2016-2017学年人教版必修二-DNA分子的结构-教案.docx

DNA分子的结构教学设计教学目标通过制作脱氧核苷酸和DNA结构模型的活动,使学生理解DNA的分子结构,理解DNA空间结构的主要特点和DNA分子的多样性、特异性和稳定性,通过了解科学家的研究过程,鼓励学生大胆创新,从而体验探究的乐趣和获得成功后的喜悦,学会科学的探究方法。教学重难点理解DNA立体结构的主要特点。教学过程第一部分:DNA分子的基本组成单位复习回顾上节内容了解生物体的主要遗传物质是DNA少数生物是RNA,DNA和RNA总称为核酸。教师展示原先制作好的DNA分子的平面结构模型,让学生从模型中找出DNA基本组成单位并要求学生在黑板上画出相关结构。教师复习回顾DNA的化学成分是由脱氧核苷酸组成,每分子的脱氧核苷酸又是由三个分子组成。由一分子脱氧核糖、一分子含氮的碱基和一分子磷酸基组成。DNA和RNA的基本组成单位上的区别。第二部分:从DNA分子的基本组成单位到构建其平面结构学生活动:学生自己动手组装DNA基本单位脱氧核苷酸,进而要求学生组装脱氧核苷酸单链,引发思考:各化学成分是如何连成DNA长链的?你手边的四个四种核苷酸能排成多少种顺序?如果有足够的四种核苷酸仍旧排成4个核苷酸构成的链,排列方式应有多少种?如果用足够的四种脱氧核苷酸连成一条由4 000个脱氧核苷酸形成的一条脱氧核苷酸长链,那么,能形成多少种排序不同的脱氧核苷酸长链呢?第三部分:从DNA分子的平面结构到双螺旋结构的探索资料分析,构建模型“科学家是如何揭示DNA分子结构的?”指导学生阅读沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型的研究过程,进行以下活动:1.什么使沃森对DNA的结构着迷?(展示威尔金斯的DNA X射线衍射图。)通过对图形的分析,学生得出DNA结构应该螺旋对称。(科学家已经推算出来。)除了此图,当时科学家对DNA还有什么了解?(化学组成,基本单位,呈长链。)两位年轻科学家在前人已有的认识上,采用什么方法研究DNA结构?(模型建构。)2.教师引导,学生动手尝试构建模型。开始提出三链的DNA模型,碱基位于螺旋的外部(学生思考,发现问题,提出修改方案);又提出双链的DNA模型,碱基位于螺旋的外部(学生动手建构含两个碱基对的模型,发现问题,提出修改方案);学生讨论:许多现代化的建筑为了节省空间都有一个螺旋形的楼梯。楼梯的支撑就是脱氧核糖和磷酸形成的链,即糖磷酸糖磷酸糖磷酸好像一节一节的链一样。然后给它配上碱基,好像给楼梯装上梯级一样。我们两个人一组把你们的两段DNA链连成双链。同学们马上发现提出异议,在大多数同学之间的两条链无法连成合理的稳定的结构。(3) 又提出了双链的DNA模型,碱基位于螺旋的内部,相同碱基配对(学生动手修改模型,发现问题,提出修改方案)。教师:我们不妨大胆想象一下,怎样搭建这个双链DNA模型呢?教师:在制作模型的过程中,沃森和克里克当时也遇到同样的问题,他们无法把碱基放到模型中他们任意选择的位置上,这些碱基不得不用一种特殊的方式连在一起。 每一个梯级必须由两个碱基组成。问题在于嘌呤是长的,而嘧啶是短的。如果把这两个“长”的连接起来,那么做出来的梯级就太宽,不适合这个楼梯扶手的两个链之间的空间。在另一头,如果把两个“短”的连接在一起,其结果是梯级又太狭窄,同样无法布满两个扶手之间的空间。可是天然形成的结构总是十分合理而完善的。引导阅读资料:查哥夫提供的信息,学生朗读教材内容:1952年春天,奥地利的著名生物化学家查哥夫访问了剑桥大学,沃森和克里克从他那里得到了一个重要的信息:A的量等于T的量,G的量等于C的量。于是沃森和克里克又兴奋起来,让A(“长”的)必须和T(“短”的)连接,G(“长”的)必须和C(“短”的)连接,这样便能做成一个结构很牢固很平衡的螺旋体。内部的碱基间严格遵循碱基互补配对原则:一条链上有碱基A,另一条链必有碱基T与其配对,一条链上有碱基C,另一条链上必有碱基G与其配对;碱基间通过氢键连在一起。之后的研究中我们了解到A与T有两个氢键,G与C有三个氢键。得到碱基配对启示(学生动手建构模型各小组将模型组装起来)。展示一下各组制作的DNA平面结构,检查有无连接错误并给与正确的评价。3.情感教育提升:发现DNA结构过程涉及哪些学科知识和方法?你得到什么启示?沃森他们的工作方式和态度有哪些地方值得学习第四部分:DNA分子结构特点总结教师展示DNA分子双螺旋立体结构模型,要求学生总结DNA分子的结构特点学生总结:(1)DNA分子由两条反向平行的双链组成(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架,碱基位于内侧(3)两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对,碱基互补配对A=T,C=G第五部分:碱基的计算教师:在制作过程中同学们有没有发现碱基数量或脱氧核苷酸的数量有什么规律?学生思考后作答:在双链DNA分子中,因为碱基互补配对,有A=T,C=G;同时使嘧啶碱基的总数与嘌呤碱基的总数相等即A+G=C+T。这可作为判断单、双链DNA的基本依据。教师:我们每组计算本组制作的DNA分子片段的(A+T)/(G+C)的比值是多少,比较不同小组该比值,不同小组所得的DNA中的该比值有差异。由此我们可以得出什么结论呢?学生总结:不同的DNA分子中AT对和GC对的比例不同。教师:如果某段DNA分子由4 000个脱氧核苷酸对组成,其DNA分子的排列顺序有多少种?学生总结:44000种 (有学生会问)为什么不是48000种?学生总结:因为碱基互补配对,所以一条链的碱基排序决定另一条链的排序,因而只要计算其中一侧链的种类即可。第六部分:通过建立DNA的空间模型总结DNA分子的特点教师:我们知道化学原子的化学建是向空间延展的,不是平面的。那么DNA的空间结构是什么样的呢?沃森和克里克在将DNA模型与拍摄的X射线照片比较时,发现两者完全相符。教师:下面我们用我们制作的DNA分子的平面结构,表现一下DNA分子的立体结构是有规则的双螺旋结构。(出示课件中DNA双螺旋立体结构结构模型)各小组展示刚才所制作的模型,比较各组模型的相同点与不同点,从而总结DNA分子的特点老师补充:在DNA分子的双链螺旋结构中:共有四种碱基对:AT对、TA对、GC对、CG对。一般DNA每螺旋一周要绕过10对碱基,在一对脱氧核苷酸之间的长度为2 nm,相邻两对碱基之间的距离为0.34 nm,一个螺旋为3.4 nm。这些都体现出DNA结构的稳定性。这样的螺旋结构对链上的脱氧核苷酸顺序无任何限制。因此,DNA分子中的脱氧核苷酸的排列顺序千变万化。这样千变万化的顺序决定了生物界的多样性。人类中找不到两个人的指纹完全相同就在于此。教师:这样严谨的结构,使DNA分子的结构具有相对的稳定性,种类上具有特异性和多样性,从而使生命能种族延续、代代相传遗传,并表现出丰富多彩的自然世界。第七部分:研究DNA结构的意义教师:DNA结构的发现在生物科学的研究史上的地位是重大的,中科院副院长、国家863计划生物领域首席科学家陈竺教授评价说(请学生朗读)“双螺旋结构显示出DNA分子在细胞分裂时能够复制,完善地解释了生命体要繁衍后代,物种要保持稳定,细胞内必须有遗传属性和复制能力的机理。这一发现标志着沃森和克里克终于揭示出了基因复制和遗传信息传递的奥秘,两人由此获诺贝尔奖,并由此引发了一场蔚为壮观的生命科学和生物技术领域的重大革命。”课后小结开始复习回顾原有知识结构DNA分子作为生物体的主要遗传物质的原因与其结构的联系导入新课。激发学生的进一步探究的学习兴趣。课堂上以学生亲自动手体验模型建构的科学研究方法,动手操作过程中让学生自己发现问题,分析问题,解决问题,培养生物学素养和分析解决问题的能力。教学方法:教学以“平面结构基本单位单链平面双链立体空间结构”逐步深入。模型在本节课中不但是教具,也是提供学生分析和思考的素材。以DNA模型为依托,培养学生的空间想象能力。知识间以问题串衔接,环环相扣,学生能跟随教师的思路,主动参与探究过程,在课堂中既动手又动脑,全方位调动感观,使抽象知识形象化,提高课堂知识理解效率。教师注意捕捉活动过程中的细节,如学生拼接时(碳)