２２ 生物学通报 ２０１３年第４８卷第１期 基于生物科学史的“遗传信息的携带者——核酸＂教学设计水 刘奋宇 龚大洁 一 （１西北师范大学教育学院 什肃兰州 ７３００７０ ２西北师范大学生命科学学院 甘肃兰州 ７３００７０） 摘要 通过“ＤＮＡ指纹鉴定技术”创设情境引入新课，先引导学生观察核酸在细胞中的分 布建立感性认识，然后借助核酸发现过程的生物科学史实，以问题为导向，经过归纳和概括帮 助学生形成科学的概念，加深对知识的理解并接受科学方法的训练。 关键词 生物科学史核酸教学设计 文献标示码：Ｃ 中国图书分类号：Ｇ６３３．９１ 《普通高中生物课程标准（实验）》指出，科学 是一个发展的过程。生物学的现有知识都是前人 科学研究的成果，把生物科学史引入生物学教学， 将科学结论产生的过程和方法与学生学习实践结 细胞的分子组成又是微观的内容，比较抽象，对于 核苷酸的组成与结构及核苷酸形成核苷酸长链的 过程也比较难掌握。因此，通过生物科学史的教 育，可引导学生在讨论、交流中突破重点和难点。 ２ 教学目标 合起来，同时通过问题的层层创设，可使学生在了 解每个知识来龙去脉的同时感受科学的魅力，领 悟科学家创造性思维方式和灵活多样的科学方 ２．１ 知识目标说出核酸的种类和功能：简述核 酸的结构；简述核糖核苷酸和脱氧核苷酸的区别 与联系 ２．２能力目标学会运用比较、归纳等方法分析 法。因此，在高中生物学教学中加强科学史的教 育，远比仅仅让学生了解和记忆科学结论及技术 成果更重要，也远比单纯告诉他们结论更有助于 创造性思维的发展。 １ 教学背景 实验结果：体验利用资料运用分析推理来探究问 题的过程。 ２．３情感态度价值观的目标认同生物大分子 １．１ 教材分析 本节为人教版高中生物学必修 ｌ《分子与细胞》第２章第３节的内容，是高中生 物学重要的基础理论课，有着承上启下的作用。在 的复杂性：体会科学工作的过程和方法，养成质 疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态 度。 ３教学重、难点 １）教学重点：核酸的分子结构和功能。 ２）教学难点：核苷酸的结构。 ４教学过程 课程结构上，紧承第２节生命活动的主要承担 者——蛋白质，而继续介绍生物大分子——核酸： 在课程内容上，本节虽然在题目中提出了遗传信 息．但是对遗传信息的深人理解需要在“遗传与进 化”模块中完成，后面章节中也涉及到ＤＮＡ携带 ４．１ 创设问题情境，唤起学生对遗传物质的记 忆，激发学习兴趣 由于现代科学技术的发展使 ＤＮＡ研究成果的应用范围越来越广泛，新闻、报 刊、杂志上对有关ＤＮＡ应用的报道很多。因此，选 用ＤＮＡ指纹鉴定技术在案件中的侦破为素材，让 遗传信息，以及在“遗传与进化”中将重点介绍 ＤＮＡ的本质，所以．学生掌握好本节的内容才能 更好地理解后面的教学内容。 １．２ 学情分析 学生对ＤＮＡ已有了初步的印 象，并且对ＤＮＡ亲子鉴定、ＤＮＡ指纹识别有相应 学生思考如下问题：①ＤＮＡ指纹是不是平时说的 手指印？它可以做身份证吗？②如果得到了ＤＮＡ 方面的证据，是否还需要其他证据？③ＤＮＡ的中 文全名是什么？ＤＮＡ为什么能提供犯罪人的遗传 的了解，教师可以联系新的科技成果创设情境进 入新课程的教学，以提高学生学习的兴趣。但学生 在Ｅｔ常生活中有关于核酸的感性认识毕竟很少， ￥基金项目：甘肃省教育科学“十一五”教育规划项目（ＧＳＢＧ［２００９］ＧＸＧｌｌ３） ￥通讯作者 ２０１３年第４８卷第１期 生物学通报 信息？由最后一个问题为切入点引出细胞中携带 遗传信息的物质——核酸，包括２大类：ＤＮＡ和 ＲＮＡ，ＤＮＡ只是核酸分类中的一种，从而加深学 生对遗传物质——核酸的认识。 ４．２建立感性认识，介绍核酸在细胞中的分布 教师通过讲解利用甲基绿、吡罗红染色法观察 ＤＮＡ和ＲＮＡ在细胞中分布的实验原理，并结合 书上图片中清晰看到的实验结果，得出结论：真核 细胞的ＤＮＡ主要分布在细胞核，ＲＮＡ主要分布 在细胞质中．此外，在线粒体、叶绿体内也含有少 量的ＤＮＡ。 ４．３穿越历史．借助史实引导学生分析探究核酸 的发现过程。提高思维能力 资料１：由于ＤＮＡ是主要的遗传物质。而真 核细胞的ＤＮＡ主要分布在细胞核．要研究ＤＮＡ 首先要制取细胞核。１８６８年，当时还是研究生的 瑞士籍的米舍尔（Ｊ．Ｆ．Ｍｉｅｓｃｈｅｒ），在研究脓血细胞 的化学成分时，发现用酒精处理掉细胞中的脂肪 性物质，再用猪胃黏膜的酸性提取液（一种能除掉 蛋白质的胃蛋白酶粗制品）进行处理后，细胞的大 部分被分解了，而细胞核只是缩小了一点儿但仍 然完整。他得到了细胞核，随后对细胞核的物质进 行化学分析，于是为人类揭示自己拉开了序幕。实 验结果：发现细胞核内含有与细胞内其他有机物 明显不同的物质。这种物质为一种含磷很高而含 硫很低的强有机酸，而且对蛋白酶有耐受性。后被 米舍尔的导师霍佩・赛勒（Ｆ．ＨｏｐｐｅＳｅｙｌｅｒ）所验证， 并把这种新物质命名为“核素”。 问题设置：最初的实验推断细胞核中含有什 么成分？ 学生由“一种含磷很高而含硫很低的强有机 酸”可推断出细胞核中含有磷酸 资料２：德国的科塞尔（Ａ．Ｋｏｓｅｌ１）．在研究来 自胸腺和酵母的核素时，发现核素是蛋白质和核 酸的复合物，并且证明了存在着２种核酸：即脱氧 核糖核酸和核糖核酸，他小心地水解核酸．发现２ 种核酸都含有鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶这３种碱 基，在ＤＮＡ中第４种碱基是胸腺嘧啶．而在ＲＮＡ 中则是尿嘧啶。除了含有这些碱基以外．还有些具 有糖类性质的物质和磷酸。斯托伊德尔（Ｈ． Ｓｔｅｕｄｅ１）又确定了这些物质的比例，他通过分析． 发现糖类物质、每种嘌呤或嘧啶碱基、磷酸的比例 为ｌ：１：１。 问题设置：组成核酸的基本成分是什么？这些 成分的比例是什么？核酸的组成元素有哪些？ 学生由此资料确认了组成核酸的基本成分是 磷酸、具有糖类性质的物质以及碱基，并且这３种 成分的比例是１：１：１。教师可简单介绍碱基的相关 知识。进而总结出核酸的元素组成为：Ｃ、Ｈ、０、Ｎ、 Ｐ。ＤＮＡ中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶 和胸腺嘧啶；ＲＮＡ中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌 呤、胞嘧啶和尿嘧啶。鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶这３ 种碱基是它们共有的碱基。 那么组成核酸基本成分当中的糖类物质具体 是什么呢？ 资料３：１９１１年，科塞尔的学生列文（Ｐ．Ａ．Ｔ． Ｌｅｖｉｎｅ）证明核酸所含的糖类由５个碳原子组成， 并将这种糖类命名为核糖。由于核酸有２种，他找 到了它们之间的区别：它们中的五碳糖不同，另一 种糖类比核糖少一个氧原子，称为脱氧核糖。脱氧 核糖核酸和核糖核酸的名称由此而来。教师进一 步展示核糖和脱氧核糖的结构式（图１），帮助学 生加深理解和记忆。 核糖 脱氧核糖 图１ 核糖和脱氧核糖的结构式 （图片来源：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｅｓｏｏｎ．ｃｏｍ／ａｓｋ／ｈｔｍ／０８／３８９３４．ｈｔｍ） 到此。学生通过讨论可以总结出脱氧核糖核 酸的基本成分是：磷酸、脱氧核糖、含Ｎ碱基（Ａ、 Ｔ、Ｃ、Ｇ）；核糖核酸的基本成分是：磷酸、核糖、含 Ｎ碱基（Ａ、Ｕ、Ｃ、Ｇ）。 资料４：２Ｏ世纪３Ｏ年代，哈马斯顿（Ｅ．Ｈａｍｍ— ａｒｓｔｅｎ）等人的研究证明，ＤＮＡ是一种高分子量的 长链结构，分子量约为５×１０ 一ｌＯｘ１０ 之间。作为 生物大分子的蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。 那么同样是生物大分子的核酸，是否也有其小分 子的基本单位呢？１９３４年，列文（Ｐ．Ａ．Ｔ．Ｌｅｖｉｎｅ）发 现核酸可被分解成含有一个碱基、一个核糖或脱 氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。 同时展示下图２： ２４ 生物学核酸≤ … 通报 ２０１３年第４８卷第１期 氧核苷酸虽然只有４种，但若数量不限，在连成长 链时，排列顺序就极其多样化，它的信息容量就非 常大了。所以绝大多数的生物其遗传信息就贮存 在ＤＮＡ分子中，部分病毒如ＨＩＶ、ＳＡＲＳ等的遗传 信息直接贮存在ＲＮＡ中。 ５ 教学反思 本节课利用生物科学史中核酸发现过程的探 索与研究为主线，将教材内容进行优化处理，让学 生在学习基础知识的同时感受到科学发现是通过 许多科学家在专业的知识储备、创造性的思维、脚 踏实地的努力的基础上进行一系列的研究后取得 的，并体验科学理论发展的不断完善过程与可修 正性。生物科学史在生物教学中是实现三维课程 目标的很好素材，在生物学教学中恰当地应用科 学史，可以为学生在探究学习中提供更为开阔的 视野和扎实的理论基础，有效地培养学生的科学 思维能力和提高他们的科学探究能力。 主要参考文献 １ 刘恩山，汪忠．普通高中生物课程标准ｆ实验）解读．南京：江 苏教育出版社。２００４：１５２—１６０． ２洛伊斯－Ｎ・玛格纳．生命科学史．李难，崔极谦．王水平泽．天 津：百花文艺出版社，２００２：６２１－－６２９ ３杨瑞林，王永胜．生命科学史的教育价值．课程・教材・教法， ２００５，２５（４）：６８—７１． （Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｆｅｎｙｕ＿２００１＠１６３．ｃｏｒｎ 龚大洁：ｇｏｎｇｄｊ＠ｎｗｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ） 生物防御十大突破性里程碑 美国媒体近期总结了检测和抵御传染病领域的１０ 个历史性的里程碑。 １）１９世纪６０年代，巴斯德发展的细菌理论可能是医 学上最重要的突破。１８７９年他制成了第１个实验室针对 鸡霍乱的疫苗。 ２）１９００年，确定黄热病是由蚊子传播的。 ３）１９１４年，美国普及伤寒疫苗接种。 ４）１９２８年，Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｆｌｅｍｉｎｇ发现青霉素。 ５）１９３６年，黄热病疫苗开发。 ６）１９５５年，脊椎灰质炎疫苗获批。 ７）１９８０年，天花宣布被根除。 ８）１９５３年，ＤＮＡ双螺旋结构被确定。 ９）１９９４年，脊髓灰质炎从美洲消失。 １０）１９８３年，开发聚合酶链式反应（ＰＣＲ）。 摘自《中国科学报））２０１２年１２月２６日
