陈文君 李文静

（江门台山市第一中学 广东江门 529200）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出，教师组织的单元教学活动应围绕大概念展开。为帮助学生达成对概念的理解，可开展制作模型活动。学生通过建模活动，深入理解知识形成过程的核心理念，已成为提高学生生物学学科核心素养的重要教学策略之一。

“基因指导蛋白质合成”所聚焦的概念是支撑核心概念3“遗传信息控制生物性状，并代代相传”的下位概念，是继DNA 复制及基因本质后，进一步阐明基因表达的过程，也是学习“基因突变及其他变异”的基础。因转录和翻译过程涵盖的名词、概念众多，多年教学中发现，教师受限于动画制作水平不高和教学资金不足以购买成品教具等原因，课堂中难以运用多种策略帮助学生突破次位概念“概述DNA 分子上的遗传信息通过RNA 指导蛋白质合成”的理解。现介绍“基因指导蛋白质合成”教具的制作与使用，以期为一线教师提供更多种类的课堂组织策略。

1 建模教学与自制教具

凡是涉及模型构建、模型使用、模型评价和修正的教学都称为建模教学[1]。赵萍萍等[2]指出：在建模教学策略实施之初，教师可采用示范如何建模为主的教学形式，将建模的主要步骤潜移默化地渗透到教学中。自制教具演示则是教师示范建模的一种形式。课堂上可借助教具描述难以直接观测到的太大或太小的事物或现象，解释事物发生的原因和机理[3]。

2 模型的制作

2.1 模型成品图（图1）

图1 基因指导蛋白质合成模型图

2.2 各种材料在模型中的作用（表1）

表1 各种材料在模型中的作用

2.3 制备过程

2.3.1 碱基模型的制作 将5种颜色的EPE环保爬行垫剪成5 种形状（其中嘌呤规格为2 cm×3.5 cm，嘧啶规格为2 cm×3 cm），表示5种碱基，保证A与T或U能嵌入吻合，C与G能嵌入吻合，并标注英文缩写。

2.3.2 核糖核苷酸与氨基酸模型的制作 将浅褐色的扭扭棒剪成小段，中部固定碱基，两端做出钩和环（图2），用以模拟一个个核糖核苷酸聚合的过程。

图2 自制核糖核苷酸

用铁丝穿过不同颜色的绒毛球，两端做出钩和环（图3），用以模拟氨基酸形成肽链的过程。白板的右上角附密码子表，密码子旁贴有相应颜色的绒毛球，表示对应的氨基酸。

图3 自制氨基酸

2.3.3 DNA 的制作 2 条深褐色扭扭棒表示DNA的基本骨架，剪切小段同色的扭扭棒固定碱基（图4）。在个别碱基的背后贴上磁片，方便在白板上固定。随着碱基排列顺序的变换，可制作出不同种类的DNA，以体现DNA 分子的多样性。

图4 DNA片段

2.3.4 tRNA 模型的制作 用2 根扭扭棒做出tRNA 的三叶草形态，在碱基配对处用同色扭扭棒固定。在反密码子处凸出3 根扭扭棒，用以变换tRNA 上的反密码子（图5）。

图5 tRNA

用EPE 环保垫剪出葫芦状的核糖体，并用油性笔标注E、P、A位点（图6）。

图6 核糖体

在条状核膜上挖孔并用颜色相近的扭扭棒做出凸起代表蛋白复合体（图7）。

图7 核膜及核孔

2.3.5 展示板的制作 取60 cm×90 cm 的白板2块，按图8规格制作展示板。

图8 基因指导蛋白质合成过程演示板

窗帘滑道固定在白板上，并在白板上方固定铁杆，用铁丝做出简单拉勾并悬挂操纵绳，方便核糖体和tRNA等部件的移动。

3 模拟“基因指导蛋白质合成”的过程

核心概念能为新知识的获取提供组织架构,并建议将陈述式的核心概念转换成问题的形式，这些问题的答案直接指向核心概念[4]。这种策略同样适用于下位概念的构建。

因此，为帮助学生从整体上认识基因表达的过程，现将“基因指导蛋白质合成”一课所涉及的次位概念及其对应问题一一列出，并整理如表2所示。

表2 “基因指导蛋白质合成”的次位概念及对应问题

3.1 遗传信息的转录 在构建转录模型前，指导学生思考以下问题：模型中如何区分DNA 和RNA？贮存在DNA 碱基序列中的遗传信息，如何传递到RNA？转录得到的RNA 的碱基序列与DNA 2 条链的碱基序列有哪些异同？

现有模板——DNA 的1 条链，工人——RNA聚合酶，原料——4 种核糖核苷酸，教师在讲台模拟转录的过程，具体如下：

1）模拟转录的过程。RNA 聚合酶（椭圆蛋糕盒）与DNA 结合，形成复合体后，将DNA2条链分开，模拟解旋过程。根据碱基互补配对原则，核糖核苷酸与模板链上的碱基配对，并借助核糖核苷酸模型底部的钩和环相连，延伸mRNA（图9）。同时，演示错误碱基的碰撞，例如，A 与C，由于碱基间（在形状上）不能嵌入吻合，所以，错误核糖核苷酸离开。

图9 mRNA 延伸示意图

2）mRNA 的去向及DNA 的变化。完成转录后的mRNA 经核孔进入细胞质，DNA 恢复双螺旋结构。借助白板上部的铁杆和细丝，将合成的mRNA 拉出核孔，进入细胞质，固定在窗帘滑道上；利用部分碱基背后的磁片，将DNA 恢复为双螺旋结构（图10）。通过观看教师演示模型，学生从细胞层面了解到转录后mRNA 的去向及DNA的变化。

图10 mRNA离开核孔，DNA恢复双螺旋结构

3.2 遗传信息的翻译 教材中用较大篇幅阐述遗传信息的翻译过程，其中涉及密码子、反密码子等名词，知识零散，不利于学生内化生物学概念。为此，通过问题串，并使用自制教具模拟翻译的动态过程，引导学生运用观察、思考、归纳等科学思维，逐步建立翻译的概念模型。

1）问题串引导阅读，培养阅读理解能力。组织学生带着以下问题阅读教材：游离的氨基酸是如何运送到核糖体的？tRNA 的结构有什么特点？mRNA上的碱基序列如何翻译成蛋白质的氨基酸序列？

2）动态模拟翻译过程，发展模型与建模能力。引导学生从材料、制作的难易等方面合理选择tRNA、核糖体等组分的表征方式，并参与翻译模型的构建。

①核糖体与mRNA 结合（套入窗帘滑道中），并沿mRNA移动，读取起始密码，翻译开始。

②携带甲硫氨酸的tRNA（反密码子UAC）通过与密码子AUG 互补配对，进入位点1（即位点P）。该过程帮助学生理清氨基酸与密码子、反密码子的对应关系。①、②2 步借助白板上的铁杆和细丝操控tRNA进入核糖体。

③携带丙氨酸的tRNA 以同样方式进入位点2。通过模型演示，深化学生对密码子与反密码子配对的理解。

④甲硫氨酸和丙氨酸的脱水缩合过程利用固定在绒毛球两侧的钩和环完成。

⑤通过暗线操纵核糖体移动3 个碱基，读取下一个密码子，继续肽链的合成。

图11 翻译的演示过程

4 体会

课后，学生对该模型仍然表现出较大的兴趣，纷纷上台参与演示并相互评价。将自制教具引入课堂，不仅能调动学生参与课堂活动的积极性，还能发展学生的模型与建模能力，加深其对生物学概念的理解，有助于落实科学思维的培养。