《DNA的分子结构和特点》 教学设计36

1、?DNA的分子结构和特点? 教学设计李 毅 浙江省镇海中学 315200摘要 本节教学结合最近发生的案例引入，通过角色扮演，让学生融入科学探究的气氛中，创造愉快的气氛。继而将活动与问题由浅入深展开，让学生构建DNA分子结构模型，在动手合作过程中获得知识，发挥主观能动性。最后辅以练习加强知识的稳固，获得反应信息。关键词 教学设计 DNA分子 模型构建1 学习任务分析 本节课选自浙科版高二?生物学?必修二第三章第二节，本节课内容包括DNA分子结构的发现历程、DNA分子组成、DNA的结构特点以及DNA的特性。本节课深入到分子水平研究DNA的结构，知识内容相对较抽象，学生对这方面的知识也没有一定根底，

2、但知识结构相对而言还是较为清晰的，具有一定逻辑性。在教学中充分利用模型有利于学生将抽象化的知识形象化，因此模型搭建是本节课也是这一类课题的一个关键，在搭建过程中学生尝试解释DNA结构的多样性、稳定性、特异性，学生“先行后知加深对知识的理解。本节课是在了解了核酸是遗传物质证据之后，对于遗传物质之一DNA进一步深入学习，引发学生对科学本质的探究。同时本节课的学习也为接下去了解DNA分子的复制、遗传信息的表达打下根底，因此，本节课对于学生的知识框架而言具有承上启下的作用。2 学情分析本次授课对象是镇海中学高二8班学生，他们课堂气氛活泼，具有较强的班级凝聚力，在合作学习上有较好的根底，团队凝聚力强，因

3、此有助于本节课模型制作的展开。另外学生学习水平相对较好，在动手能力方面有很高的积极性，学习的欲望强烈，因此本堂课展开一定的活动有利于学生将知识内化。然而学生在事物观察上还有所欠缺，不够仔细，对于信息包括实物信息与文字信息归纳能力不够强，有待提高，这也是本节课在教学中所要强化的方面。3 教学目标3.1 知识目标 简述DNA的分子组成；概述DNA分子结构及其特点；举例说出DNA特性在生活中的运用；3.2 能力目标 加强动手操作、团队协作的能力，制作DNA立体结构模型，通过模型构建能够解释DNA结构多样性、稳定性、特异性；提升语言表达的能力；提高对信息的分析归纳的能力；遇到较为抽象的问题或信息时，运

4、用建构模型的科学方法来解决；3.3 情感态度与价值观目标 通过角色扮演，融入当时的社会背景，将历史重现，学生认识到多学科合作研究的重要性，体会科学探索的艰辛；通过模型建构、实物演示等科学方法学生在学习中逐步提升团队协作精神，互相合作学习的能力，同时感悟到DNA双螺旋结构对称、简洁、和谐的科学美。4 教学重点、难点依据教学内容安排以及生物课程标准，本节课重点在于学生通过学习能简述DNA的分子组成并能概述DNA分子结构及其特点；根据学生的情感、能力、认知水平，通过教材分析将DNA分子结构模型搭建以及通过模型构建学生尝试解释DNA分子结构的稳定性、多样性、特异性作为教学难点。5 教学课时一课时6 课

5、前准备收集与DNA相关的时事资料，准备DNA分子结构零件模型以及相同材料的立体结构模型，制作与课题相关的多媒体课件。7 教学方法模型构建，多媒体辅助，小组讨论，情景演绎。8 教学过程8.1 创设情景，导入新课利用时事资料创设情境：热带风暴“天鹰16日下午在菲律宾南部的棉兰老岛登陆，16日夜至17日凌晨持续大雨，许多民众在睡梦中被洪水卷走。大雨洪水已造成菲律宾南部652人死亡，其中局部遗体已被家属识别出来，但是还有相当一局部遇难者已面目全非，难以识别了。教师提出问题：有什么方法可以追寻遇难者的身份呢？预设答案：DNA鉴定，由于我们之前了解到DNA中含有相关的遗传信息，因此DNA鉴定是一种好方法，

6、教师进一步提问但不需要急于解答：DNA是怎样储存遗传信息的呢？要解决这个问题，首先要掌握DNA分子的结构及其特点。8.2 角色扮演，穿越时空创设情境，学生穿越到19世纪，来扮演当时两位既无经验也无资金的后起之秀沃森、克里克，学生可以自己选择一位角色扮演。既然要角色扮演就必须融入当时的社会环境，通过史实告诉学生那时科学家们已了解DNA的化学成分及其分布。在高等生物中，DNA主要存在于细胞核中，线粒体和叶绿体中也有分布，DNA的根本单位是脱氧核糖核苷酸， DNA是脱氧核苷酸的多聚体。将其彻底水解后发现它有三种成分：磷酸、脱氧核糖、含N碱基构成，而含氮碱基与脱氧核糖共同称为脱氧核苷，提出问题：这些根

7、本组分我们可以得知DNA的根本组成元素有哪些？预设答案：根本组成元素C、H、O、N、P讲解各组分之间的连接方式，展示脱氧核糖分子式脱氧核糖是一类五碳糖，磷酸基团与脱氧核糖的5碳结合，我们称为5端，而含氮碱基与脱氧核糖的1碳结合。继而介绍DNA中的含氮碱基种类及其书写方式。接着引导学生理解4种脱氧核苷酸及其名称。8.3 根本单元模型构建，获得新知到此为止各位科学家们是否真正了解了DNA的结构单元了呢？活动一：请学生以4人为一组，首先通过图文结合认识各个零件模型分别代表什么成分，再利用摆在课桌上的零件模型，快速组装出4种脱氧核糖核苷酸，告诉学生在组装时注意连接的位置。看看哪一组最快，展示模型组装较

8、好的几组，请代表说说他们组装过程。8.4 亲历科学历程，感受科学探究，加强情感体验 在学生了解了当时科学界已有的关于DNA分子结构的信息后，作为克里克和沃森们，告知学生必须意识到研究的紧迫感，因为当时很多实力相当的科学家在相互角逐，争取第一个揭开生命遗传的奥秘，摘取诺贝尔桂冠，当时角逐的科学家有：威尔金斯最早用晶体衍射法来研究DNA结构，富兰克林当时最好的晶体衍射学家，鲍林第一个构建出蛋白质的模型，无论是克里克还是沃森，分别有两条路可选。以表达的方式告诉学生：作为沃森，你可以选择去英国伦敦大学找威尔金斯研究DNA，也可以去英国剑桥大学卡文迪许实验室攻读博士后，但巧合的是在1951年，你们参加了

9、在意大利举行的生物大分子结构学术会议。会上，你们听到了威尔金斯关于DNA衍射图片分析的报告，并看到他所放映的一张关于DNA纤维的X射线衍射的幻灯片。这使你开始意识到，要解开生物遗传变异之谜，应该对基因的结构有充分的了解，这样才可能知道基因是怎样工作的，从而找到生物遗传机制的答案。在1952年你进入英国剑桥大学卡文迪许实验室工作。而克里克，你同样有两种选择，或继续留在军方，待遇极好，或是去剑桥大学学生物，但前途未卜，你们当初还是选择了后者，原因是，在1946年你读了一本著名理论物理学家薛定谔写的?生命是什么?一书。这本书提出了一个信念，即基因是活细胞的关键局部，以及要懂得什么是生命，必须知道基因

10、是如何发挥作用的。你们深受此书的影响，决心从事基因分子结构研究。在1949年，克里克进入卡文迪许实验室。在那里，你们相遇了在这个社会背景下，你们俩一拍即合，发现彼此都是如此着迷于DNA的分子结构，试图发现其中的特点，于是你们开始整理已有的发现结果，共同探索DNA分子结构。 你们共同合作很快建立起了一个三链螺旋结构模型，然而很快以威尔金斯为首的一批科学家对模型进行了验证和核实，发现三链结构DNA中水的含量与实际测得的水的含量是不吻合的，由此否认了你们建立的第一个三链模型。紧接着联系之前所学知识提问，但是你们并没有放弃，却想到了一点，在自然界，一切最主要的事物如机体内部的各种器官，甚至细胞内的染色

11、体都是成双成对的，所以估计DNA同样有几条链？预设答案：2条链接着表达：别忘了，你们还听过威尔金斯关于DNA衍射图片分析的报告，拥有DNA纤维的X射线衍射图，对于这张图大家目前还缺乏相关的晶体衍射学知识，有兴趣以后可以进行研究，而当时作为沃森克里克，从图中发现DNA是规那么的双螺旋结构，并且是反向平行的双链，进而得出磷酸脱氧核糖作为骨架在外侧，碱基在内侧，由此来看两条链的连接方式应该是怎么样的？预设答案：是由碱基与碱基之间相连而成。对学生答复进行评价及修正。8.5 活动结合问题逐层深入，模型分析构建知识体系 提出设问：如何来理解反向平行呢？活动二：请教室过道两边的学生平行起立，面朝黑板，模拟D

12、NA的两条链，每个同学模拟成一个脱氧核苷酸：左手握拳代表磷酸基团，躯干局部代表脱氧核糖，右手代表碱基。一条链上的几位同学将左手搭在前一位同学的左肩上，另外一条链上同学同样演示，模拟DNA的根本骨架。下一步请站立的同学们将右手手掌张开，五指并拢，右手臂平举，模拟碱基。请“沃森和“克里克思考：如果代表DNA两条链的同学站立方向相同，手臂代表的化学键又无法扭曲，这样平行的碱基之间可以相连吗？预设答案：不行那么我们其中一列同学该怎么调整站立方向呢？预设答案：反向，这也就意味着DNA的两条链必须是反向的，其实大家所看到的便是DNA分子的其中一个特点：规那么双螺旋，反向平行双链。脱氧核糖磷酸为根本骨架，位

13、于主链外侧，碱基位于内侧。进一步引导学生试图将两条链正确的连接起来，增强学生的情感体验，告诉学生沃森和克里克可是这方面的能手，大家是否能够同样顺利的完成模型的构建呢？活动三：请大家结合已学的知识以及猜想，以4人小组为单位，利用4个脱氧核苷酸组装成双链双排的DNA片段，10分钟时间内你也可以和前后左右的科学家拼接成更长的链，在活动中请“沃森和“克里克完成以下几个问题：DNA一条链中相邻两个脱氧核苷酸如何相连？双链如何表达反向平行？两条链之间的碱基配对有什么规律？为什么？所组装的DNA片段有几个游离的磷酸？对学生构建的模型进行指导修正，并评价。预设答案：每条链上的一个核苷酸以脱氧核糖在3碳位上与另

14、一个核苷酸上的磷酸基团结合，此链我们由上至下称为5到3。既然一条链为5到3，那么另一条链为3到5。第个问题通过引导学生对构建的模型观察，发现A腺嘌呤一般与T胸腺嘧啶通过化学键结合，G鸟嘌呤一般与C胞嘧啶通过化学键结合结合，指出这里所提到的化学键就是氢键。进一步引导，从模型中我们也可以发现A与T之间有几个氢键？预设答案：2个C与G之间有几个氢键？预设答案：3个通过氢键的连接形成碱基对，这便是我们又得到的一个DNA结构特点：碱基互补配对原那么。第个问题通过进一步观察DNA双链，从中获得四个碱基之间存在的数量关系，由于A与T配对，那么A的数量应该与T的数量相同，同样道理C与G的数量是相同的，即A=T

15、，C=G，从而，但是AT的量不一定等于CG的量，这就是DNA分子结构第三个特点：卡伽夫法那么，A+C=T+G，A+TC +G。第问请学生说出所组装的DNA片段有几个游离的磷酸？预设答案：2个至此科学家们已对DNA的平面结构有了设想，离诺贝尔奖很近了。在此根底上进一步提出问题：DNA的立体结构是怎样的呢？当场问有没有科学家在短时间内组装出碱基对相对较多的DNA片段。假设有那么展示出来并评价。如果把多个已初步组装的根本单位模型拼接起来，就会形成这样的一条反向平行双螺旋链，展示已准备好的DNA立体结构模型。继续通过表达增强学生的成功体验：终于通过长时间的探索，各位科学家终于将DNA的分子结构特点找出

16、来了，在1953年，沃森和克里克在英国?自然?杂志上发表了DNA分子双螺旋结构模型，这一发现标志着分子生物学真正意义上的诞生。这便是当时两位科学家所构建的模型通过屏幕展示图片。学生搭建模型后，引导学生研究这个模型。引导学生关注碱基对之间形成的氢键，以及两条长链上的脱氧核糖与磷酸稳定不变的交替排列顺序，这些结构都有利于双链稳定结合，提出问题：这些特点能够表达DNA分子什么特性呢？预设答案：稳定性继续引导学生关注长链中碱基对的排列顺序、数量，它们各有不同，多种多样，同时指出这里所说的碱基对的排列顺序就代表了遗传信息，举例说明如不同生物的碱基比率A+T/C+G不同，就形成了多种多样的生物，提出问题：

17、这些特点又能表达DNA分子什么特性呢？预设答案：多样性而对于个体而言，DNA存在特异性。结合引课内容，并请学生举例说明DNA特异性在生活中的应用。预设答案：可用于亲子鉴定，犯罪嫌疑人确实定8.6 新知稳固，练习反应通过板书以及DNA分子结构立体模型，回忆本节课所学的知识，指出DNA分子的3个特点和3个特性。再通过练习3道精选题目加以稳固新知，从学生的答复中及时进行修正或弥补知识上的缺乏，完善整体知识体系的建构。8.7 课后练习反应我将布置与DNA的分子结构和特点相关练习，获取反应信息，及时做好补救教学。九、形成性评价1. 在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T是通过以下哪种结构连接起来的 A、氢键 B、脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖C、肽键 D、磷酸-脱氧核糖-磷酸2. 一个含150个磷酸基团的双链DNA分子中有