资源简介

《DNA分子的结构》教学设计
教材分析
本节位于高中生物必修二《遗传与进化》第三章第二节，在此之前学生已掌握了核酸的基本单位，同时本节内容为《DNA的复制》奠定了知识基础。本节的主要内容为DNA分子的结构及其发现史。关于DNA分子的双螺旋结构，这部分内容比较抽象，不容易理解。所以在教学过程中应结合科学史的发展历程引导学生建构DNA的模型，在掌握DNA分子特点的同时，锻炼了学生的动手与合作能力，并且有利于学生认同科学探究的价值。
学情分析
本节内容为高一下学期的学习内容，通过前面的学习，学生已经具备以下学习基础：
首先是知识基础：学生已经学习了遗传信息的携带者——核酸，又学习了DNA是主要的遗传物质，以及DNA和染色体的关系。
其次是学生的能力基础：高一的学生已有较强的动手能力，具备了一定的观察、分析、推理、获取信息及探究能力，逻辑思维逐步成熟，可以较好地完成教师精心设置的任务。
第三，情感、态度与价值观基础：高中生好奇心强，乐于合作、探究，具备实事求是的态度。
教学目标
知识目标：（1）说出DNA分子基本组成单位
（2）概述DNA分子结构的主要特点
能力目标：（1）通过资料分析与思考，合作构建DNA分子模型
（2）问题为导向激发学生独立思考，主动获取新知识
情感态度与价值观目标：
（1）通过DNA的结构学习，探索生物界丰富多彩的奥秘，从而激发学生学科学， 用科学，爱科学的求知欲望。
教学重点和难点
教学重点：（1）DNA分子结构的主要特点
（2）制作DNA分子双螺旋结构模型
教学难点： DNA分子结构的主要特点
教法学法
1、教法分析
（1）采用科学史策略进行教学。
（2）用多媒体课件显示DNA分子结构组成的动态过程。
（3）指导学生动手操作，制作DNA分子模型，引导学生自主建构模型。
学法分析
以“问题导向”和“学生活动”为支点，通过观察、讨论、分析去发现知识，逐渐培养学生自主学习的习惯和能力，让学生经过合作探究和课上的交流，体验知识获得的过程，感悟科学探究的方法，体会同学间合作的魅力，尝到探究性学习的乐趣。
教学过程
教学过程 教师活动 学生活动 设计意图
一、联系生活实际导入 1、创设情境导入：前些日子，老师看到了一则新闻：说一个黑人男子因为长的像嫌犯，居然被误判坐了17年牢。他们到底长的多像呢？大家请看图片。确实凭我们的肉眼很难区分，可是这同学们，如果你是警察，要避免这种悲剧再次发生，你认为在破案时要加入什么样的生物技术呢？ 为什么通过鉴定DNA分子就能区分了呢？通过之前的学习我们了解到DNA是我们主要的遗传物质，每个人的遗传信息都不同。可是DNA为什么能成为我们的遗传物质呢？它是如何储存遗传信息的呢？ 我们生物学有一句话叫做:结构决定功能，要解决这两个问题，我们就得明确DNA分子的结构？今天这节课就让我们一起来探索DNA分子的结构。 用生活经验回答：DNA分子鉴定技术。 根据所学知识与生活经验能回答每个人的DNA分子不同。 激发学生学习兴趣，设计悬念，让学生对DNA结构有大体的认识。
二、DNA结构模型的构建 要探索和欣赏DNA的结构离不开科学家的研究，现在让我们回到20世纪初，跟着科学家的脚步一起去揭开DNA的神秘面纱。 一、DNA的基本单位：首先看到资料一：20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸（集体回答），它是由一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基组成（集体）。 2、其中碱基一共有（四种），分别用字母表示是：(AGTC)所以就有这几种脱氧核苷酸？（4种）大声说出它们的名字： 3、活动一：引导学生回忆脱氧核糖核酸的结构并动手构建脱氧核糖核酸的模型：要探索DNA的结构，科学家用的一个重要的方法，就是构建模型。下面我们我们也来学习科学家们根据线索来构建模型。在构建之前我先介绍DNA的相关组件：我们可以用这五个组件来构建核苷酸：蓝色的扁球代表脱氧核糖，白色的小球代表磷酸，红黄蓝绿四种不同颜色的物体代表碱基，细长的白色小棍代表连接磷酸的键，较粗的是连接碱基的键。 下面请同学们完成模型建构1：以小组为单位，每个人试将手中的DNA结构组件拼接成1个单个脱氧核苷酸，给大家3min时间。 4、展示模型，并请学生概况脱氧核糖核酸的结构和种类：有没有同学愿意来展示一下自己拼出的模型，你能说出它的名字吗？ 单个的脱氧核糖核酸能携带遗传信息吗？那脱氧核苷酸是如何构成DNA的呢？我们通过之前的学习了解到单个的脱氧核苷酸能够连接成长链那核苷酸之间是如何连接的呢？ 二、DNA链的连接方式： 资料分析2：科学家通过研究长链的结构发现：原来是一个核苷酸的磷酸基团和与相邻核苷酸的脱氧核糖的3号碳原子相连。3号碳原子是哪一个？ 连接脱氧核苷酸的这个键，我们叫磷酸二酯键。 活动二：引导学生6~8人以小组为单位建构模型。（下面请大家继续以小组为单位将单个脱氧核苷酸连接成一条含6个脱氧核苷酸的单链。磷酸二酯键也是用细长的小棍代替的。（给大家3min时间） 大家构建完了就举手，看哪个小组能够又快又好的构建模型 小组展示：下面展示一下几个小组的成果，大家看他们的碱基序列是一样的吗？你们有跟他们一样的吗？那一条含6个脱氧核苷酸的长链可以有多少种排列方式呢？ 怎么分析？首先，我们知道6个核苷酸能占据6个位置对不对，第一个位置的碱基种类有几种可能？第二个呢？ 所以六个核苷酸一共有多少种排列方式呀？46 那么n个核苷酸就是？资料表明：我们人就有30多亿个核苷酸，因此我们的遗传信息是非常的多样的。 可是一条脱氧核苷酸长链，就是DNA的稳定结构了吗？ 三、DNA的双螺旋结构：1.双螺旋：资料分析3：： 当时科学界也在思考这个问题，但在1951年英国科学家威尔金斯和富兰克林拍摄了DNA的X射线衍射图谱。实际上就是给DNA拍照，我们自拍很简单，但是DNA那么小的分子要给它拍照是很不容易的。所以这张图非常的难得，而就是这张图，改变了几个年轻人的人生轨迹，也为DNA结构的破解带来了出口。 这到底是一个什么样的故事呢？下面请大家看一段视频观看视频的同时，请大家思考以下问题：哪些科学家为DNA的结构做出了重要贡献呢？ （集体回答）这里面只有谁是生物学家？其他三个人都是物理学家。 那么，生物学家与物理学家合作通过什么样的方法确定了DNA的结构呢？（分析衍射图谱） 他们确定的DNA的结构又是什么样的呢？ （但是当时其实并不是一开始就认定是双螺旋结构，沃森与克里克尝试了双螺旋/单链/三螺旋，发现双螺旋最符合衍射图片） 但如果是双链，双链之间如何形成稳定的结构呢？ 2、双螺旋的排布：1、富兰克林与威尔金斯继续研究了DNA的物理结构，他们通过计算DNA内部的轴向距离、直径与长度，得出：磷酸根在螺旋外侧，碱基在螺旋内部。 3、双螺旋结构的连接方式：他们离破解了DNA的结构似乎很近了。可是另一边，沃森和克里克也没有停止对DNA结构的探究。而且他们离成功似乎更近一步：资料4：1953年，沃森与克里克通过分析数据，补充了DNA的结构：磷酸根在螺旋的外侧构成两条核苷酸链的骨架，反向平行；碱基在螺旋内侧两两对应。 由此分析要形成双链的稳定结构，应该是在哪里形成化学键呢？（碱基） 4、碱基的配对方式：最简单的就是位于内侧的碱基两两连接形成化学键了吧。沃森与克里克也是这么认为的。那碱基的配对方式又是如何呢？ 引导学生推测碱基的配对方式：那么请大家以小组为单位讨论，尝试着去推测碱基的配对方式。（让学生分享他们推测的连接方式） 沃森和克里克最初想的也是同样的碱基两两配对，比如A与A配对，T与T配对。但是马上就有化学家指出这种配对方式影响化学规律。 资料5：介绍碱基对的结构：为什么呢？请大家观察嘧啶和嘌呤的结构，有什么特点？（个别提问） 那他们占据的空间是一样的吗？ 所以如果要保证两条链是平行的，你们认为应该要如何进行配对呢？ 1952年，沃森与克里克从著名生物化学家查哥夫那里得到一个重要的信息：腺嘌呤的量总是等于胸腺嘧啶的量(A=T)，鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶的量(G=C)。 大家从这则资料可以推出碱基配对的方式应该是怎样的？（A、T配对，G、C配对）。 那么A与T,G/C之间又如何形成稳定的结构呢？ 大家看到这个图，虚线的是碱基稳定的原因，这是以氢为媒介的化学键，我们叫氢键。 嘌呤与嘧啶配对的这个特点，我们叫做碱基互补配对原则。 5、沃森与克里克得到这个信息，就马上构建了碱基互补配对的双螺旋模型，结果发现：A-T与C-G形成的化学键直径相同，结构稳定，并且符合碱基的数量关系，最重要的是，他们把自己构建的模型与X射线衍射的照片比较时，是完全符合的。 于是，DNA的神秘面纱终于被揭开，沃森、克里克、威尔金斯也因此获得了诺贝尔生理和医学奖。 回忆必修一关于DNA的知识:碱基的连接方式、碱基的种类、核苷酸的种类。 说出脱氧核苷酸的名字 根据所学知识与资料构建模型。 个别学生展示模型 以小组为单位构建模型 展示模型 思考：能够组成多少种排列方式的序列呢？ 观看视频，思考问题 思考：双链之间如何形成稳定的结构，DNA的碱基配对方式如何 分析资料，思考为何不符合化学规律 分析资料，得出结论 按照科学史的与建构主义学习理论引导学生构建DNA结构的模型，并加深对科学史的理解。 加强学生之间的合作精神 加强学生的动手能力 加强学生的知识整合能力 引导学生根据资料进行思考 学科交叉，加强学科与学科间的联系 将科学史与模型建构结合
三、DNA分子的结构特点 1、我们也跟着科学家的步伐，一起构建了DNA的结构。请大家阅读书本49页并完成学案第三页第二大点问题，完成DNA的结构归纳。DNA分子结构有什么样的特点呢？ （1）DNA是由几条链构成的？（两条反向平行的双链）它具有怎样的立体结构？ 什么是反向平行呢？大家看到这张图，哪一个是DNA正确的平面结构？左图，为什么呢？怎么判断它是反向平行的。游离的磷酸基团的方向相反这就是反向平行。 双螺旋结构大家也熟悉吧，我们校园的旋转楼梯就是。 2.DNA的外侧是由哪些物质组成的？（看图，而且磷酸和脱氧核糖是如何排布的？碱基位于DNA的什么部位呢？ 3.那内部的碱基是如何配对的？它们是如何连接的？既然碱基是互补配对的，那它们在数量上的关系一定是：A=T,C=G，A+T=C+G 那么通过分析DNA的结构，大家认为她的哪些特性使得她能成为我们的遗传物质呢？ 能够作为遗传因素，大家认为首要的条件是什么？稳定 那DNA分子结构哪些特点使得整个结构比较稳定呢？ 除此之外，我们说每个人的DNA都不同，那么 DNA的什么结构使得DNA分子之间存在差异呢？（碱基的排列顺序）n个碱基就有（4n种排列方式），这体现了DNA分子的什么性质？（多样性） 那么多样的碱基序列中，一种特定的碱基排列方式，就决定了DNA具有什么样的特性？特异性。每个个体的DNA分子都具有特异性。 回到我们上课开始的案例，所以为什么可以通过DNA鉴定技术来辨别两个相像的人呢？ 模型构建3：好，现在DNA的双螺旋结构已经完全明了，请大家继续以小组为单位，根据DNA分子结构的特点，修正刚刚构建模型。 展示学生的小组模型，大家看看他的模型：磷酸与碱基交替连接位于外侧，碱基互补配对形成稳定的结构。但这就是DNA分子最后的结构了吗？ 这才是一个完整的双螺旋结构。 4.本节课我们通过重走科学家的合作与探索之旅，建构了DNA分子的模型，归纳了DNA结构的特点。为了帮助大家记忆，老师改编了一首《青花瓷》，请大家根据旋律大胆地唱出来，一起来归纳DNA的结构。 2、歌曲总结：DNA分子她结构真美妙
　　磷酸，碱基，五碳糖一个不能少
　　脱氧核糖的长链反向要平行
　　盘旋成双螺旋才能稳定
　　稳定的双螺旋结构更精彩，
　　脱氧核糖和磷酸交替排在外，
　　构成了基本骨架 碱基才能配对往里排
　　碱基配对有规律， 让我告诉你
　　A、T，G、C配对，全都是唯一。
　　DNA这三个基本点有意义，
　　是她决定性状的伏笔
　　碱基排序丰富，决定多样性，
　　特定碱基顺序，就是特异性
　　脱氧核糖、磷酸排列方式恒定
　　才有稳定性 思考并归纳DNA结构的特点 根据DNA结构特点归纳DNA能够作为遗传物质的原因 构建完整的DNA模型 跟着旋律尝试唱出来 引导学生思考DNA结构的特点，攻克重难点。 渗透生物学结构与功能相适应的观点 使模型建构更完整 加深学生对重难点的意义，体验到学习的乐趣。
四、科学启示 课后思考讨论：正是因为科学家的对真理的探索与坚持，我们才得以领悟遗传的秘密，欣赏DNA分子的美妙结构。下面留给大家一个课后作业：请大家思考学案中的课后思考讨论部分：1、DNA结构的探索过程中融合了那些学科的知识和理论？ 2、沃森和克里克默契配合，又给你哪些启示呢？ 完成课后作业 引导学生理解科学探究的意义与价值
教学反思
在本次后，我进行了深刻的反思，以下是我的一些思考和总结：
1. 学生参与度：学生在讨论与合作构建DNA双螺旋结构的环节表现出了极高的兴趣和参与度。这说明将抽象的科学概念与学生能够直观理解的模型相结合，能够有效提高他们的学习积极性。在未来的教学中，我计划更多地采用模型和实物来辅助教学，以增强学生的直观感受。
2. 理论与实践的结合：在讲解DNA结构时，我尝试将理论知识与实际的生物现象联系起来，比如通过讨论DNA复制和转录的过程来帮助学生理解DNA的化学结构。这种方法似乎帮助学生更好地理解了DNA结构的功能和重要性。
3. 互动式学习：我鼓励学生通过小组讨论和角色扮演的方式来探索DNA的结构和功能。这种互动式学习方式让学生能够更深入地参与到学习过程中，同时也锻炼了他们的沟通和协作能力。
4. 技术的应用：我使用了多媒体教学工具：如动画和视频、原创歌曲来展示DNA双螺旋结构的特点。这些工具不仅吸引了学生的注意力，而且帮助他们更直观地理解了DNA结构的动态变化。我意识到：合理利用技术工具可以极大地提高教学效果。
5. 难点的突破：在教学过程中，我发现学生对于DNA碱基配对规则的理解存在困难。为了解决这个问题，我设计了一些小游戏和练习，让学生通过实践来掌握这一规则。这种方法似乎比单纯的讲解更有效。
6. 评估与反馈：课后，我通过小测验和学生的反馈来评估他们对DNA结构的理解程度。我发现，虽然大多数学生能够理解DNA的基本结构，但在更复杂的遗传信息传递过程中，他们仍然存在一些困惑。这提示我在未来的课程中需要更加关注这些难点，并提供更多的练习和指导。
教学创新点
互动式DNA双螺旋结构模型的建构：采用小组合作探究式教学，把课堂主要的时间从教师的教转变为学生的学。让学生通过了解科学史，合作建构出DNA双螺旋结构。
跨学科整合：引导学生利用物理、化学知识解析DNA双螺旋结构模型，利用创新歌曲帮助学生总结DNA双螺旋结构的特点。
在线互动平台：利用希沃白板同屏技术，及时展示学生的成果，为学生评价多样化奠定基础。

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