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[摘 要]生物教学中主要涉及的模型有物理模型、数学模型、概念模型等。《DNA分子的结构》一课中的“模型”属于物理模型中的结构模型。在本课中，引导学生进行模型构建，可帮助学生理解DNA分子的结构及其特点，使学生在构建模型的基础上理解DNA的结构特性和把握好碱基互补配对原则的相关计算。
[关键词]模型构建；教学设计；DNA分子结构
[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2018）02008302
构建模型是生物教学的重要教学方式。生物教学中主要涉及的模型有物理模型（如细胞结构模型、DNA分子结构模型、细胞分裂过程模型）、数学模型（如曲线模型、几何图模型、表格模型）、概念模型（如种群数量特征关系模型）等。构建模型，可以使抽象的内容具体化，体现学生的主体地位，培养学生的思维能力，全面评价学生的学习效果。下面，笔者就以《DNA分子的结构》的教学设计为例，来说明一节课的教学是可以在学生构建模型的基础上展开并深化的。
一、教材分析
本节课是苏教版高中生物必修2第四章第二节的第一部分内容。通过第一节《探索遗传物质的过程》的学习，学生已经形成了“DNA是自然界中主要的遗传物质”的观点，了解了DNA功能的重要性，必然对DNA的结构及其特点产生好奇。而本节课主要学习的就是DNA的结构特点及解决碱基互补配对原则的相关问题计算，为第三节《从基因到蛋白质》的教学开展打好基础。
二、设计思路
本节课的内容并不复杂，且脉络清晰，让学生记住是不难的，但要让学生理解、认可是有难度的。因此，在教学中可以DNA分子模型的构建为基础，展开DNA分子的结构特点及特性、碱基计算等相关知识的教学。模型构建是本节課所有相关内容理解、应用的基石。模型构建不能一次性完成，那样知识跨度太大，并不利于学生学习。因此，此次的模型构建可分成三个部分：一是先构建一条脱氧核苷酸链，让学生在掌握脱氧核苷酸结构组成的基础上了解脱氧核苷酸之间是通过“磷酸二酯键”这个化学键连成一条链的；二是参照教材构建另一条脱氧核苷酸链，使学生注意到两条链的反向关系；三是引导学生探讨已构建好的两条脱氧核苷酸链是如何结合在一起的，从而让学生了解氢键，了解碱基配对原则及碱基对和氢键数的关系。再在观察模型的基础上归纳总结出DNA结构的特点及特性。模型构建的分步进行，使学生在每一步模型构建中都有所思、有所得，在构建模型的“困难”中对相关知识有所领悟。而教师只要对一些学生无法发现的问题加以剖析、引导即可。
三、教学准备
（一）黑板展示模型
黑板展示用的4种脱氧核苷酸各2个，颜色要鲜艳，以便学生观察。模型后面要贴磁条，以便学生操作和展示。
（二）小组活动模型
每组3～4人，每组4种“脱氧核苷酸”各5个（A4纸打印出来后进行剪裁）。其中腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）用同种颜色的笔标注，胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）用另一种颜色的笔标注。将“脱氧核苷酸”置于信封中，每组备A4纸一张，胶棒一个。
四、教学目标
（一）知识与技能
1.了解DNA双螺旋结构模型的构建历程；
2.概述DNA分子结构的主要特点。
（二）过程与方法
1.让学生在自学中领悟知识、发现问题和解决问题，培养学生的自学能力；
2.领悟模型构建法在科学研究中的应用。
（三）情感、态度与价值观
1.认识到与人合作在科学研究中的重要性；
2.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。
五、教学过程
（一）课堂导入
师：课前你们已经自学了“DNA分子结构之谜”，是谁在前人发现的基础上首先构建出了DNA的结构模型？
生1：沃森、克里克。
师：DNA的结构到底是怎样的？有什么特点呢？这就是我们本节要学习的内容。
评点：“DNA分子结构之谜”中其他科学家有关DNA分子结构的发现，内容较简单，其中涉及的知识后续教学也会进一步讲解，故此处让学生了解即可，不必赘述。
（二）讲授重要知识点
1.DNA的平面结构
师：DNA的组成元素是什么？
生2：C、H、O、N、P。
师：DNA的基本单位“”中各个组成部分的名称分别是什么？
生3：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。
评点：回顾旧知识，为新知识的引入做好铺垫。
师（课件展示四种脱氧核苷酸结构模式图，让学生找出其主要不同）：脱氧核苷酸是通过什么结合形成脱氧核苷酸链的？
生4：磷酸二酯键。
师：两条链之间是通过什么结合的呢？
生5：氢键。
[合作探究一]构建DNA分子的双螺旋结构
让学生自主阅读教材P68，利用教材所给材料，尝试按照以下步骤构建DNA分子的平面结构。
（1）构建一条脱氧核苷酸链。（磷酸二酯键用笔画出）
（2）依据第一条链构建该DNA的第二条脱氧核苷酸链。
（3）构建双链DNA的平面结构。
评点：通过小组活动
使学生
理解DNA的结构组成，真正实现了学生活动与黑板模型构建相结合。在这个过程中，可随机选取5个脱氧核苷酸构成一条链，关注磷酸二酯键的位置、第二条链的方向及氢键数量。
【及时突破1】结合DNA分子的结构模式图，填出1～10的名称。
生6：1是胞嘧啶，2是腺嘌呤，3是鸟嘌呤，4是胸腺嘧啶，5是脱氧核糖，6是磷酸，7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，8是碱基对，9是氢键，10是脱氧核苷酸链。 评点：及时巩固落实模型中的相关知识点，并强调真正的平面结构并不存在，因为DNA一旦形成便是立体的空间结构，进而过渡到DNA的空间结构。
2.DNA的空间结构
（1）DNA的结构特点
[合作探究二]探究DNA双螺旋结构的特点
对照已经构建完成的DNA分子平面结构图，思考以下问题。
①构成DNA的链条链有怎样的关系？
②双链DNA分子中，外侧由什么连接而成？其内侧是什么？
生7：DNA分子是由兩条链按照反向平行的方式盘旋而成的双螺旋结构；DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
评点：基于对已经构建完成的模型的观察与思考，找到问题的答案，这便是DNA的双螺旋结构特点。因为模型可将DNA结构的抽象问题直观化，所以学生观察起来更容易，思考的方向也更加明确。有了这样的观察与思考过程，本部分内容就不再需要学生死记硬背了。
（2）DNA的结构特性
[阅读材料]填出结论。
a.一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式有 种，由此可知特性① 。
b.特定的DNA分子具有特定的碱基对序列，由此可知特性② 。
c.所有双链DNA的
基本骨架相同，
碱基配对原则相同，直径、螺距相同等，由此可知特性③ 。
生8：有44000种；①是多样性；②是特异性；③是稳定性。
评点：通过材料分析主动判断出DNA的结构特性，并适时引入遗传信息概念，帮助学生理解DNA的“独特性”。此时应再次强调“氢键是一种分子间的作用力”，DNA稳定性的维持与氢键数有很大关系，进而引导学生思考什么样的DNA稳定性更高。
3.碱基的相关计算
[合作探究三]双链DNA分子中的碱基计算规律
已知双链DNA分子中，A=T，G=C，A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。
（1）双链DNA分子中，任意不能配对碱基和（如A C）占总碱基的比例是多少？
（2）若1号链上有（A1 G1）/（T1 C1）=m，则2号链上（A2 G2）/（T2 C2）的比例为多少？
（3）设在双链DNA分子中的1号链上A1 T1=n%，则2号链上A2 T2的比例为多少？整个DNA分子中A T的比例又是多少？
生9：50%；1/m；都等于n%。
评点：在构建模型的基础上，学生已经理解了碱基配对的原则，但分子水平角度的相关原因需要教师简单拓展。学生思考以上问题答案的过程，也证明了相关计算规律的成立，有利于学生对规律的理解和灵活应用。
【及时突破2】分析某生物的双链DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，其中一条链上的鸟嘌呤占该链全部碱基的20%，则另一条互补链中鸟嘌呤占该链全部碱基的比例是（ ）。
A.16% B.36% C.20% D.50%
评点：对于此题，教师可让学生讲解解题思路，并强调此类题型的解题方法，引导学生注意通过画图来进行直观化解题，促进学生养成直观化解题的良好习惯。
六、教学反思
本节课的内容是在学生小组制作DNA平面结构模型的基础上展开的，有利于学生更好地参与到课堂中来，活跃课堂气氛，也更有利于学生对DNA分子结构相关知识的理解。虽然模型的
准备
和制作也并不难，但在教学中只构建了DNA的平面结构，并没有构建出DNA的双螺旋空间结构，所以模型的制作还有待改进，使其更加形象和生动，更便于学生的操作和理解。
（责任编辑 黄春香）
[关键词]模型构建；教学设计；DNA分子结构
[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2018）02008302
构建模型是生物教学的重要教学方式。生物教学中主要涉及的模型有物理模型（如细胞结构模型、DNA分子结构模型、细胞分裂过程模型）、数学模型（如曲线模型、几何图模型、表格模型）、概念模型（如种群数量特征关系模型）等。构建模型，可以使抽象的内容具体化，体现学生的主体地位，培养学生的思维能力，全面评价学生的学习效果。下面，笔者就以《DNA分子的结构》的教学设计为例，来说明一节课的教学是可以在学生构建模型的基础上展开并深化的。
一、教材分析
本节课是苏教版高中生物必修2第四章第二节的第一部分内容。通过第一节《探索遗传物质的过程》的学习，学生已经形成了“DNA是自然界中主要的遗传物质”的观点，了解了DNA功能的重要性，必然对DNA的结构及其特点产生好奇。而本节课主要学习的就是DNA的结构特点及解决碱基互补配对原则的相关问题计算，为第三节《从基因到蛋白质》的教学开展打好基础。
二、设计思路
本节课的内容并不复杂，且脉络清晰，让学生记住是不难的，但要让学生理解、认可是有难度的。因此，在教学中可以DNA分子模型的构建为基础，展开DNA分子的结构特点及特性、碱基计算等相关知识的教学。模型构建是本节課所有相关内容理解、应用的基石。模型构建不能一次性完成，那样知识跨度太大，并不利于学生学习。因此，此次的模型构建可分成三个部分：一是先构建一条脱氧核苷酸链，让学生在掌握脱氧核苷酸结构组成的基础上了解脱氧核苷酸之间是通过“磷酸二酯键”这个化学键连成一条链的；二是参照教材构建另一条脱氧核苷酸链，使学生注意到两条链的反向关系；三是引导学生探讨已构建好的两条脱氧核苷酸链是如何结合在一起的，从而让学生了解氢键，了解碱基配对原则及碱基对和氢键数的关系。再在观察模型的基础上归纳总结出DNA结构的特点及特性。模型构建的分步进行，使学生在每一步模型构建中都有所思、有所得，在构建模型的“困难”中对相关知识有所领悟。而教师只要对一些学生无法发现的问题加以剖析、引导即可。
三、教学准备
（一）黑板展示模型
黑板展示用的4种脱氧核苷酸各2个，颜色要鲜艳，以便学生观察。模型后面要贴磁条，以便学生操作和展示。
（二）小组活动模型
每组3～4人，每组4种“脱氧核苷酸”各5个（A4纸打印出来后进行剪裁）。其中腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）用同种颜色的笔标注，胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）用另一种颜色的笔标注。将“脱氧核苷酸”置于信封中，每组备A4纸一张，胶棒一个。
四、教学目标
（一）知识与技能
1.了解DNA双螺旋结构模型的构建历程；
2.概述DNA分子结构的主要特点。
（二）过程与方法
1.让学生在自学中领悟知识、发现问题和解决问题，培养学生的自学能力；
2.领悟模型构建法在科学研究中的应用。
（三）情感、态度与价值观
1.认识到与人合作在科学研究中的重要性；
2.认同人类对遗传物质的认识是不断深化、不断完善的过程。
五、教学过程
（一）课堂导入
师：课前你们已经自学了“DNA分子结构之谜”，是谁在前人发现的基础上首先构建出了DNA的结构模型？
生1：沃森、克里克。
师：DNA的结构到底是怎样的？有什么特点呢？这就是我们本节要学习的内容。
评点：“DNA分子结构之谜”中其他科学家有关DNA分子结构的发现，内容较简单，其中涉及的知识后续教学也会进一步讲解，故此处让学生了解即可，不必赘述。
（二）讲授重要知识点
1.DNA的平面结构
师：DNA的组成元素是什么？
生2：C、H、O、N、P。
师：DNA的基本单位“”中各个组成部分的名称分别是什么？
生3：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基。
评点：回顾旧知识，为新知识的引入做好铺垫。
师（课件展示四种脱氧核苷酸结构模式图，让学生找出其主要不同）：脱氧核苷酸是通过什么结合形成脱氧核苷酸链的？
生4：磷酸二酯键。
师：两条链之间是通过什么结合的呢？
生5：氢键。
[合作探究一]构建DNA分子的双螺旋结构
让学生自主阅读教材P68，利用教材所给材料，尝试按照以下步骤构建DNA分子的平面结构。
（1）构建一条脱氧核苷酸链。（磷酸二酯键用笔画出）
（2）依据第一条链构建该DNA的第二条脱氧核苷酸链。
（3）构建双链DNA的平面结构。
评点：通过小组活动
使学生
理解DNA的结构组成，真正实现了学生活动与黑板模型构建相结合。在这个过程中，可随机选取5个脱氧核苷酸构成一条链，关注磷酸二酯键的位置、第二条链的方向及氢键数量。
【及时突破1】结合DNA分子的结构模式图，填出1～10的名称。
生6：1是胞嘧啶，2是腺嘌呤，3是鸟嘌呤，4是胸腺嘧啶，5是脱氧核糖，6是磷酸，7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸，8是碱基对，9是氢键，10是脱氧核苷酸链。 评点：及时巩固落实模型中的相关知识点，并强调真正的平面结构并不存在，因为DNA一旦形成便是立体的空间结构，进而过渡到DNA的空间结构。
2.DNA的空间结构
（1）DNA的结构特点
[合作探究二]探究DNA双螺旋结构的特点
对照已经构建完成的DNA分子平面结构图，思考以下问题。
①构成DNA的链条链有怎样的关系？
②双链DNA分子中，外侧由什么连接而成？其内侧是什么？
生7：DNA分子是由兩条链按照反向平行的方式盘旋而成的双螺旋结构；DNA分子中的磷酸和脱氧核糖交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，排列在内侧。
评点：基于对已经构建完成的模型的观察与思考，找到问题的答案，这便是DNA的双螺旋结构特点。因为模型可将DNA结构的抽象问题直观化，所以学生观察起来更容易，思考的方向也更加明确。有了这样的观察与思考过程，本部分内容就不再需要学生死记硬背了。
（2）DNA的结构特性
[阅读材料]填出结论。
a.一个最短的DNA分子也有4000个碱基对，可能的排列方式有 种，由此可知特性① 。
b.特定的DNA分子具有特定的碱基对序列，由此可知特性② 。
c.所有双链DNA的
基本骨架相同，
碱基配对原则相同，直径、螺距相同等，由此可知特性③ 。
生8：有44000种；①是多样性；②是特异性；③是稳定性。
评点：通过材料分析主动判断出DNA的结构特性，并适时引入遗传信息概念，帮助学生理解DNA的“独特性”。此时应再次强调“氢键是一种分子间的作用力”，DNA稳定性的维持与氢键数有很大关系，进而引导学生思考什么样的DNA稳定性更高。
3.碱基的相关计算
[合作探究三]双链DNA分子中的碱基计算规律
已知双链DNA分子中，A=T，G=C，A1=T2，T1=A2，C1=G2，G1=C2。
（1）双链DNA分子中，任意不能配对碱基和（如A C）占总碱基的比例是多少？
（2）若1号链上有（A1 G1）/（T1 C1）=m，则2号链上（A2 G2）/（T2 C2）的比例为多少？
（3）设在双链DNA分子中的1号链上A1 T1=n%，则2号链上A2 T2的比例为多少？整个DNA分子中A T的比例又是多少？
生9：50%；1/m；都等于n%。
评点：在构建模型的基础上，学生已经理解了碱基配对的原则，但分子水平角度的相关原因需要教师简单拓展。学生思考以上问题答案的过程，也证明了相关计算规律的成立，有利于学生对规律的理解和灵活应用。
【及时突破2】分析某生物的双链DNA，发现腺嘌呤与胸腺嘧啶之和占全部碱基的64%，其中一条链上的鸟嘌呤占该链全部碱基的20%，则另一条互补链中鸟嘌呤占该链全部碱基的比例是（ ）。
A.16% B.36% C.20% D.50%
评点：对于此题，教师可让学生讲解解题思路，并强调此类题型的解题方法，引导学生注意通过画图来进行直观化解题，促进学生养成直观化解题的良好习惯。
六、教学反思
本节课的内容是在学生小组制作DNA平面结构模型的基础上展开的，有利于学生更好地参与到课堂中来，活跃课堂气氛，也更有利于学生对DNA分子结构相关知识的理解。虽然模型的
准备
和制作也并不难，但在教学中只构建了DNA的平面结构，并没有构建出DNA的双螺旋空间结构，所以模型的制作还有待改进，使其更加形象和生动，更便于学生的操作和理解。
（责任编辑 黄春香）