DNA的结构-高一-生物学-教学设计

第三章基因的本质第2节DNA的结构郭秀商都高级中学一、教材分析从知识结构上看，本节内容既是对前面孟德尔遗传规律和减数分裂知识的进一步深化理解，也是为后面学习《DNA的复制》、《基因的表达》等生物的遗传和变异奠定理论基础，该内容几乎每年高考都有涉及。从知识内容上看，本节由DNA双螺旋模型构建的科学史、DNA结构的主要特点及制作DNA双螺旋结构模型三部分内容构成。DNA分子的双螺旋结构是学生学习和理解遗传学的基础，DNA独特的双螺旋结构使DNA具有多样性、特异性和稳定性。本节以故事叙述的形式介绍了美国生物学家沃森和英国物理学家克里克构建DNA双螺旋结构模型的研究过程，体现了多学科交叉的思维和探索求真的科学精神。在教学中，通过发挥学生的主体作用，巧用科学史实例，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，让学生在探究中发现科学史中包含的丰富科学方法和科学精神，并从中大获裨益。二、学情分析学生通过必修一的学习掌握了核酸及脱氧核苷酸的相关知识，这为新知识的学习奠定了认知基础。高中学生具备一定的认知能力，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立，并且具有一定模型构建的能力。但往往对探究的目的性及过程和结论的形成缺乏理性的思考，构建模型过程中如何把平面的图像转化为立体的模型也具有一定的困难，所以教师在学生探究和构建模型过程中要进行适当的引导。三、教学目标【生命观念】分析遗传物质DNA的结构，建立结构与功能相适应的观点。【科学思维】结合DNA的双螺旋结构模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征。【科学探究】交流讨论DNA结构模型建立过程的相关资料，总结DNA分子的结构特点。【社会责任】通过对DNA双螺旋结构模型构建过程的交流和讨论，认同交流合作、多学科交叉在科学发展中的作用。四、教学重、难点1．教学重点（1）DNA双螺旋结构模型的构建；（2）DNA的结构特点。2.教学难点DNA双螺旋结构模型的构建五、教学课时1课时，40min六、教学过程学习任务教师活动学生活动设计意图创设情境导入新课【创设情境】我们先来阅读一则新闻，1995年，鞍山车站客运书记被杀害，近日，潜逃26年的嫌疑人终于落网。时隔26年，为什么警方还能锁定犯罪嫌疑人呢？【提出问题】正如新闻标题所说，DNA指纹技术是破案利器。为什么DNA指纹技术能够锁定犯罪嫌疑人呢？要回答这个问题，首先需要了解DNA的结构。那同学们知道是哪两位科学家揭示了DNA的结构吗？美国生物学家沃森和英国物理学家克里克在众多科学家的帮助下，不断尝试，最终构建了DNA的双螺旋结构。今天，就让我们站在巨人的肩膀上，构建模型，破解DNA的结构奥秘。阅读新闻，进入情境，思考问题。回答问题：沃森和克里克。通过一则新闻引入新课，为学生构建学习情境，激发学习兴趣，同时也体现了DNA指纹技术在生活中的应用。回顾脱氧核苷酸结构【科学事实】通过必修一的学习，我们知道DNA分子是一条长链，它的基本单位是？一个脱氧核苷酸又由哪些结构组成？请同学们在方框中画出一个脱氧核苷酸的结构简式。教师引导一位快速完成的同学利用教具在黑板上完成单个脱氧核苷酸结构简式的示范拼接。【认识结构】单个脱氧核苷酸中的脱氧核糖是一种五碳糖，所以其中含有几个碳原子？因此我们可以对其标号，最右侧为1号碳原子，顺时针接着是2，3，4号碳原子，最上面这个位置是否是5号碳原子？不是，这个位置是一个氧原子，而5号碳原子位于磷酸基团和脱氧核糖之间。所以在一个脱氧核苷酸中，磷酸基团和脱氧核糖通过几号碳原子相连接？脱氧核苷酸中的含氮碱基有四种，分别是？因此，脱氧核苷酸也有四种类型，腺嘌呤脱氧苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸。【提出问题】DNA分子是长链结构，这四种单个脱氧核苷酸之间如何连接呢？回答问题：脱氧核苷酸回答问题：一个脱氧核苷酸由一分子磷酸，一分子脱氧核糖和一分子含氮碱基构成。回顾已学知识，在方框中画出单个脱氧核苷酸的结构简式。回答问题：5个回答问题：是回答问题：5号回答问题：A、T、G、C引导学生回忆必修一中脱氧核苷酸的相关知识，温故而知新，为之后进一步学习DNA的结构打下基础。构建DNA双螺旋结构模型【解决问题】教师利用教具在黑板上演示单个脱氧核苷酸的连接过程。这个脱氧核苷酸的五碳糖上3号碳原子与下一个脱氧核苷酸的磷酸基团相连接，形成磷酸二酯键。之后的脱氧核苷酸也通过形成磷酸二酯键的方式连接形成长链。在这条长链中，相邻两个碱基之间通过五碳糖、磷酸基团、五碳糖的结构相连接。除两端外，每个五碳糖上都连接着两个磷酸基团，这两个末端不同，一端有一个游离的磷酸基团，由5号碳原子连接，称为5’-端，另一端是五碳糖的3号碳原子，称为3’-端。所以，一条脱氧核苷酸链有两个末端，5’-端和3’-端【构建模型】纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。每组同学都有一套DNA分子模型结构组件，蓝色小球代表脱氧核糖、白色小球代表磷酸，两种不同粗细的白色小棍分别代表不同的化学键，其它四种颜色的结构代表含氮碱基。请同学们小组合作利用盒子里的器材，每位同学构建单个脱氧核苷酸模型，再小组合作构建脱氧核苷酸单链模型，5分钟时间，现在开始。小组展示构建的脱氧核苷酸单链模型，并进行说明，教师进行评价和修正。【提出问题】这就是一条脱氧核苷酸链的结构，DNA是由一条链构成的吗？如果不是，DNA是由几条链构成的呢？【科学事实】教师PPT展示威尔金斯的研究结果。英国科学家威尔金斯利用相关物理技术测得DNA是一个规则的双链分子。【提出问题】脱氧核苷酸的单链又是如何连接成双链的呢？【科学事实】请同学们自主阅读教材48-49页“思考与讨论”部分，结合学案上的三个资料回答相应问题。资料1：在脱氧核苷酸中，脱氧核糖和磷酸具有亲水性，碱基具有疏水性；DNA在细胞内处于液体环境中。资料2：数学家格里菲思通过计算碱基间的吸引力发现，A吸引T，G吸引C。资料3：奥地利著名生物化学家查哥夫的研究成果：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量，鸟嘌呤(G)的量总是等于胞嘧啶(C)的量；【提出问题】（1）根据资料1，在脱氧核苷酸双链中，碱基位于内侧还是外侧，脱氧核苷酸和磷酸呢？（2）根据资料2和3，结合查哥夫给出的信息，请你推测碱基的配对方式。（3）教材中，沃森和克里克认为DNA分子中的两条脱氧核苷酸链通过什么结构连接呢？【解决问题】教师在学生回答的基础上进一步补充和修正，并指出碱基对之间形成连接的是氢键。【构建模型】根据以上信息，请同学们小组合作，在脱氧核苷酸单链模型的基础上制作脱氧核苷酸双链模型。小组展示构建的脱氧核苷酸单链模型，并进行说明，教师进行评价和修正。【提出问题】观察刚才各小组构建的脱氧核苷酸单链模型，我们发现大家模型有一些不同，哪个地方不同呢？结合刚刚所学的脱氧核苷酸链的两个末端的知识，这一小组的模型两条链都是从5’-端到3’-端，也就是说两条链是同向的；而另一小组的模型，一条链从5’-端到3’-端，另一条链从3’-端到5’-端，也就是说两条链是反向的。究竟DNA分子中两条脱氧核苷酸链是同向还是反向的呢？DNA分子就是这样的平面结构吗？有没有立体结构？【科学事实】富兰克林和威尔金斯揭晓了谜底。富兰克林在给沃森和克里克的回信中写道：DNA分子旋转180度之后看起来和以前一样。所以，DNA分子中两条脱氧核苷酸链是反向平行的。沃森和克里克根据富兰克林和威尔金斯获得的DNA衍射图片推算出DNA呈螺旋形结构。【构建模型】因此，同学们可以利用刚刚制作的脱氧核苷酸双链平面模型，制作DNA的立体结构模型。怀着同你们一般雀跃的心情，沃森和克里发现DNA是规则的双螺旋分子，并构建了DNA分子的双螺旋结构模型。沃森和克里克默契配合，揭示了DNA的双螺旋结构，是科学家合作研究的典范，在科学界传为佳话。他们这种工作方法给予你哪些启示？观察教师的教具演示，掌握单个脱氧核苷酸连接形成长链的方式。在教师的引导下进一步观察，掌握脱氧核苷酸单链的结构特点。小组合作，构建脱氧核苷酸单链模型，并进行展示。回答问题：不是阅读教材和相关资料。回答问题：（1）碱基位于内侧，脱氧核苷酸和磷酸位于外侧。（2）A与T配对，G与C配对。（3）碱基对。小组合作，构建脱氧核苷酸双链模型，并进行展示和说明。回答问题：两条链的朝向根据教师提供的信息，构建DNA的立体结构模型。回忆沃森和克里克的研究，各抒己见，回答问题。遵循从简单到复杂的原则，通过众多科学事实，引导学生提出问题，帮助学生解决问题，层层递进，最终构建DNA的立体模型。将抽象的结构具象化，帮助学生对DNA结构建立认识，体现科学探究的生物学核心素养。总结DNA的结构特点沃森与克里克交流与合作的产物就是讲台上这个DNA双螺旋结构模型，请同学们仔细观察，结合学案上的结构示意图总结DNA分子的结构特点，完成学案上的填空。教师进行点评和订正。观察DNA双螺旋结构模型和示意图，总结DNA的结构特点，完成填空。分享展示通过观察模型和平面示意图，学生自主总结出DNA的结构特点。深化DNA结构与功能的联系这就是DNA分子的结构特点，在此基础上进一步深化。请同学们小组讨论，回答学案上的三个问题。教师在学生回答的基础上进行点拨，引导学生进一步分析DNA分子结构，掌握DNA分子的三大特性。小组讨论，回答问题。学生通过交流与合作，将DNA分子的结构与功能联系起来，展现生物学中的结构与功能观。课堂小结DNA的双螺旋结构的构建沃森和克里克对于双螺旋结构的构建DNA的结构DNA分子的特点DNA分子的平面结构DNA分子的特性稳定性多样性特异性利用板书的形式，为学生梳理本堂课的逻辑思路，学生自主进行回顾和总结。学生课堂活动学生亲自动手制作每一步都由学生亲自动手完成，这样设计不仅能将抽象的知识形象化，又提高学生分析问题、交流合作及动手能力提高了课堂教学的有效性。七、板书设计八、作业设计1、对沃森和克里克构建DNA双螺旋结构模型做出过帮助的科学家不包括（）A、威尔金斯B、富兰克林C、查哥夫D、摩尔根2、下列关于DNA分子结构的叙述，不正确的是（）A.每个DNA分子一般都含有4种脱氧核苷酸B.一个DNA分子中的碱基、磷酸、脱氧核苷酸、脱氧核糖的数目是相等的C.每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基D.双链DNA分子中的一段，如果有40个腺嘌呤，就一定同时含有40个胸腺嘧啶3、下列生物的全部核酸中碱基组成：嘌呤占总数的58%，嘧啶占总数的42%，下列生物不可能是（）A.T2噬菌体B.烟草花叶病毒C.细菌D.酵母菌4.下图是DNA片段的结构示意图。下列叙述正确的