【榮譽分享】安慶一中學生建構生物學模型榮獲兩項實用新型專利

2021-01-14 櫻柏松楠


一看到DNA雙螺旋結構的模型,我們就想到用簡易的幾樣蔬果來製作。當然,看起來簡單,實際操作起來還是困難重重。因為豇豆做的骨架易斷,所以在用橡皮筋作磷酸分子纏繞在豇豆上時得小心翼翼;做完的模型還要能螺旋轉動,考慮到牢固性,用細鐵絲代替了牙籤;紅椒、青椒、檸檬和紫甘藍在切塊過程中儘可能均勻……為了提高成功率,我們協商後決定,首先繪製模型圖紙:

①葉佳芮同學負責收集文字材料,繪製圖紙與旁白編寫;②徐卓凡同學負責準備材料,製作模型,照片、視頻拍攝與製作和旁白配音。①收集雙螺旋結構模型製作所需的文字資料及實物材料;

『物理模型』

『文字旁白』

DNA骨架結構是由磷酸與糖類基團交互排列而成的。磷酸基團上的兩個氧原子分別接在五碳糖的3號及5號碳原子上,形成磷酸二酯鍵。組成DNA的四種鹼基是腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)相互配對,中間由兩個氫鍵連接;鳥嘌呤(G)與胞嘧啶相互配對,中間由三個氫鍵連接。鹼基之間遵循鹼基互補配對原則。

兩條核苷酸鏈沿著一個共同的中心軸以相反方向相互纏繞在一起,很像一座螺旋形的樓梯,兩側扶手是兩條多核苷酸鏈的五碳糖、磷酸交替結合的五碳糖-磷酸鏈骨架,而踏板就是鹼基。DNA雙螺旋是右手雙螺旋結構。雙螺旋中的兩股核苷酸互以相反方向排列,這種排列方式稱為反向平行。脫氧核糖核酸鏈上互不對稱的兩末端一邊叫做5'端,另一邊則稱3'端。

在DNA分子結構中,脫氧核糖-磷酸鏈在結構的外側,含氮鹼基朝向裡面。兩條脫氧核苷酸長鏈反向互補,含氮鹼基通過氫鍵配對相連,形成相當穩定的組合。

看來幾種簡單食材的邂逅,就能構建一個DNA分子模型,大家不妨也來試試吧!

徐卓凡、葉佳芮,安慶一中(龍門校區)高二(12)班[理科實驗班]學生。

《普通高中生物學課程標準(2017版)》要求學生通過「製作DNA分子雙螺旋結構模型」概述DNA 分子是由四種脫氧核苷酸構成,通常由兩條鹼基互補配對的反向平行長鏈形成雙螺旋結構,鹼基的排列順序編碼了遺傳信息。

1953年沃森和克裡克因構建DNA雙螺旋結構而榮獲1962年諾貝爾生理學或醫學獎。2020年3月,在新冠肺炎疫情期間,徐卓凡和葉佳芮兩位同學宅在家裡,通過線上交流、線下分工,共同構建的「DNA雙螺旋結構蔬果模型」,科學地再現了DNA分子結構。該物理模型製作過程科學合理,外觀精美,視頻製作與解說專業,同時又很好地培養了各自的團結協作與空間想像能力。在此,老師為你們點讚!

(安慶一中生物教師  朱晨兵)

『教授點評』

南京大學楊榮武教授看到「DNA雙螺旋結構蔬果模型」後,這樣評價安慶一中(龍門校區)2019級高二理科實驗班兩位「愛生化」的女生:「想到在DNA雙螺旋生日這一天就地取材製作DNA雙螺旋結構模型很難得,我們體內的DNA知道了會更好地為我們儲存和表達遺傳信息。」

減數分裂夾子模型

『製作過程』

夾子的形態和染色體有著異曲同工之妙,而兩個夾子的尾柄彈簧鋼絲卡疊在一起時亦能形成酷似著絲粒的連接。這便是王星雨同學的靈感來源。於是,王星雨同學和趙宸同學便展開了關於減數分裂模型建構視頻的合作。我們通過線上視頻等方式進行溝通和交流,用給夾子塗色等途徑克服了夾子顏色不明顯、夾子因光滑而容易分離、線容易纏繞糾結以及視頻製作繁瑣複雜等困難,完成了這一減數分裂夾子模型,利用家家戶戶皆有的生活用具——夾子,呈現了減數分裂近似的動態過程。

①王星雨同學負責材料準備、模型製作、圖片與視頻拍攝和配音配樂;

②趙宸同學負責文字編寫、過程分段以及視頻合成與剪輯。

『物理模型』

『文字旁白』

減數第一次分裂前期,同源染色體聯會,形成四分體。四分體中非姐妹染色單體之間發生互換。減數第一次分裂中期,各對同源染色體排列在赤道板兩側。減數第一次分裂後期,同源染色體彼此分離,非同源染色體自由組合。隨著細胞的分裂,便形成了兩個次級精母細胞,這樣便進入了減數第二次分裂前期。減數第二次分裂中期,著絲粒排列在赤道板平面上。減數第二次分裂後期,染色體的著絲粒一分為二。在紡錘絲的牽引下姐妹染色單體分別向細胞的兩極移動。這樣隨著細胞的分裂,在減數第一次分裂中形成的兩個次級精母細胞,經過減數第二次分裂,就形成了四個精細胞,精細胞變形形成精子。

『作者簡介』

趙宸、王星雨,安慶一中(龍門校區)高二(12)班[理科實驗班]學生。

『教師點評』

減數分裂是高中生物學核心概念之一,它是一個連續動態的微觀變化模型,既是高中生物學的教學重點又是教學難點。利用傳統的教學方法難以讓學生透徹認識其本質特徵,通過學生自主建構物理模型,用直觀、簡化的形式理解減數分裂過程可以達到事半功倍的效果,同時製作過程的體驗也能有效培養學生的科學思維,進而自主認同核心概念,達到「永久記憶」。趙宸和王星雨兩位同學真得讓染色體「動」起來了,材料新穎(文件夾+髮夾,文件夾模擬染色體,髮夾模擬中心體,同時用紅絲線模擬紡錘絲),既不失科學性,又簡潔美觀,而且視頻製作得也清爽大方。在新冠肺炎疫情期間,在緊張的實驗班課程之餘,兩位同學多次通過微信和釘釘交流合作,也分別多次通過微信和釘釘同老師交流、修訂與完善模型,兩位同學堅持不懈、追求完美的精神值得老師為你們點讚!

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