陳紹勇

摘 要：通過角色扮演，變微觀抽象為宏觀具體，突破 DNA分子重組的教學(xué)重點、難點，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力、自主探究精神、合作探究意識、交流表達(dá)能力和邏輯思維素養(yǎng)等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生深切感受到在角色扮演中學(xué)習(xí)的快樂。

關(guān)鍵詞：角色；目的基因；運載體；重組

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）06B-0085-02

一、教學(xué)內(nèi)容分析

“重組DNA分子的模擬操作”是人教版高中生物《現(xiàn)代生物科技專題》中專題1第一節(jié)《DNA重組技術(shù)的基本工具》中的一個模擬實驗。DNA分子重組的基本原理是本專題學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，是構(gòu)建基因表達(dá)載體的關(guān)鍵步驟。首先，由于DNA分子重組是分子水平的操作，對學(xué)生而言較為抽象，不易理解；其次，在教材的模擬操作實驗中學(xué)生容易誤解限制性核酸內(nèi)切酶（restriction endonucleases）和DNA連接酶（DNA ligase）的作用位置，且不利于學(xué)生對實驗結(jié)果的分析。因此，學(xué)生通過模擬實驗不僅能深刻理解限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶及運載體（vector）的功能特點，而且有助于學(xué)生形象生動地理解目的基因與載體的重組過程，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作探究意識、邏輯思維素養(yǎng)等。

二、學(xué)情分析

通過對必修2第六章第二節(jié)《基因工程》的學(xué)習(xí)，學(xué)生對基因工程的概念及過程都有了初步了解，為本實驗的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；但學(xué)生對基因工程的核心——基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程并不清晰，本實驗的目的就在于幫助學(xué)生更好地理解DNA重組過程。

三、課前準(zhǔn)備

便利貼（10cm×10cm）120張，對于其中60張分別用4種顏色記號筆寫上A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）各自數(shù)量15；剩余60張用黑色記號筆寫上代表磷酸基團(tuán)；A4紙2張，分別用黑、紅色記號筆寫上EcoR1限制酶、Ecoli DNA連接酶；透明膠帶一卷。

四、教學(xué)過程

（一） 創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的體驗欲望

引導(dǎo)學(xué)生回顧“DNA重組技術(shù)的基本工具”的原理，并觀察教材中的插圖，讓學(xué)生思考以下問題：假如你是轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的科學(xué)家，你將怎樣把抗蟲基因拼接到運輸工具——載體上？閱讀教材第6頁的“重組DNA分子的模擬制作”，思考該模擬制作中有什么不足之處？思考如何模擬目的基因與載體的結(jié)構(gòu)以及二者的重組的過程？在這個過程中限制酶、DNA連接酶、運載體的主要功能及作用原理是什么？通過一系列問題讓學(xué)生在頭腦中對模擬實驗進(jìn)行初步構(gòu)建，激發(fā)學(xué)生體驗的欲望。

（二）體驗樂趣——模擬構(gòu)建脫氧核苷酸模型

對于問題“一分子脫氧核糖核苷酸包括哪幾個部分？脫氧核苷酸有幾種？”在學(xué)生回答后，老師總結(jié)：1分子堿基+1分子脫氧核糖+1分子磷酸構(gòu)成1分子脫氧核苷酸；堿基有四種，因此，相應(yīng)的脫氧核苷酸有四種。接著老師選一名學(xué)生到講臺上，讓其保持右手側(cè)平舉，左手彎曲握拳的姿勢，然后引導(dǎo)學(xué)生思考：該同學(xué)可以表示一個脫氧核苷酸嗎？學(xué)生思考回答后，老師總結(jié)并提示該同學(xué)右手側(cè)平舉代表含N堿基，左手彎曲握拳代表磷酸，頭和身體代表脫氧核糖。然后，老師把準(zhǔn)備好的便利貼隨機(jī)發(fā)給60位學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生把寫有的貼在自己的左手背上，寫有A、G、T、C貼在右手背上，這樣脫氧核苷酸就構(gòu)建完畢，既簡單又直觀。

（三）體驗探究——模擬目的基因與運載體重組

用PPT展示DNA的平面結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生分析脫氧核苷酸是如何連接形成雙鏈的DNA分子的？再展示教材中的插圖，引導(dǎo)學(xué)生再一次認(rèn)識EcoRI限制酶的識別序列、切割位點和形成的末端類型，為準(zhǔn)確快速模擬目的基因與運載體重組作鋪墊。

體驗1：工具酶的構(gòu)建。

選2名男生，把寫有EcoRI限制酶、Ecoli DNA連接酶的A4紙分別用透明膠帶固定在2名男生胸前，并要求2名學(xué)生說出“自己”的化學(xué)本質(zhì)、功能特點。

體驗2：DNA分子片段構(gòu)建。

老師提問：為確保EcoRⅠ限制酶有識別序列和切割位點，在構(gòu)建DNA片段時，同學(xué)們應(yīng)注意什么問題？要把目的基因從DNA片段中切下，在DNA片段上至少要有幾個切割位點？學(xué)生通過思考，認(rèn)識到在構(gòu)建DNA片段時應(yīng)確保有EcoRⅠ限制酶的識別序列，從而使教師能夠很容易地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建提取目的基因的DNA片段。根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則及限制酶識別序列的要求選擇30名學(xué)生靠教室左側(cè)站成兩列，一列面向講臺，另一列與之相反。此時，學(xué)生根據(jù)已有的知識就能進(jìn)行DNA片段的構(gòu)建，每列中后一位學(xué)生的左手搭在前一位學(xué)生的肩上代表磷酸二酯鍵，這樣就形成兩條DNA片段的單鏈；然后，同排學(xué)生右手相拉代表堿基之間的氫鍵，此時提示學(xué)生看彼此手背上所貼的堿基，避免堿基互補(bǔ)配對錯誤，如果彼此是A、T，可以兩個手指相拉，如果是C、G，彼此三個手指相拉，形象直觀地展現(xiàn)出堿基間氫鍵的數(shù)量關(guān)系。提示學(xué)生觀察每列中哪幾位學(xué)生的左手（代表游離的磷酸基團(tuán)）是“閑著”的，再思考這是3端還是5端？這樣學(xué)生就能深刻的認(rèn)識到DNA分子兩條鏈反向平行的原理。

體驗3：運載體構(gòu)建。

對于問題：在基因工程中通常用什么作運載體，它的化學(xué)本質(zhì)及結(jié)構(gòu)是什么？構(gòu)建的運載體有游離的磷酸基團(tuán)嗎？構(gòu)建運載體與DNA片段有什么相同點？學(xué)生通過討論，很容易就能解答上述問題。組織剩余的30名學(xué)生根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則及限制酶識別序列的要求以15人為一圈靠教室右側(cè)站成內(nèi)外兩圈，用構(gòu)建DNA片段同樣的方法構(gòu)建運載體——質(zhì)粒。

體驗4：模擬目的基因與運載體重組。

在老師指導(dǎo)下，由EcoRⅠ限制酶的學(xué)生分別在模擬的目的基因和運載體上找到識別的序列和切割位點，將“目的基因”從構(gòu)建的DNA片段中切下，把運載體切開，并產(chǎn)生相同的黏性末端；此時，再由模擬Ecoli DNA連接酶的學(xué)生根據(jù)相同黏性末端互補(bǔ)的特點將“目的基因”與“運載體”連接起來。此時老師提問：“限制酶切割的是什么鍵？Ecoli DNA連接酶連接的是什么鍵？堿基之間的氫鍵是如何斷開與形成的？”學(xué)生通過交流討論從而理解限制酶和連接酶的功能及作用部位。

有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)由單一EcoRⅠ限制酶切下的目的基因會形成環(huán)狀（簡稱DNA環(huán)化），教師要引導(dǎo)同學(xué)們思考這是為什么，如何避免獲得的目的基因環(huán)化？從而又引入SmaⅠ限制酶的學(xué)習(xí)，如果同時用兩種限制酶去識別切割相應(yīng)的位點，得到的“目的基因”是否環(huán)化？從而引起DNA環(huán)化的原因不攻自破。接著，老師讓模擬目的基因的學(xué)生在連接酶的作用下轉(zhuǎn)過180°與運載體連接，讓學(xué)生仔細(xì)觀察思考這和之前的連接結(jié)果有什么不同，為什么？由于載體上的基因表達(dá)具有一定的方向性，轉(zhuǎn)過180°后連接會轉(zhuǎn)錄出不同核糖核苷酸序列的mRNA，從而可能得到不同的蛋白質(zhì)。經(jīng)過這番模擬，這個極難理解的問題就迎刃而解。

（四）強(qiáng)化體驗成果——課堂小結(jié)

老師引領(lǐng)學(xué)生總結(jié)回顧DNA重組技術(shù)工具的功能、作用特點以及DNA重組的基本原理；引導(dǎo)學(xué)生說說自己在角色扮演中的感受及有待改進(jìn)的地方，并與同學(xué)交流分享；最后，提示學(xué)生思考這種角色扮演方法對理解DNA分子結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄有什么啟示。

五、教學(xué)反思

體驗式教學(xué)法的創(chuàng)立源于美國教育理論家約翰·杜威，是指假定某一模擬環(huán)境，學(xué)生扮演特定角色，通過學(xué)生的表演使所有學(xué)生參與到模擬環(huán)境當(dāng)中，學(xué)生通過觀察、參與、體驗、反思等過程，在實踐中得以體驗，在體驗中得以成長，在成長中得以感悟，在感悟中得以提高。通過角色扮演體驗?zāi)康幕蚺c載體的重組過程，把微觀抽象的問題宏觀具體化，使學(xué)生不但感受到在游戲活動中學(xué)習(xí)的快樂，而且對學(xué)生的參與意識、學(xué)習(xí)熱情、合作探究、抽象思維等的培養(yǎng)有著促進(jìn)作用。

設(shè)計角色扮演，引導(dǎo)全班參與思考如何模擬構(gòu)建，教師要在探索中積極糾正錯誤，最終成功模擬DNA分子的重組過程，從而突破難點。經(jīng)過角色體驗，學(xué)生不僅深刻認(rèn)識DNA分子的重組過程，還能進(jìn)一步鞏固理解DNA分子結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的過程。

參考文獻(xiàn)：

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