如何讓孩子理解什麼是核酸檢測?從探索DNA結構背後的故事開始

2021-01-09 英倫雲學

從去年開始，新冠疫情幾乎每天都沒有離開過熱搜榜， 可以說這是近幾年最重大的事件之一。面對全人類共同的災難，你是否想過這也許是孩子們學習和成長的絕佳機會？

在如今這個肉搏的世界裡，孩子們的成長從來不只是課堂課本上的那段時間那點知識，當帶著孩子們去核酸檢測時，你是否想過如何引導孩子正確理解這種檢測的重大意義呢？

核酸檢測最根本最核心的是檢測什麼呢？我們都知道病毒的遺傳物質可以是DNA或者RNA，而且每種病毒的遺傳物質各有不同。而這次新冠狀病毒的遺傳物質就是單鏈RNA，也是它最核心、最明確最準確的標誌，因此我們檢測到新冠病毒的核酸時就可以確定有新冠病毒的存在。

但是讓孩子們去了解這些就太難了，因為他們對核酸甚至都沒有基本的概念，什麼是DNA？位於人體的那個部位？為什麼DNA有遺傳物質的作用？DNA是如何被發現的？DNA和RNA又有什麼關係？他們在現實生活中又有什麼重要意義呢？如何讓孩子們條理清晰地了解這部分知識，激發他們自主探索的興趣？

從DNA結構的發現故事講起...

DNA之父——James Dewey Watson、Francis Harry Compton Crick和Maurice Hugh Frederick Wilkins

1951年春天，一直對基因的奧秘深感興趣的Watson，出席了在義大利舉行的生物大分子結構會議。會上，英國著名生物物理學家Wilkins在報告中展示了一張DNA的X射線衍射的幻燈片，給Watson留下了極其深刻印象。

這年秋天，Watson來到英國劍橋大學卡文地什實驗室工作。在這裡，他遇到了同樣對DNA的結構著迷的Crick。

物理學家出身的Crick對衍射圖譜的分析十分熟悉，能夠幫助Watson理解晶體學的原理，而Watson可以幫助Crick理解生物學的內容。

當時，科學界對DNA的認識是：DNA分子是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈，這4種脫氧核苷酸分別含有A、T、C、G四種鹼基。Watson和Crick以Wilkins和其同事Franklin提供的DNA衍射圖譜的有關數據為基礎，推算出DNA分子呈螺旋結構。

Watson和Crick嘗試了很多種不同的雙螺旋和三螺旋結構模型，在這些模型中，鹼基位於螺旋的外部。但是，這些模型很快就被否定了。

在失敗面前，Watson和Crick沒有氣餒，他們又重新構建了一個將磷酸、核糖骨架安排在螺旋外部，鹼基安排在螺旋內部的雙螺旋。在這個模型中是相同鹼基進行配對的，即A與A，T與T對，但是，有化學家指出這種配對方式違反了化學規律，於是這個模型又被拋棄了。

1952年春天，奧地利的著名生物化學家Chargaff訪問了劍橋大學，Watson和Crick從他那裡得到了一個重要的信息：腺嘌呤（A）的量總是等於胸腺嘧啶（T）的量；鳥嘌呤（G）的量總是等於胞嘧啶（C）的量。

於是，Watson和Crick又興奮起來，他們改變了鹼基配對的方式，讓A與T配對，G與C配對，構建出新的DNA模型。

結果發現：A－T鹼基對與G－C鹼基對具有相同形狀和直徑，這樣組成的DNA分子具有穩定的直徑，能夠解釋A、T、G、C的數量關係，同時也能解釋DNA的複製。當他們把這個用金屬材料製作的模型與拍攝的X射線衍射照片比較時，發現兩者完全相符。

1953年，Watson和Crick寫出《核酸的分子結構一脫氧核糖核酸的一個結構模型》論文在英國《自然》雜誌上刊載，引起了極大的轟動。1962年，Watson，Crick和Wilkins三人因這一研究成果而共同獲得了諾爾生理學成醫學獎。

思

考

① DNA是由幾條鏈構成的？它具有怎樣的立體結構？

② DNA的基本骨架是由哪些物質組成？他們位於DNA的什麼部位？

③ DNA中的鹼基是如何配對的？他們位於DNA的什麼部位？

④ 資料中涉及到哪些學科的知識和方法？這對你理解生物科學的發展有什麼啟示？

在英國初中教育中，生物老師讓孩子們通過文本閱讀初步了解DNA的雙螺旋結構，體會到科學家們通過團結協作，共同研究發現真理的過程。

物理、化學、生物多學科的合作才能發現DNA的平面結構和立體結構。這也更好的理解了為什麼DNA能夠儲存遺傳信息，在親代和子代的遺傳信息的傳遞過程中發揮著重要的作用。

同時，老師帶領孩子們動手製作DNA雙螺旋結構，讓理論知識形象化、生動化，學生的動手能力也會得到提高。以學生為主體，讓他們自己去發現問題、解決問題，探索DNA結構的密碼，深刻體會團隊協作的力量，逐漸形成工程學的思維，對他們今後的學習和成長意義重大。

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