备课应抓住的几个问题——以“基因指导蛋白质的合成”为例，本文主要内容关键词为：为例论文,几个问题论文,蛋白质论文,基因论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“基因指导蛋白质的合成”是人教版必修2第4章第1节的内容，需要用2个课时完成。本节主要讲述了细胞中遗传信息由DNA→RNA→蛋白质的传递过程。课程标准中与此相对应的要求是“概述遗传信息的转录和翻译”。通过本节的学习，学生需要理解遗传信息的转录和翻译的过程，并注意从细胞水平与分子水平2个层面引导学生认识转录和翻译。
本节内容不仅抽象复杂，而且涉及的知识领域也比较多，因此课前的备课非常重要，认真备课是提高教学质量的重要保证。备课应抓住本节的重要概念、学生学情、教学主线、情境设置、概念评价等相关问题，把握好主干知识和次要内容的教学要求。此外，调整课堂结构，在教学策略、教学方法及教学过程中，如何有效利用教材的插图、多媒体课件、自制教具等，以达到清晰、有趣、形象、直观的教学效果，这也是能否完成教学目标的关键。
一、重要概念
本节教材的知识结构如图1所示：
本节涉及的概念用陈述句表述为：①蛋白质是生命活动的主要承担者；②基因对性状的控制是通过基因指导蛋白质合成而实现的；③真核生物中，遗传信息的转录是在细胞核中以DNA的一条链为模板合成RNA的过程；④真核生物中，遗传信息的翻译是以mRNA为模板，利用细胞质中游离的各种氨基酸合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
通过分析它们之间的逻辑关系及其本质关系，找出最上位的概念即重要概念。
本节的重要概念是：真核生物中，细胞核中DNA上的遗传信息指导蛋白质的合成，即DNA上的碱基排列顺序决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序，见图2。
二、分析学情
学生在学习本节内容之前弄清楚了“基因在哪里”和“基因是什么”的问题，提出“基因的作用是什么”是顺理成章的。在上学期必修1的学习中，学生已经明白蛋白质是生命活动的主要承担者。但是对“基因—蛋白质—生物性状”这三者之间的关系并没有形成整体认识，也并不知道基因是如何控制蛋白质合成的，即细胞核中基因的碱基排列顺序如何决定细胞质——核糖体中合成的蛋白质的氨基酸的排列顺序，需要教师穿针引线地引导学生巧妙解决“距离”问题和随之而来的“语言”问题，从而引导学生认识分子水平上的转录和翻译的神奇过程。教学中要积极调动学生已有的知识储备（特别是DNA分子复制的知识，见图3）和能力水平（比较、分析及其数学推理），结合直观形象的示意图、利用模型模拟、视频动画等辅助教学，以体现生物学教学生动鲜活的特点，降低知识接受的难度，还要注重对知识进行回顾、比较和总结，以利于目标的达成。
三、教学目标
根据课标要求、本节知识内容及其重要概念、学生学情分课时确立的教学目标如下：
第1课时：遗传信息的转录。
（1）知识目标：
①能够说出基因、性状、蛋白质三者的关系；
②根据研究数据和实验资料，能够指出RNA（mRNA）是基因指导蛋白质合成的中间媒介；
③通过列表能够简述DNA与RNA的区别，并能说出RNA适合作DNA信使的原因；
④根据实验资料和动画视频能够概述遗传信息转录的过程（包括场所、原料、模板、条件等）并能与DNA复制进行比较，最后还能进一步阐明遗传信息转录的含义；
⑤根据数学推算，能说出是mRNA上的3个碱基决定1个氨基酸即是1个密码子。
（2）能力目标：
①在各种实验资料、表格、动画视频呈现的过程中，观察能力、对比能力、思维能力、语言表达能力等均可得到进一步的训练；
②运用数学方法，分析碱基与氨基酸之间的对应关系；
③尝试利用自制教具模拟遗传信息转录的过程，提高动手能力及理解能力；
④运用证据和逻辑分析实验现象，得出结论。
（3）情感目标：
①认同科学结论的获得，最基本的方法是实证；
②体会mRNA作为DNA信使的和谐与巧妙之美；
③认同数学在遗传学中发挥的重要作用，并体会生物学中经济高效的简约之美。
第2课时：遗传信息的翻译。
（1）知识目标：
①在mRNA上碱基与氨基酸对应数量关系的基础上，进一步描述密码子的含义及其所在位置，能与DNA上的遗传信息相辨别，并能够根据密码子表指出某种氨基酸的密码子，或由已知密码子说出氨基酸名称及起始密码子和终止密码子；
②阅读密码子表，能够指出一种氨基酸可能有几个密码子，所有生物都使用一套密码子表，能说出这些对生物体生存发展的意义；
③根据tRNA模式图能够说出tRNA的结构，并举例说出它既有识别密码子的作用（密码子与反密码子的关系），又能搬运特定的氨基酸；
④结合所学能够说出核糖体的结构特点（非常小，只能容纳2个tRNA分子），并能在教师的讲解下概述在核糖体中进行的翻译过程；
⑤能够比较遗传信息的转录与翻译在场所、模板、条件、原料、产物、遗传信息的流向等方面的异同，并能在教师的协作下概述基因表达的整个过程。
（2）能力目标：
①在展示科学家破译密码子的各种实验过程中，实验思路、设计实验能力、分析、推理能力等可以受到一定的启发和训练；
②提高使用密码子表的能力；
③尝试利用自制教具模拟遗传信息的翻译过程，提高动手能力、合作学习能力及语言表达能力。
（3）情感目标：
①认同科学家为破译密码子所做的无数次实验、艰辛的历程，以及孜孜以求、不断探索的科学精神；
②通过对遗传信息表达的有序性、准确性，体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美；
③体验在模拟活动中与同伴共同协作、共同探讨、共同完成的愉悦感受；
④认同人类探索基因表达奥秘的过程仍未终止，激发更强的学习热情和探知未来世界的欲望。
四、教学主线
一节好课的重要标准之一就是教学主线清晰，即有核心问题作为课堂的组织者。
本节的核心问题是：细胞核中DNA上的基因如何指导蛋白质的合成？即DNA上的碱基排列顺序如何决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序的？
五、情境设计
德国一位学者有过一句精辟的比喻：将15g盐放在你的面前，无论如何你难以下咽。但当将15g盐放入一碗美味可口的汤中，你早就在享用佳肴时，将15g盐全部吸收了。情境之于知识，犹如汤之于盐。盐需溶入汤中，才能被吸收；知识需要溶入情境之中，才能显示出活力和美感。
创设情境既要为学生的学习提供认知停靠点，又要激发学生的学习兴趣。这是情境的两大功能，也是促进学生有意义学习的2个先决条件。
本节内容主要的情境设置如下，可以此推动教学过程的进行。
（1）细胞核中DNA上的基因如何指导细胞质中蛋白质的合成（空间距离能否跨越）？是DNA分子出来还是核糖体进去？引发学生思考后向学生提供事实资料，即DNA分子直径是2nm；核糖体大体是圆形颗粒，直径约23nm；细胞核的核孔只有0.9nm；不言而喻，细胞核中DNA出不去，核糖体也进不来。
（2）怎么办？细胞核中DNA上的基因指导蛋白质合成需要帮忙者吗？可以向学生展示1955年布拉舍用洋葱根尖和变形虫为材料进行的实验：
①用核糖核酸酶（RNA酶）分解细胞中的核糖核酸（RNA），蛋白质的合成就停止。
②如果再加入从酵母中抽提的RNA，蛋白质的合成就有一定程度的恢复。
学生思考实验说明了什么？
说明：蛋白质合成与RNA有关。
（3）接着向学生提问：这个“帮忙者”哪来的？
展示1955年拉斯特的变形虫及重组变形虫实验：
继续取A组变形虫的细胞核移植到B组去核变形虫的细胞质中，得到重组变形虫（C组），用未标记的14N尿嘧啶核苷酸培养液培养，结果如下图所示。
得出的结论是RNA先出现在细胞核，随后出现在细胞质中。
这意味着什么？RNA到底在核中DNA指导细胞质中蛋白质的合成过程中充当着什么角色？
（4）这个问题可不急于回答，让学生将DNA与RNA作对比，如下表：
通过让学生分析DNA与RNA的不同，可知RNA分子小且是单链，更重要的是与DNA结构相匹配，由多个核苷酸构成，也能储存遗传信息，还能通过核孔进入细胞质中。
综上所述，学生可以推测出RNA就是在细胞核中合成并将核中DNA的遗传信息带出到细胞质——核糖体中合成蛋白质的神秘“使者”。
（5）事实是否如此？RNA是如何在细胞核中合成的？
展示资料：1963年马默（Julius Marmur）和杜提（Paul Doty）采用侵染枯草杆菌的噬菌体SP8（SP8的DNA 2条链碱基组成很不平均，其中一条链富含嘌呤，另一条富含嘧啶，选用SP8做实验，因为它的全部基因都是同一条DNA链中转录而来）为材料进行实验。噬菌体的DNA分子的2条链在加热后可用密度梯度离心分开。实验者在SP8侵染后，从枯草杆菌中分离出RNA，分别与DNA的2条链混合并缓慢冷却。他们发现SP8侵染后形成的RNA只跟其中一条DNA链形成DNA-RNA的杂合分子。
教师提问：RNA是在谁的指导下合成的？
学生回答：RNA是在DNA的一条链指导下合成的。
（6）为使学生更加清楚真核生物中RNA在哪、怎样合成的具体过程与细节，教师利用视频动画展示真核生物RNA的合成过程，与学生共同交流形成RNA时的模板、原料、需要的条件、产物、碱基如何配对、信息怎样传递等相关问题，并与DNA分子的复制作比较。
随后师生梳理这个过程：在细胞核中，以DNA的一条链为模板合成了一定碱基序列的RNA，可以从核孔出来到细胞质中。也就是说核中DNA上基因的碱基排列顺序决定了RNA上碱基排列顺序，遗传信息传给RNA，类似于磁带翻录，故此得名——转录。形成的RNA是遗传信息的携带者，它转录了DNA的遗传信息，并把这些信息带到核糖体上，作为合成蛋白质的模板，因此称为信使（messenger），即mRNA。
（7）“距离”问题解决了，那么在mRNA上的碱基排列顺序与蛋白质中氨基酸的排列顺序又有什么对应关系？
教师提出问题：DNA分子中存在4种核苷酸，而组成蛋白质的氨基酸有20种，如何对应？
教师给出情境设置：1954年物理学家伽莫夫做出数学推理。如果1个核苷酸为1个氨基酸编码，只能决定4种氨基酸；如果2个核苷酸为1个氨基酸编码，只能决定
=16种氨基酸……
学生可以做出：推测3个碱基编码1个氨基酸。
再进一步给出实验资料：
噬菌体上的一个基因经过处理，使DNA上插入或脱落单个碱基，无论是增或者减都可以引起DNA上碱基序列的改变。
克里克小组发现加入或减少1个和2个碱基的噬菌体，无法产生正常功能的蛋白质，而加入或减少3个碱基时，却可以合成正常功能的蛋白质。学生可以得出：实验确实证明3个碱基编码1个氨基酸。
教师给出结论：mRNA上每3个相邻的碱基叫做密码子。
教师提出问题：哪种密码子对应哪种氨基酸？
（8）教师展示马太和尼伦伯格的实验设计，揭示密码子破译的过程、61个密码子对应20种氨基酸、密码子表的秘密。
（9）密码子的破译给科学工作者带来了莫大的欢喜，但是新的问题又出现了：mRNA上的密码子谁能识别？蛋白质中氨基酸的排列顺序是如何决定的？即出现了“语言”障碍。
情境设置：1957年美国著名分子生物学家霍格兰（Mahlon Hoagland，1921-2009）和美国著名生物学家扎梅奇尼克（Paul Zamecnik，1912-2009）发现了tRNA。
此时教师介绍另一种在细胞核中合成，经加工进入细胞质中发挥作用的RNA，其单链比mRNA分子还小，分子结构很特别，经折叠看上去像三叶草的叶形，一端是携带氨基酸的部位，另一端有3个碱基为反密码子，与mRNA上互补的密码子相连接的部位，也就是识别密码子的部位，因这种RNA既有搬运氨基酸的作用，也有识别密码子的作用，故此得名transfer RNA，简称tRNA。
为使学生更加清楚明白tRNA的功能作用及蛋白质中氨基酸的排列顺序是如何决定的，教师可通过演示视频动画，并与学生共同梳理这个过程，包括模板、原料、产物、碱基配对、信息传递等等相关问题，可与转录过程作对比，特别是这个过程为什么叫“翻译”。
六、概念评价
教师在备课时，还要思考课堂教学后学生如何做才能表明对概念已经理解了，也就是收集学生理解概念的证据。学生如果能利用概念完成一个任务即可证明学生理解了。
本节内容对遗传信息的转录和翻译均可设计任务——利用模型模拟进行对学生的教学反馈，以此检查学生对概念的理解情况。
如第1课时“遗传信息的转录”部分，教师给出一段DNA片段，一些核苷酸、酶、ATP等，由学生自己模拟完成转录过程。
这些都设计成纸质的，转录时学生可将这段DNA片段（即基因）从中间“撕开”，相当于RNA聚合酶的作用，然后以DNA的一条链（假定为左链，右链先放好）作为模板，按照碱基互补配对原则将游离的核糖核苷酸（注意：A与U配对，而不是T）与DNA这条链碱基互补，并以氢键相连，不断连成一条RNA链即mRNA，合成了的mRNA再从DNA链上“释放”，然后把事先放好的右链拿出将DNA双链恢复。
在这个模拟过程中，教师可以检测学生使用的“原料”是否正确、碱基互补配对原则运用正确与否、是否在酶的作用下先“解旋”了、合成mRNA后是否“离开”DNA、DNA双链是否得以恢复。
标签：密码子论文; 细胞核论文; 碱基互补配对原则论文; 遗传信息论文; 蛋白质合成论文; 终止密码子论文; 基因合成论文; 蛋白质结构论文; 细胞质论文; 信使rna论文;