资源简介

课堂试教教案 7
教师 班级 高一（12）班 教学日期
课题名称 DNA的结构 第一课时 课型 新授课
课程标准 大概念3：遗传信息控制生物性状，并代代相传。 重要概念3.1：亲代传递给子代的遗传信息主要编码在DNA分子上。 次位概念3.1.2：概述DNA分子是由四种拖延核苷酸构成的长链，一般由两条反向平行的长链上的碱基互补配对形成双螺旋结构，碱基的排列顺序编码了遗传信息。
教材分析 “DNA的结构”选自人教版高中生物必修2“遗传与进化”第三章基因的本质第2节，由DNA双螺旋结构模型构建、DNA分子结构和DNA双螺旋结构模型三部分构成。本节内容具有承上启下的作用——DNA分子的双螺旋结构是学生理解遗传学理论的知识基础，其双螺旋结构保证了DNA多样性、特异性和稳定性的特征，是学生理解生物多样性、特异性和物种稳定性本质的结构基础，对学生以后学习DNA的复制及遗传规律有很大的促进作用。本节课设计的知识包括有丝分裂、减数分裂生物的生殖等，以及酶和ATP相关的知识。DNA中碱基的计算以及公式推导有助于锻炼学生的思维，而DNA模型的制作则利于提高学生的动手能力，利于学生形象思维到抽象思维的发展。
学情分析 学生已经知道核酸是由核苷酸连接的长链，也知道核苷酸的基本单位以及另算、脱氧核糖、碱基的基本概念，对DNA有基本的了解。同时，在必修二前几章，学生已经学习了分离定律和自由组合定律，了解了在有性生殖形成配子时，同源染色体分离，非同源染色体自由组合、染色体上的基因行为和染色体行为一致。但是学生对“染色体上的基因是什么”，“DNA双螺旋结构的巧妙之处在哪里”“基因的本质是什么”“基因与DNA是什么关系”并不了解。这节内容对学生后面学习DNA复制、基因的本质、基因的表达等生物遗传和变异理论的学习打好基础。
教学目标 生命观念 通过DNA结构模型的建构，概述DNA双螺旋结构特点，领悟DNA结构和功能相适应的生命观念。
科学思维 通过分析DNA双螺旋结构模型，概述DNA结构的主要特点。
科学探究 通过对科学史的学习和分析，构建DNA双螺旋结构模型。
社会责任
教学重点 DNA分子结构及主要特点 碱基互补配对原则
教学难点 DNA分子结构及主要特点
教学策略 讲授-演示策略 建模教学策略
教学用具 多媒体课件、四种脱氧核糖核苷酸、DNA双螺旋结构
板书设计 DNA的结构 一、温故知新 二、DNA平面结构模型构建 1.脱氧核苷酸链的构建 2.DNA的平面结构的构建 3.DNA的空间结构——双螺旋结构 三、DNA的结构特点
教学程序 教师活动 学生活动 设计意图 备注
创设情境设疑引入 展示“北京长峰医院火灾事故”的时事案例 提问:DNA为什么可以作为鉴定身份的依据？ 因为每个人的DNA都是不相同的。 过渡：DNA作为主要的遗传物质，它是怎样储存遗传信息的？要回答个问题，我们首先需要弄清楚DNA的结构。那么下面我们就进入到DNA结构的学习。 学生了解时事案例回答:因为每个人的DNA是不同的。 通过时事案例引起学生的兴趣和思考，引出本节内容的主题。
温故知新回顾旧知 引入：在必修一中我们已经学习过DNA，首先，我们来回顾DNA的相关基础知识。 展示：DNA的中文名称、DNA的基本单位、脱氧核苷酸的分子构成、碱基的种类及四种脱氧核苷酸，并说明碱基和五碳糖在脱氧核糖上的连接位置。 学生回答DNA的中文名称、DNA的基本单位以及四种脱氧核苷酸的名称，明确碱基和磷酸基团在脱氧核糖上的连接位置。 为模型的构建打好知识基础，为磷酸二酯键的学习打好基础。
构建脱氧核苷酸长链 构建DNA平面结构 DNA双螺旋结构 展示资料1： 当时，科学界已经认识到：DNA是以4种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链，这4种脱氧核苷酸分别含有A、T、G、C 4种碱基。 提问：这四种脱氧核苷酸是如何构成DNA的？ 讲解：脱氧核苷酸之间的连接是通过一个脱氧核苷酸的脱氧核糖的3号碳的羟基和另一个脱氧核糖核苷酸的磷酸基团上的羟基发生缩合反应，我们看到缩合之后，失去了一分子的水，形成的连接两个脱氧核糖和碳酸的键称“磷酸二酯键”。从而使得脱氧核苷酸连接形成长链。 模型构建一： 构建一条脱氧核苷酸链，教师对学生的结果进行纠正，并指出脱氧核苷酸链具有方向性，即：连接有游离的磷酸基团的一端为5’端，另一端为3’端。 过渡：虽然人们知道脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接形成长链，但是却对DNA的空间结构一无所知，直到五十年代，科学家们开始励志要解开DNA的结构之谜，这个过程中有两个实验室非常著名，其中一个是卡文迪什实验室。 科学史：我们说兴趣是最好的老师，生物学家沃森对DNA结构的奥秘非常感兴趣，于是他来到了英国剑桥大学的卡文迪什实验室，在这里沃森遇见了对DNA结构同样着迷的物理科学家克里克。生物学家沃森可以帮助克里克理解生物学的内容，物理学家克里克可以帮助沃森解释晶体学的原理，因此二人达成了合作的关系。 展示资料2： 1951年11月，英国生物物理学家威尔金斯和他的同事富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱。 讲解：DNA衍射图谱呈现“X”形，推算出DNA呈螺旋结构。并且沃森克里克推测DNA由两条链或者三条链构成，也就是DNA是双螺旋或者三螺旋。 提问：DNA是双螺旋还是三螺旋呢？ 展示科学史： 沃森和克里克构建了三螺旋和双螺旋的DNA结构模型，但是三螺旋结构模型的实际含水量与DNA理论的含水量不符，因此被否定了。 模型构建二：构建另一条脱氧核苷酸链 提问：两条脱氧核糖核苷酸链是如何排布的？ 展示三种排布方式。 展示科学史： 1951年10月，生物学家沃森与物理学家克里克合力推出了两股螺旋的DNA结构，他们把磷酸排在内侧，含氮碱基排在外侧。当他们邀请威尔金斯和富兰克林前来观看时，被两人评价为“一无是处”。 提问：为什么沃森和克里克搭建的双螺旋结构评论是“一无是处”的呢？ 提示：磷酸基团是亲水的，碱基是疏水的。 讲解：听到亲水和疏水同学们有没有觉得很熟悉。构成细胞膜的磷脂，它有亲水的头部和疏水的尾部，那磷脂分子在构成细胞膜时是如何排布的呢？亲水的头部在外侧，疏水的尾部在内侧，那同理DNA处于液体环境，那磷酸基团应该排在？外侧，碱基排在内侧。 展示资料3： 富兰克林发现提高空气的湿度，可以让DNA的衍射图谱从A型转变为B型，显然DNA易吸收水分。所以她认为脱氧核糖核苷酸的亲水磷酸基团应该位于DNA的外侧，其余部分位于内侧。 让学生观察脱氧核苷酸链，说明碱基分为两大类：嘧啶和嘌呤，其中嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）;嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。 提问：碱基之间式如何配对的呢？ 引出：沃森和克里克尝试了碱基位于螺旋内部，磷酸位于外部的双螺旋结构，但是他们让A与A、T与T、C与C、G与G配对。但是这个结构又被否定了，为什么？ 展示：碱基中嘌呤和嘧啶的化学结构式，得出嘌呤要比嘧啶更长，并引导学生思考如果将相同的碱基进行配对会对DNA结构造成什么影响——结构不稳定。 过渡：如果要让DNA结构稳定，碱基配对之后直径应该——相同，所以就应该是嘌呤碱基和嘧啶碱基配对，那是哪种嘌呤和哪种嘌呤配对呢？这时候查哥夫给沃森和克里克带来了一条重要的信息，我。 展示资料4： 1952年7月,奥地利查加夫提供了一个关于DNA中碱基数量的关键信息：DNA中，A的量总是等于T的量；G的量总是等于C的量。 结合碱基的化学结构式和资料四的信息，分析得出在DNA中A和T的含量相等，G和C的含量相等，引导学生得出A和T配对，G和C配对。 展示DNA分子的平面结构，说明A与T配对、G与C配对，这种配对方式称碱基互补配对原则。因此DNA分子直径恒定。 提问：碱基之间是如何连接的？ 说明A与T之间形成两个氢键，C与G之间形成三个氢键， 构建模型三：DNA的平面结构 引导学生观察构建模型中两条脱氧核苷酸链的方向，提问学生这种构建方式是否正确，还有没有其他排列方式，两种排列方式哪个正确。 提示：DNA分子旋转180°之后DNA衍射图谱和之前的一样。 讲解：既然DNA旋转之后DNA衍射图谱没有发生变化，所以问题可不可以转化为，将模型进行旋转，然后观察旋转后的模型能不能和原来的模型重合。 展示：教具 引导学生思考得出DNA两条链式反向的 提问学生得到的模型是否是DNA的最终结构，引出DNA的双螺旋结构，展示DNA双螺旋结构（多媒体、教具） 展示资料5： 1953年4月25日，沃森和克里克在英国《自然》杂志发表题为《核酸的分子结构-脱氧核糖核酸的一个结构模型》 讲解：富兰克林由于1958年因病去世从无缘诺贝尔奖，让学生明确富兰克林虽然没有获得诺贝尔奖，但是她对于DNA结构的建构所做出的贡献是值得我们铭记。 学生体会连接方式，并进行两个基本单位的正确连接，指出磷酸二酯键的位置，明确脱氧核苷酸链的方向性。 学生明确X射线衍射的原理，并得出DNA呈螺旋状，并思考DNA是双螺旋还是三螺旋。 学生明确三螺旋DNA结构模型不正确，得出DNA是双螺旋，并构建出另一条脱氧核苷酸链，思考两条链的排布方式。 学生类比细胞膜磷脂分子的排布方式，得出DNA中碱基位于螺旋内侧，磷酸基团位于螺旋外侧。 通过资料学生进一步确定碱基和磷酸基团分布位置，并结合资料重新构建模型。 学生思考碱基的配对方式。 学生思考得出嘧啶和嘌呤进行配对。 学生结合碱基的化学结构式和查哥夫所提供的信息得出：碱基A与T配对，G与C配对。 明确碱基互补配对原则。 学生明确碱基之间通过氢键连接，并进一步构建DNA平面结构；通过提示得出DNA两条单链反向。 学生观察教具，得出DNA两条脱氧核苷酸链反向。 明确DNA的双螺旋结构 学生认可富兰克林在DNA结构中所做出的贡献。 创设情境，引导学生自主探索脱氧核苷酸的连接方式，为学生自主探索DNA双链是反向的打下基础。 通过介绍沃森和克里克对DNA的X射线衍射图谱分析和研究，让学生感受到不同学科间合作的重要性。 通过一系列资料展示当时DNA研究中的重重困难，让学生学习科学家探索创新的科学精神、严谨求实的科学态度、学科融合的科学思维、团队协作的合作精神。 展示DNA双螺旋结构，帮助学生从DNA的平面结构成功过渡到三维立体结构。
DNA的结构特点 多媒体展示DNA的结构， 引导学生归纳DNA的结构特点： 分别从链、结构两个方面总结DNA的结构特点。 学生总结出DNA分子结构特点： DNA由2条反向平行的脱氧核苷酸链构成双螺旋结构；磷酸和脱氧核糖交替排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧，形成碱基对；碱基之间通过氢键连接，A与T，G与C配对，这种配对方式称碱基互补配
教学反思 此次教学利用建模教学策略让学生亲自构建模型、修正模型，提高学生的动手能力和思维能力，学生在课堂上表现活跃，积极性和思维得到充分的调动，通过磁贴进行粘贴模型，节约时间。在课程中，探究两条脱氧核苷酸链是反向还是正向时，利用简单的生物教具帮助学生更加直观的观察到旋转后的模型与为旋转模型的区别，从而得出两条链的方向性。 本次课的不足在于讲解DNA双螺旋结构的构建过程中，没有及时让学生回归教材，教材内容没有落到实处，所以，教师要兼顾教材内容，及时让学生关注教材内容，做到熟悉教材内容。其次，在建模过程中占用时间比较多，导致最后总结DNA结构的时间不足，比较匆忙。所以，在建模教学中要把握好时间，尽量做到语言简洁，不过多的重复知识，展示在PPT上的内容也不用一字不拉的念一遍，可以让学生自己看，节约时间，避免语言啰嗦重复。

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