有待改进的地方，并与同学交流分享；最后，提示学生思考这种角色扮演方法对理解DNA分子结构、DNA复制及转录有什么启示。

五、教学反思

体验式教学法的创立源于美国教育理论家约翰·杜威，是指假定某一模拟环境，学生扮演特定角色，通过学生的表演使所有学生参与到模拟环境当中，学生通过观察、参与、体验、反思等过程，在实践中得以体验，在体验中得以成长，在成长中得以感悟，在感悟中得以提高。通过角色扮演体验目的基因与载体的重组过程，把微观抽象的问题宏观具体化，使学生不但感受到在游戏活动中学习的快乐，而且对学生的参与意识、学习热情、合作探究、抽象思维等的培养有着促进作用。

设计角色扮演，引导全班参与思考如何模拟构建，教师要在探索中积极纠正错误，最终成功模拟DNA分子的重组过程，从而突破难点。经过角色体验，学生不仅深刻认识DNA分子的重组过程，还能进一步巩固理解DNA分子结构、DNA复制、转录的过程。

参考文献：

[1]姜中玉.“DNA的复制”一节的角色体验式教学设计[J].生物学教学，2015，（9）.

[2]吕宇良.“DNA的分子结构和特点”的体验式教学设计[J].生物学教学，2013，（7）.

[3]李一鸣，常亮，李荣.角色体验式教学法在大学生心理健康课堂教学中的应用研究[J].经济师，2011，（4）.