巧用图示与模型破解“DNA复制”难题

涂宽

[摘 要]

以难度较大、综合性较强的“DNA复制”难题为例，引导学生通过绘图、析图、思图等活动自主构建相关模型，并利用模型破解DNA复制难题，发展学生科学思维，提升生物学科核心素养。

[关键词]

高中生物;绘图;DNA复制模型;应用

一、问题的提出

近年来，随着信息技术的不断发展，越来越多的教师依赖于多媒体、交互白板等现代技术，忽略了对学生绘图能力的培养，进而导致学生懒于绘图、畏于绘图。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》在学科核心素养之一“科学思维”方面明确指出：学生要能够利用图示或模型等方式，进行表达并阐明生物学规律和原理以及发展趋势和结果。

“DNA复制”是高考的重点、难点，因其知识复杂、抽象，给学生的学习造成一定的困难。尤其“DNA复制与细胞分裂相结合”综合类试题，更让学生倍感头疼。甚至可以这样认为，这类试题离开了绘图根本无从下手。针对以上问题，在教学中，教师需组织学生通过“绘DNA半保留复制图”“析DNA半保留复制规律”“思DNA半保留复制应用”等活动，构建相应模型，从而帮助学生突破相关难题。

二、构建模型，夯实基础

（一）构建DNA分子结构模型，奠定基础

学生在学完DNA分子结构的相关知识之后，能概述DNA分子是由四种脱氧核苷酸构成，通常由两条碱基互补配对的反向平行长链形成双螺旋结构（见图1），故教师可引导学生用“|”表示DNA分子中的一条脱氧核苷酸单链，用“|～|”表示双链DNA分子（见图2），其中“～”表示连接两条脱氧核苷酸单链之间的氢键。

（二）构建DNA分子复制模型，分析规律

学生在学完“DNA的复制”这节课之后，能够概述DNA分子通过半保留方式进行复制，即分别以DNA分子的两条链为模板，各自合成与母链互补的一条子链。新合成的子链与对应的母链盘绕成双螺旋结构。复制完成后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。隨后，教师可引导学生构建DNA半保留复制模型：用“|”表示DNA分子的母链，用“|”表示DNA分子新合成的子链，具体过程如图3所示。

学生在自主构建出DNA半保留复制模型后，教师可引导学生观察分析得出以下结论：①一个DNA分子经过n次复制可产生2n个DNA分子或产生2n+1条脱氧核苷酸单链;②第n次复制后，含母链的DNA分子永远只有2个，只含母链的DNA分子有0个;③第n次复制后，含新合成子链的DNA分子有2n个，只含新合成子链的DNA分子有2n-2个。

（三）构建细胞分裂中DNA复制模型，深化应用

学生在掌握了DNA复制模型后，教师便可引导学生构建DNA复制与细胞分裂相结合的模型：①在细胞分裂过程中，用DNA半保留复制揭示染色体行为及数量变化的本质（见图4），其中“-”表示着丝点;②细胞分裂类型在试题中主要考察有减数分裂和有丝分裂，故需构建两种模型，且均以动物细胞（2n=4）为例（见图5和图6）。

学生在自主构建完细胞分裂中DNA复制模型后，教师可引导学生观察分析得出以下结论：①经减数分裂形成的四个子细胞中，每条DNA都含有母链和新合成的子链;②经一次有丝分裂形成的两个子细胞中，每条DNA都含有母链和新合成的子链;③上述子细胞进行第二次有丝分裂后期时，由于染色体分配的随机性，随后形成的子细胞中含有母链的DNA数量范围为0～4;④细胞经连续两次有丝分裂形成的4个子细胞中含有母链细胞数目范围为2～4。

三、运用模型，突破难题

单纯对知识的机械理解和记忆不仅忽略学生的认知规律，阻碍学生思维能力的提升，还极大地降低学生的学习兴趣，使课堂死气沉沉、索然无味。而绘图构建模型的方法，一方面将抽象知识总结出规律，提升学生解题能力;另一方面培养学生归纳与概括能力，明晰不同概念之间的关系，形成生命观念，进而提升学生的核心素养。

（一）运用DNA分子结构模型，破解与DNA分子结构相关的计算

【解析】若进行有丝分裂，需连续进行两次有丝分裂才能产生4个子细胞;若进行减数分裂，分裂结束后产生4个子细胞。据细胞有丝分裂中DNA复制模型，第一次有丝分裂，两个子细胞所有的染色体都含有15N标记;当细胞处于第二次有丝分裂后期时，姐妹染色单体随机分开，含有15N的染色体也随机进入2个子细胞，故含有15N标记的子细胞数量范围：2～4个，因此，A选项错误。根据细胞减数分裂中DNA复制模型，产生的4个子细胞一定都含有15N，故B、C、D选项正确。因此，本题选A。

【模型评价】该模型将复杂知识“细胞分裂与DNA半保留复制相结合”简化，突出细胞分裂与DNA半保留复制之间的相互联系，一方面极大地提升学生的解题速度和准确性;另一方面有利于学生构建“亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上”这一重要概念，进而发展学生核心素养。

四、反思

综上所述，通过绘图构建模型的教学策略，一方面能激发学生自主处理和利用原有的知识经验，构建新的知识和概念，从而突破DNA复制相关难题;另一方面锻炼学生的动手能力，帮助学生初步了解并掌握模型构建的一般方法，提升分析问题、解决问题的能力。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（责任编辑：符 洁）